区块链一致性rpca 区块链一致性协议

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解读瑞波丨一个解决跨境支付的网络协议可以不需要币

致力于解决银行间跨境支付的瑞波是2004年瑞安·富格（Ryan Fugger）创办，当时名为RipplePay，由于局限于熟人网络并有没有发展很好。2011年杰得·麦卡勒布（Jed McCaleb）加入，随后邀约克里斯·拉森（Chris Larsen）加入，瑞波开启了Opencoin公司时代。随便提一下，麦卡勒布是P2P网络eDonkey电驴的开发者，也是比特币交易所Mt.Gox门头沟的创始人，出售交易所之后加入瑞波。随后2013年6月因为与拉森战略观点不合离开，创办了Stellar恒星币。而拉森是 E-Loan（电子贷款） 的前任董事长兼首席执行官， E-Loan 是他于 1996 年创立的公司， 1999年上市，2005 年卖给了 Banco Popular（西班牙人民银行） 。其后，拉森创立了 Prosper Marketplace ，一个点对点贷款平台，之后于 2012 年加入了瑞波。

首先，我们来看看，目前银行间跨境支付系统的主流技术是环球同业银行金融电讯协会（Society for Worldwide Interbank Financial Telecommunication，简称SWIFT），其覆盖了全球200多个国家和地区，拥有1万多家银行和证券机构会员，每天交易数万亿美元的资金。在SWIFT系统的跨境支付流程里，交易双方、支付机构以及合作银行都要通过一个中央系统来负责存储、处理、输出交易信息以及资金的清算。在中心化的整个流程中，各方对于中央系统的依赖性决定了较高的成本，而长时间的耗费也主要在于信息的处理和传递。而这些问题，Jeb和Chris似乎通过区块链技术找到了答案。

瑞波Ripple是一个开放的支付网络，通过这个支付网络可以转账任意一种货币，包括美元、欧元、人民币、日元或者比特币，简便易行快捷，交易确认在几秒以内完成，交易费用几乎是零，没有所谓的跨行异地以及跨国支付费用。网络中运行的无数网关负责建立起瑞波网络，而最终用户需要通过瑞波网关来连接和使用整个网络。各网关通过共识机制来修改“总帐”，也就是处理交易。网关与网关之间达成共识实质上是互联网通讯中的P2P通讯，这个过程非常高效。

瑞波运用跨账本协议（Inter Ledger Protocol，简称ILP）、分布式账本技术（Distributed ledger Technology，简称DLT）、特殊节点列表（Unique Node List，简称UNL）、共识机制RPCA（Ripple Consensus Algorithm）等区块链技术，打造了x-Current、 x-Via、x-Rapid三个产品。

瑞波有三种跨境交易模式分别为x-Current、x-Via、x-Rapid。x-Current是由中间银行作为中转完成交易，x-Via是由网关作为中转完成交易，而x-Rapid是用XRP完成中间的交易。

现在已有6多个国家100个机构认同Ripple，美国有13家银行可以自由兑换瑞波币，南美7个国家已把瑞波币做为结算货币，欧洲全领域850家银行和财务专家把XRP认定为金融货币。

相关大事迹：

2014年 8月德国FIDOR银行是第一家启用瑞波币系统的银行。

2014年6月南美7个国家(巴西,智力,哥伦比亚,墨西哥,秘鲁,阿根廷,乌拉圭,) 开始使用瑞波网络进行汇款服务。

2014年 7月世界性黄金流通企业GBI将加入瑞波，其公司所持有的黄金可向全世界任何人发送。

2015年12月与加拿大CGI集团达成了合作协议，CGI集团整合 瑞波 的分布式金融技术，作为他们的支付解决方案之一。

2015年12月荷兰合作银行 Rabobank 试用瑞波。

2015年12月上海民营银行--华瑞银行加入瑞波协议。

2016年5月与日本SBI 控股株式会社（SBI Holdings）达成合作协议。

2018年7月澳大利亚联邦银行成为使用瑞波网络的银行机构。

瑞波币总量1,000 亿个，其中800亿分配给公司， 200亿分配给三位创始人。拉森获得了95亿XRP ，2014 年承诺将90亿中的70亿XRP投入慈善基金会。麦卡勒布获得了 95亿XRP，离开瑞波后，麦卡勒布保留了 60 亿，麦卡勒布的孩子收到了 20 亿（有锁定协议），慈善机构和麦卡勒布的其他家庭成员共得到 15 亿（不受锁定协议的约束）。亚瑟·布里托（ Arthur Britto ）收到 10 亿（有锁定协议）。瑞波代币XRP比较集中在三位创始人手上，是比较被市场所诟病，虽然后期三位创始人都有将部分代币捐给慈善基金会。

不同于比特币“挖矿”的发行机制，Ripple并没有挖矿的发行机制，而是采用派送和购买。最初的建立者Opencoin公司（目前已改名为Ripple Labs）在Ripple网络建立伊始便宣称Ripple网络中的代币XRP总量为1000亿枚，且根据Ripple网络协议，永不增发。但并不是这1000亿枚代币就直接在整个网络中流通，而是存在缓慢的发行过程。在Ripple网络中进行交易，每笔是需要消耗十万分之一XRP起作为手续费，这部分的XRP就彻底销毁了。由于有了每笔交易的交易费用，这个机制也可预防有人通过开源的Ripple网络发布大量恶意的交易。

瑞波，整体看下来，对银行间的跨境支付提效的确有帮助，并获得全球较多金融机构的支持，能和现有金融体系较好融合，算是不错的区块链技术应用场景。但是，瑞波公司Ripple Labs还是以提供技术解决方案为主的软件服务商，而本身的代币只适合特定场景，或者说未来代币是否会被认可存在较大不确定性。业内争议许久的链是否一定要有币？币链是否可分离？也许这些从瑞波中可看出端倪。

区块链的共识机制

1. 网络上的交易信息如何确认并达成共识？ 

虽然经常提到共识机制，但是对于共识机制的含义和理解却并清楚。因此需要就共识机制的相关概念原理和实现方法有所理解。 

区块链的交易信息是通过网络广播传输到网络中各个节点的，在整个网络节点中如何对广播的信息进行确认并达成共识 最终写入区块呢？  如果没有相应的可靠安全的实现机制，那么就难以实现其基本的功能，因此共识机制是整个网络运行下去的一个关键。

共识机制解决了区块链如何在分布式场景下达成一致性的问题。区块链能在众多节点达到一种较为平衡的状态也是因为共识机制。那么共识机制是如何在在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题呢？ 

当分布式的思想被提出来时，人们就开始根据FLP定理和CAP定理设计共识算法。 规范的说，理想的分布式系统的一致性应该满足以下三点：

1.可终止性（Termination）：一致性的结果可在有限时间内完成。

2.共识性(Consensus)：不同节点最终完成决策的结果应该相同。

3.合法性(Validity)：决策的结果必须是其他进程提出的提案。

但是在实际的计算机集群中，可能会存在以下问题:

1.节点处理事务的能力不同，网络节点数据的吞吐量有差异

2.节点间通讯的信道可能不安全

3.可能会有作恶节点出现

4.当异步处理能力达到高度一致时，系统的可扩展性就会变差（容不下新节点的加入）。

科学家认为，在分布式场景下达成 完全一致性 是不可能的。但是工程学家可以牺牲一部分代价来换取分布式场景的一致性，上述的两大定理也是这种思想，所以基于区块链设计的各种公式机制都可以看作牺牲那一部分代价来换取多适合的一致性，我的想法是可以在这种思想上进行一个灵活的变换，即在适当的时间空间牺牲一部分代价换取适应于当时场景的一致性，可以实现灵活的区块链系统，即可插拔式的区块链系统。今天就介绍一下我对各种共识机制的看法和分析，分布式系统中有无作恶节点分为拜占庭容错和非拜占庭容错机制。

FLP定理即FLP不可能性，它证明了在分布式情景下，无论任何算法，即使是只有一个进程挂掉，对于其他非失败进程，都存在着无法达成一致的可能。

FLP基于如下几点假设：

仅可修改一次 ：  每个进程初始时都记录一个值（0或1）。进程可以接收消息、改动该值、并发送消息，当进程进入decide state时，其值就不再变化。所有非失败进程都进入decided state时，协议成功结束。这里放宽到有一部分进程进入decided state就算协议成功。

异步通信 ：  与同步通信的最大区别是没有时钟、不能时间同步、不能使用超时、不能探测失败、消息可任意延迟、消息可乱序。

通信健壮： 只要进程非失败，消息虽会被无限延迟，但最终会被送达；并且消息仅会被送达一次（无重复）。

Fail-Stop 模型： 进程失败如同宕机，不再处理任何消息。

失败进程数量 ： 最多一个进程失败。

CAP是分布式系统、特别是分布式存储领域中被讨论最多的理论。CAP由Eric Brewer在2000年PODC会议上提出，是Eric Brewer在Inktomi期间研发搜索引擎、分布式web缓存时得出的关于数据一致性(consistency)、服务可用性(availability)、分区容错性(partition-tolerance)的猜想：

数据一致性 (consistency)：如果系统对一个写操作返回成功，那么之后的读请求都必须读到这个新数据；如果返回失败，那么所有读操作都不能读到这个数据，对调用者而言数据具有强一致性(strong consistency) (又叫原子性 atomic、线性一致性 linearizable consistency)[5]

服务可用性 (availability)：所有读写请求在一定时间内得到响应，可终止、不会一直等待

分区容错性 (partition-tolerance)：在网络分区的情况下，被分隔的节点仍能正常对外服务

在某时刻如果满足AP，分隔的节点同时对外服务但不能相互通信，将导致状态不一致，即不能满足C；如果满足CP，网络分区的情况下为达成C，请求只能一直等待，即不满足A；如果要满足CA，在一定时间内要达到节点状态一致，要求不能出现网络分区，则不能满足P。

C、A、P三者最多只能满足其中两个，和FLP定理一样，CAP定理也指示了一个不可达的结果(impossibility result)。

区块链技术的六大核心算法

区块链技术区块链一致性rpca的六大核心算法

区块链核心算法一：拜占庭协定

拜占庭的故事大概是这么说的：拜占庭帝国拥有巨大的财富区块链一致性rpca，周围10个邻邦垂诞已久，但拜占庭高墙耸立，固若金汤，没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败，同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强，至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻，但实际过程出现背叛，那么入侵者可能都会被歼灭。于是每一方都小心行事，不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。

在这个分布式网络里：每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。

由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识

区块链核心算法二：非对称加密技术

在上述拜占庭协定中，如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢?其实这只要加入一个成本就可以了，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。

在如今看来，非对称加密技术完全可以解决这个签名问题。非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥.这两个密钥就是区块链一致性rpca我们经常听到的”公钥”和”私钥”。公钥和私钥一般成对出现, 如果消息使用公钥加密,那么需要该公钥对应的私钥才能解密; 同样，如果消息使用私钥加密,那么需要该私钥对应的公钥才能解密。

区块链核心算法三：容错问题

我们假设在此网络中，消息可能会丢失、损坏、延迟、重复发送，并且接受的顺序与发送的顺序不一致。此外，节点的行为可以是任意的：可以随时加入、退出网络，可以丢弃消息、伪造消息、停止工作等，还可能发生各种人为或非人为的故障。我们的算法对由共识节点组成的共识系统，提供的容错能力，这种容错能力同时包含安全性和可用性，并适用于任何网络环境。

区块链核心算法四：Paxos 算法(一致性算法)

Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是，在一个分布式数据库系统中，如果各节点的初始状态一致，每个节点都执行相同的操作序列，那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列，需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中，是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型：共享内存和消息传递。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。

区块链核心算法五：共识机制

区块链共识算法主要是工作量证明和权益证明。拿比特币来说，其实从技术角度来看可以把PoW看做重复使用的Hashcash，生成工作量证明在概率上来说是一个随机的过程。开采新的机密货币，生成区块时，必须得到所有参与者的同意，那矿工必须得到区块中所有数据的PoW工作证明。与此同时矿工还要时时观察调整这项工作的难度，因为对网络要求是平均每10分钟生成一个区块。

区块链核心算法六：分布式存储

分布式存储是一种数据存储技术，通过网络使用每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在网络中的各个角落。所以，分布式存储技术并不是每台电脑都存放完整的数据，而是把数据切割后存放在不同的电脑里。就像存放100个鸡蛋，不是放在同一个篮子里，而是分开放在不同的地方，加起来的总和是100个。

写到这里，本文关于区块链一致性rpca和区块链一致性协议的介绍到此为止了，如果能碰巧解决你现在面临的问题，如果你还想更加了解这方面的信息，记得收藏关注本站。