区块链技术导论：区块链的基础概念PPT教学课件.pptx

第二章区块链的基础概念

第二章的学习要点掌握分布式系统的概念，分布式系统和集中式系统的区别；充分理解分布式系统的一致性问题、FLP和CAP原理；掌握区块链的三种分类以及每类区块链的基本特征；了解公有链和联盟链的主要应用场景。

2.1分布式系统捷径科技集团

分布式系统的概念1）集中式系统架构，一般采用中心化的数据库和服务器，优点是部署简单、开发运维容易；缺点是可扩展性不足。2）分布式系统架构，一般由若干个独立的计算机节点组成，这些节点可以看成是独立的系统组件，通过网络进行连接并在一定范围内有效共享资源，节点之间通过传递信息进行协调工作，共同完成系统内的工作任务。

分布式系统的基本特征1）分布性，分布式系统内计算机节点可以分布在不同的位置。2）可扩展性，分布式系统内节点数量可以根据应用需求进行动态增减，服务器也可以动态部署。3）对等性，组成分布式系统的所有计算机节点都是对等的。副本（Replica）是分布式系统最常见的概念之一，指的是分布式系统对于数据和服务的一种冗余处理方式。数据副本，指不同节点上持久化存储同一份数据，当某一个节点上存储的数据丢失时，可以从副本上读取该数据。服务副本，指多个节点提供同样的服务，每个节点都有能力接收来自外部的请求并进行相应的处理。4）并发性，分布式系统中的多个计算机节点通过网络进行连接，并在一定范围内有效共享资源，某一时刻这些计算机节点可能会并发地操作一些共享的资源。

分布式系统—FLP原理FLP原理（1985，Fischer、Lynch、Patterson）：不要浪费时间去为异步通信的分布式系统设计，在任意场景下都能实现共识的算法，这样的算法不存在（不可能原理）。在实际异步通信的分布式系统环境下，可能存在通信故障、延迟或者本身出现失效的情况，异步系统无法确保在有限时间内完成一致性。

分布式系统—CAP原理CAP原理（2000，EricBrewer）：1）一致性（Consistency）共享数据副本之间呈现出统一且实时的数据内容。2）可用性（Availability）所有的数据操作总会在一定时间内得到响应。3）分区容错性（Partition）网络连接中断而导致网络中的节点相互隔离无法访问时，被隔离的节点仍可以正常运行。这三大特性无法同时实现，设计中需要弱化其中某个特性，保证另外两个特性。

分布式系统的一致性分布式系统的一致性是设计分布式系统时应考虑的最核心问题，它是指，对系统内的所有计算机节点给定一组操作，按照约定的规则协议，节点之间对于操作后的最终处理结果达成某种共同认可的状态。分布式系统的一致性表明，系统本身具有容忍一定数量节点发生错误行为的能力，这些发生错位行为的节点称为故障节点，占整个分布式系统全部节点数量的比例称为分布式系统的容错率。一致性目标：系统在出现节点处理慢、宕机等各种故障时，依然能正常满足工作的要求，最终系统通过检测和处理，节点依然能达成全局一致性状态。达成一致性需满足一下几个基本要求：1）收敛性：一致的结果在有限时间内完成。——正常使用的前提2）一致性：不同节点最终完成决策的结果是相同的。——共识3）有效性：决策的结果必须是某个节点提出的方案——最终一致性的执行结果。

分布式系统的安全可信计算机节点——地理位置分布不同——存在复杂的通信行为——节点或节点通信存在故障将影响到系统的安全性和结果的可信度。系统的安全性——在攻击者无法通过影响系统内的部分节点或者其他手段，造成分布式系统整体功能故障而无法正常工作。系统的可信性——系统最终完成计算任务得出的全局一致性状态结果对于所有节点及系统用户均是可信的。——通过系统内数据和服务副本的冗余性来保证全局状态数据的不可篡改来实现可信。

1.2区块链的分类

区块链的相关概念账本（Ledger）：按照时序方法组织的事务数据集合。分布式账本（DistributedLedger）:在分布式节点间共享并使用共识机制实现具备最终一致性的账本。集中式记账：引入一个超级记账机构。

区块链的相关概念区块（Block）：按时间次序构建的数据结构，第一个区块称为“创世区块（GennesisBlock）”，后续生成的区块用“高度”标识，一个区块的基本数据是区块头和区块体。区块的大小不是固定的，主要根据交易列表的大小来确定，考虑到带宽等因素，一般在1MB到几MB之间。

区块链的相关概念节点（Node）：计算机安装了区块链系统所需的软、硬件，并加入了区块链网络，可以称为一个节点。节点参与区块链系统的网络通信、逻辑运算、数据验证，并对客户端提供交易处理和数据查询的接口。节点采用公私钥机制、生成一串唯一的节点ID，保证它在网络上的唯一性。

区块链的相关概念交易（Trade）：认为是一段发往区块链系