区块链到底是什么？概念、关键技术、应用介绍

区块链到底是什么？概念、关键技术、应用介绍

腾转网 2022-04-07 19:101390

1、什么是区块链？

区块链基础知识

区块链具有分布式特性，可以有效保障网络中的数据安全，而空天地一体化网络也是典型的分布式网络，因此区块链可以用于空天地一体化网络的安全维护。网络。 比特币网络产生一个区块所需时间约为10分钟，不符合空天地一体化网络的低时延要求。 链上身份认证和隐私保护方案。

区块链的概念

区块链是近年来计算机技术在互联网和金融领域兴起的一种新型应用模式。 它是分布式数据存储技术、点对点传输技术（P2P）、共识机制和加密算法的结合。 区块链是一种链式数据结构，按照时间顺序将区块链接起来，使用密码学的方法保证数据记录不可篡改，不可伪造。

区块链技术起源于中本聪2008年发表的一篇论文，虽然该论文并未提出区块链的概念，但提出了一种基于端到端网络解决双重支付问题的解决方案。 现金系统允许在线支付直接从一个账户转移到另一个账户，而无需通过金融机构（第三方）。 在全网中，交易的时间戳的哈希值会形成一个哈希链作为支付的证明，同时也是交易顺序的证明。

具体来说，区块链使用类似区块链的数据结构来验证和存储数据比特币的代表技术是区块链，使用共识机制来生成和更新数据，并使用智能合约（由自动化脚本代码组成）来编程和操​​作数据。

如图2-4所示，区块链的技术发展路线是从P2P网络、加密方式到区块链1.0、区块链2.0。 区块链从下到上分为五层：数据层、网络层、共识层、激励层和应用层。

2. 区块链关键技术

区块链的关键技术如下：

(1)通信：节点间的数据传播。 在区块链中，一般采用P2P网络组织所有节点，节点间一般通过组播机制实现数据传播。

(2) 存储：在正常运行过程中，数据会以区块链结构存储在内存中，但最终会存储在数据库中。

(3) 安全机制：区块链利用密码学原理对数据进行加密，保护隐私。 常用的散列算法、数据加密、数字签名、零知识证明等。

(4) 共识机制：区块链中各节点达成共识的策略和方法，常见的有工作量证明、权益证明、共享授权证明、拜占庭容错、权威证明等。

块按时间顺序一一连接。 每个区块记录了区块创建过程中发生的所有交易信息。 区块一般分为区块头和区块体。 区块头由当前区块的版本决定。 Number、前一个区块的Hash值、时间戳、随机数、目标Hash值和Merkle根等。区块体包含区块创建和验证过程中的所有交易记录。 区块链主链上的区块按时间顺序链接，带有时间戳，作为交易数据不可篡改、不可伪造的证明。 在挖矿过程中自动生成用于挖矿加密货币的随机数（Nonce）。 它基于参与POW的随机数，通过调整难度来改变计算时间。如图2-7所示

区块链一般保存的是交易数据的哈希值，而不是原始数据。 哈希值通常是使用任意输入，通过哈希运算得到一个固定长度的“指纹”。 哈希函数（hash function）具有单向性、定时性、定长性和随机性等特点。 对于不同的输入数据，它会产生不同的固定长度的输出。 一般无法从结果中推导出输入值，对不同长度的输入值进行哈希运算所消耗的时间基本相同。

区块体中的交易记录通常使用最简单的二叉 Merlde 树来组织。 树的底部是每笔交易的原始记录； 每笔交易都经过哈希运算得到一个哈希值，然后将这些哈希值两两组合，通过哈希运算得到一个新的哈希值比特币的代表技术是区块链，依次类推，生成最终的结果，这就是默克尔树的根。 在图2-7中，原始交易数据为交易1、交易2、交易3和交易4，经过一次哈希运算得到的哈希值Hash 1、Hash2、Hash 3和Hash 4。 然后依次向上进行哈希运算，得到最终的哈希值Hash 1234，即Merkle根。 一旦交易中的数据被篡改，经过哈希运算后其Hash值也会发生变化，Merlde树的根也会发生变化，可以快速验证交易数据的完整性。 从图2-7可以看出，Merkle树是区块链的重要组成部分，所以区块头只需要包含最终的Hash值，也就是Merkle根，而不需要封装所有的交易数据，这样就节省了生成块的时间提高了区块链的运行效率； 其次，只有部分节点在运行时才能验证交易数据。

3. 区块链应用

迄今为止，区块链应用的发展经历了三个主要阶段。 最初以比特币为代表的加密货币阶段，通过使用场景的优化，发展到以以太坊为代表的智能合约阶段，最后发展到现在的各个领域。 应用程序。 下面举例介绍区块链在不同阶段的应用：

区块链1.0时代，比特币，一种点对点的、去中心化的加密货币，由中本聪于2008年提出。比特币不依赖中央权威机构发行，而是通过POW在区块链中完成。 同时，比特币使用分布式数据库记录和验证相关交易信息。

在区块链2.0时代，以太坊是一个可以构建和发布其他分布式应用的开发平台。 以太坊平台上有可以自动执行的智能合约，通过区块链的节点分布式执行。 以太坊是一个具有智能合约的开源、图灵完备的公共区块链。

区块链3.0时代，区块链被应用到其他领域，如基于区块链的众筹平台、基于比特币区块链的分布式匿名数据协议、基于以太坊区块链平台的人工智能研究等。 此外，区块链在物联网、车联网等领域也有着广阔的应用前景。 在物联网领域，区块链可用于跟踪智能设备的运行、共享信息以提高效率、进行维护以及在建筑物中使用传感器实现智能家居。 将区块链应用到车联网领域，区块链不仅可以传输交通信息，帮助车辆避开拥堵道路，提供更好的驾驶体验，还可以利用数字网络跟踪货物运输或跟踪车辆，实现互联互通。车辆通讯。 通信、车辆检测等。然而，比特币系统中一个比特币区块的生成过程需要10分钟，系统每秒只能处理7笔交易。 空天地一体化组网对时延要求非常高。 使用共识机制出块可能会带来较大的时间延迟。 因此，本文在 POA 的基础上提出了一种不使用传统共识机制的哈希链。 身份验证方案的基础。

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