分布式数据库技术：区块链的工作原理

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图19.5源块Step-2：甲向乙付款20元，这样区块链上的每个节点都会更新信息，如图19.6所示。要建立一个区块链系统，首先要建立一个纯P2P分布式系统，该系统的特点主要包括以下几点。区块链的工作过程如下。分布式P2P系统包含很多成员，成员在计算机上又各自维护着所添加属性的区块链数据结构。

下面讨论如何利用区块链记录交易和存放分布式账本。

假设有甲、乙、丙、丁四个用户。

Step-1：令甲有300元钱，这是所有交易的起源，每个节点都知道此事，如图19.5所示。

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图19.5　源块

Step-2：甲向乙付款20元，这样区块链上的每个节点都会更新信息，如图19.6所示。

Step-3：接下来发生第二次交易，乙付给丙5元，如图19.7所示。

每个节点中的交易数据是不可改变的，所有交易都是不可逆的。所有新交易的结果都在每个节点自己的区块链副本里记录下来。

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图19.6　第一次交易

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图19.7　第二次交易

当然，随之会有疑问，假如乙重复多转了5元给丙，该怎么办？安全性如何保证？有人将钱转错了对象，怎么办？

这些也都是区块链系统需要解决的问题。

要建立一个区块链系统，首先要建立一个纯P2P分布式系统，该系统的特点主要包括以下几点。

●P2P系统使用Internet作为连接各个节点的网络。

●节点数目未知、节点的可信度和可靠性未知。

●P2P系统的目标是管理数字化物品（如销售积分、数字货币）的所有权。(www.chuimin.cn)

在一个开放的、不可信的环境里使用纯分布式P2P簿记系统来管理所有权，设计和开发这样一个软件的主要任务是：描述所有权；保护所有权；存储交易数据；预备账本，以分布到一个非可信环境里；分布账本；往账本中添加新交易；决定哪些账本表示事实。

区块链的工作过程如下。

任务1：描述所有权。

要设计一个软件系统管理所有权，首先要确定如何描述所有权。结果是，记录交易是表述所有权转变的最好途径，完整的交易历史是识别当前所有者的关键。所以，区块链主要记录交易，构成完整的交易历史。

任务2：保护所有权。

使用交易来表述所有权后，如何防止他人存取别人的财产呢？现实世界里，我们会使用门锁来防止别人闯入自己的家里，或者使用车锁来防止别人闯入自己的汽车。类似地，在区块链里使用加密来保护资产。用户的账号、口令和交易要用密码来保护。

保护所有权有三个要素：标识所有者、认证所有者和限制他人访问所有者的资产。这里也使用了哈希技术。

任务3：存储交易数据。

接下来的问题是如何存储交易数据，保证交易历史完整，这里使用了区块链数据结构。

任务4：预备账本，以分布到一个非可信环境里。

隔离的区块链数据结构账本包含的交易数据很大，我们希望在非可信环境里设计账本的分布式P2P系统，所以会广泛使用副本，并将之分布在非可信网络的非可信节点上。我们会把账本交付给没有集中控制点或协调点的网络。如何防止账本出现差错？例如，删除某个交易或者加入非法交易。为了解决这个问题，要保证历史交易不被修改，即一旦写入账本，历史交易就不能再被修改。这样，账本里可以添加新交易，但是写入的数据不能被改变。

任务5：分布账本。

账本只能添加属性，可以创建账本的分布式P2P系统，让账本的副本为请求的每个用户执行查询操作。在分布账本的过程中，节点间会相互通信和交互。

任务6：往账本中添加新交易。

分布式P2P系统包含很多成员，成员在计算机上又各自维护着所添加属性的区块链数据结构。因为数据结构允许添加新的交易数据，所以必须保证只有有效的和被授权的交易才能添加进去。这样既允许P2P系统的每个成员添加新交易，又允许每个成员变成其他端点的监督员。结果所有成员都监督别人，可指出其他端点的错误。

任务7：决定哪些账本表示事实。

新交易添加入P2P系统的各个账本中，由于不同的端点会收到不同的交易数据，所以各自维护的历史交易不同。由于系统存在不同版本的历史交易，因此要由一种方法确定哪个历史表示的是真实现状。

分布式数据库技术：区块链的工作原理

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