淺談區塊鏈的共識技術與在線藝術教育

宋易欣

摘要：區塊鏈作為一種新興的技術，成為現代商業追捧的熱點，但是短期內大多數人往往還未對他的原理理解，沒有找到實際的用途，就開始炒作概念，甚至演變成詐騙，這對新興技術的發展是極為不利的，與區塊鏈的初衷背離。運用區塊鏈技術，全面解決實際問題才是區塊鏈的魅力所在，而這種技術正好可以解決在線藝術教育中所存在的版權、反饋、正向激勵等問題。

關鍵詞：區塊鏈;共識技術;藝術教育

一、區塊鏈對在線藝術教育的意義：

我們對于種新興的技術，往往會攔陳豆期內對他有過高的不切實際的期望，泡沫破滅后，在長期的時間軸線上又往往會忽視它的深刻影響，這句話用在區塊鏈映厚合適不過，區塊鏈的發明是建立在互聯網之上的，其所使用的技術像P2P、分布式存儲，分布式密鑰的思想，十年前就已經存在，但是如果沒有中本聰那一篇開創性的關于比特幣的白皮書，所有這些強大的工具都還只是埋藏在學術論文堆里，因為這些工具單獨使用，并不能解決問題，只有中本聰出人意料地提出了一個系統性的，可供實踐的解決方案，如果他能提前十年提出這篇論文，那么比特幣就可以提前十年發明出來，所以單個技術點并非是區塊鏈的魅力所攔〔，運用這些技術的全新思想才是區塊鏈的本質和核心。

而在線藝術教育所遇到的問題.直集中在兩個方匡，幣、是在線藝術教育所獲得教育成果的即使反饋及正向徨礪勺，另個是藝術教育所產出成果的版權保護。因為藝術教育不同與語數外等死可以標準化的教育，它講究因材施教，各有所長，那么通過區塊鏈的技術，把教育產出放在區塊上，既可以保證版權的問題，又可以借鑒比特幣的方式，將教育成果通過區：塊鏈卜的所有成員即參與者連接起來，達成共識，形成正向激勵與反饋。區塊鏈不是簡剿是供石、只能追力叼又能更改的分布式數據庫解決方案，而是到色軀干與云訓算大數據稱時架充模式的系統相互關聯，使得系統由原來的傳統系統和云訓算這種雙核驅動轉變為傳統系統、云訓算、區塊鏈并刻區動，將異構系統更好的發揮協同效應。

二、區塊鏈的鏈接：

顧名思義，區塊鏈即由一個個區塊組成的鏈。每個區塊分為區塊頭和區塊體（含交易數據）兩個部分。區塊頭包括用來實現區塊鏈接的前一區塊的哈希值和用于計算挖礦的隨機數（nonce）。前一區塊的哈希值實際是上一個區塊頭部的哈希值，而計算隨機數規則決定了哪個礦工可以獲得記錄區塊的權力。區塊鏈的鏈接模型如圖所示。

共識機制：

區塊鏈是伴隨比特幣而生的，是比特幣的基礎技術架構。可以將區塊鏈理解為一個基于互聯網的去中心化記賬系統。類似比特幣這樣的去中心化數字貨幣系統，要求在沒有中心節點的情況下保證各個誠實節點記賬的一致性，就需要區塊鏈來完成。所以區塊鏈技術的核心是在沒有中心控制的情況下，在互相沒有信任基礎的個體之間就交易的合法性等達成共識的共識機制。

區塊鏈的共識機制目前主要有4類：poW、PoS、DPoS、分布式一致性算法。

（1）POW（工作量證明），也就是像比特幣的挖礦機制，礦工通過把網絡尚未記錄的現有交易打包到一個區塊，然后不斷遍歷嘗試來尋找一個隨機數，使得新區塊加上隨機數的哈希值滿足一定的難度條件，例如前面10位是零。找到滿足條件的隨機數，就相當于確定了區塊鏈最新的一個區塊，也相當于獲得了區塊鏈的本輪記賬權。礦工把滿足挖礦難度條件的區塊在網絡中廣播出去，全網其他節點在驗證該區塊滿足挖礦難度條件，同時區塊里的交易數據符合協議規范后，將各自把該區塊鏈接到自己版本的區塊鏈上，從而在全網行程對當前網絡狀態的共識。

優點：完全去中心，節點自由進出，避免了建立和維護中心化信用機構的成本。只要網絡破壞者的算力不超過網絡總算力的50%，網絡的交易狀態就能達成一致。

缺點：目前比特幣挖礦造成了大量的資源浪費;另外挖礦的激勵機制也造成礦池算力的高度集中，背離了當初去中心化設計的初衷。更大的問題是POW機制的共識達成的周期較長，每秒只能最多做7筆交易，不適合商業應用。

（2）PoS：POS權益證明，要求節點提供擁有一定數量的代幣證明來獲取競爭區塊鏈記賬權的一種分布式共識機制。如果單純依靠代幣余額來決定記賬者必然使得富有者生出，導致記賬權的中心化，降低共識的公正性，因此不同的POS機制在權益證明的基礎上，采用不同方式來增加記賬權的隨機性來避免中心化/例如點點幣POS機制中，擁有最長鏈齡的比特幣獲得記賬權的幾率就越大。NXT和Blackcoin則采用一個公j弋來預測下一個記賬的節點。擁有多的代幣被選為記賬節點的概率就會大。未來以太坊也會從目前的POW機制轉換到POS機制，從目前看到的資料看，以太坊的POS機制將采用節點下賭注來賭下一個區塊，賭中者有額外以太幣獎，賭不中者會被扣以太幣的方式來達成下一區塊的共識。

優點：在一定程度上縮短了共識達成的時間，降低了POW機制的資源浪費。

缺點：破壞者對網絡攻擊的成本低，網絡的安全性有待驗證。另外擁有代幣數量大的節點獲得記賬權的幾率更大，會使得網絡的共識受少數富裕賬戶支配，從而失去公正性。

（3）DPoS：DPaS（股份授權證明）機制，類似于董事會投票。比特股采用的POS機制是持股者投票選出一定數量的見證人月i垂個見證人按序有兩秒的權限時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成權限交給下一個時伺片對應的見證人。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人。DPoS的這種設計使得區塊生成更為迅速，也更加節能。

優點：大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，可以達到秒級的共識驗證。

缺點：選舉固定數量的見證人作為記賬候選人有可能不適合于完全去中心化的場景。另外再網絡節點數少的場景，選舉的見證人的代表性也不強。

（4）分布一致性算法：分布式一致性算法是基于傳統的分布式一致性技術。其中有分為解決拜占庭將軍問題的拜占庭容錯算法，如PRFT。另外解決非拜占庭問題的分布式一致性算法（Paxos、Raft），詳細可見后文共識算法。該類算法目前是聯盟鏈和私有鏈鏈場景中常用的共識機制。

優點：實現秒級的快速共識機制，保證一致性。

缺點：去中心化程度不如公有鏈上的共識機制;更適合多方參與的多中心商業模式。

三、藝術教育的共識算法舉例：

小螞蟻是分散的網絡協議，它使用區塊鏈技術將物理世界的資產和利益數字化，并通過對等網絡進行注冊，發放，轉移，清算和結算等金融交易。小螞蟻可用于股權眾籌，P2P在線借貸，數字資產管理，智能合約等。

小螞蟻共識機制使運行小螞蟻協議的每個節點能夠就當前的區塊鏈狀態達成一致。如果股權持有人投票，則確定會計師及其編號;選定的會計師完成每個塊的共識并確定應包括的事務。

小螞蟻的會計機制稱為中立會計。Pow/Pos/DPoS解決了誰有權寫作的問題，而中性會計則關注如何限制賬單的權力。在中立會計的共識機制下，賬單只有選擇是否參與的權利，但不能改變交易數據，不能人為地排除交易，不能人為地對交易進行分類。小螞蟻的中立會計區塊鏈可以做到（1）每15秒產生一個塊，優化后預計達到不到5秒;（2）單個賬單不能拒絕在當前區塊中包含交易;（3）所有賬單均有出席確認，一次確認即為完整確認;（4）與超導交易機制相結合，簿記員不能通過構建交易來獲利。

小型股權持有人可以發起選舉賬單交易，以投票選出的（1至1024名）候選人數。人們普遍認為，簿記員應該是真實姓名的，候選人應該提供一個可以通過其他渠道證明其真實身份的數字證書。

小螞蟻協議實時收集所有投票并計算當前罷工者的數量和罷工者名單。為了確定需要預訂的人數，所有選票按支持者的數量排序，占小螞蟻持有的份額中間值的50%，然后獲得算術平均值。當人數低于最低標準時，啟用系統預設備用計費器進行更換。在確定了所需的預訂人數之后，付款人的名單由從高到低的投票數確定。

我們使用塊隨機數的生成來理解小螞蟻共識機制。在生成每個塊之前，計數器必須協作以生成塊隨機數。小螞蟻使用Shamir的秘密共享方案（SSSS）進行協作以生成隨機數。

根據SSSS方案，可以從密文S生成N個密文片段，并且可以通過在其中保持K個份來恢復密文S小螞蟻簿記員（假設是N+1）通過以下三個步驟就隨機數達成了共識：（1）選擇一個隨機數，通過SsSS方案生成N個片段，并使用其他N個billers的公鑰進行加密和廣播。（2）在接收到其他N個billers的廣播之后，解密并廣播可以自己解密的部分。（3）收集至少K個密文片段后，求解隨機數;在獲得所有注冊人的隨機數后，合并并生成塊隨機數。塊隨機數由個體賬單協同生成，只要涉及誠實的賬單，即使所有其他賬單串通，也無法預測或構建隨機數。

在上述塊隨機數生成的第一步的廣播中，記帳器還同時廣播它認為應該寫人塊的甸個事務的哈希值。在其他訂戶聽到廣播之后，他們檢查他們是否具有交易哈希值的相應數據。如果沒有，他們從其他節點請求它。

當生成塊隨機數時，每個記帳器合并第一步廣播中的所有事務（不包括僅具有哈希值但不能獲得事務數據的事務）和符號，并獲得2/3記賬員的簽名。然后塊完成;否則，共識失敗，返回隨機數共識的第一步，然后再試一次。

參考文獻

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