2008年中本聰發(fā)表比特幣白皮書,比特幣誕生,引發(fā)了研究人員從事區(qū)塊鏈技術(shù)研究的熱潮。區(qū)塊鏈作為分布式數(shù)據(jù)存儲、P2P網(wǎng)絡(luò)、共識機(jī)制、加密算法等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用范式,具有去中心化、不可篡改、可追溯等特點(diǎn),在金融、數(shù)字版權(quán)、公證、商品溯源等領(lǐng)域獲得越來越多的關(guān)注,具備廣闊的應(yīng)用前景。區(qū)塊鏈系統(tǒng)目前的實(shí)現(xiàn)方案普遍存在性能和容量上的缺陷,使其無法取得更深度化的普及和應(yīng)用。為了解決這些問題,研究者們相繼提出了增大區(qū)塊容量、見證隔離、閃電網(wǎng)絡(luò)、DAG、分片等多種解決方案,這些方案按照設(shè)計(jì)層次的差異劃分為鏈下（Off-chain）解決方案和鏈上（On-chain）解決方案。鏈下解決方案允許小型和頻繁的交易發(fā)生在與主鏈并行并由主鏈信用背書的側(cè)鏈實(shí)例上;鏈上解決方案直接修改區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)以支持更高性能,具有更高的研究價(jià)值。分片機(jī)制通過將交易劃分到多個(gè)分片并行處理來提升系統(tǒng)整體的交易性能,被視為最有可能解決區(qū)塊鏈瓶頸的鏈上方案。采用分片機(jī)制的區(qū)塊鏈項(xiàng)目有Ethereum 2.0、Zilliqa和QuarkChain等。由于區(qū)塊鏈分片技術(shù)的研究還處于起步階段,以及分片技術(shù)本身的復(fù)雜性,目前的分片設(shè)計(jì)仍... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

WoS歷年搜索區(qū)塊鏈論文數(shù)目Figure1-1.NumberofblockchainpapersonWoSperyear

基于鏈上擴(kuò)展的區(qū)塊鏈性能優(yōu)化方案研究7第二章區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)本章將詳細(xì)介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的系統(tǒng)框架和底層技術(shù)，進(jìn)一步加深對區(qū)塊鏈技術(shù)的認(rèn)識，為理解區(qū)塊鏈存在的缺陷和各類改進(jìn)方案提供基矗2.1區(qū)塊鏈模型區(qū)塊鏈系統(tǒng)框架從下到上可分為6層[15]，分別為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層，如圖2-1所示。圖2-1區(qū)塊鏈系統(tǒng)6層模型Figure2-1.Blockchainsystem6-layermodel1)數(shù)據(jù)層：封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，使用了非對稱公私鑰數(shù)據(jù)加密(RSA、ECC等)、數(shù)字簽名和時(shí)間戳等多種技術(shù)；2)網(wǎng)絡(luò)層：采用P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳播和數(shù)據(jù)驗(yàn)證，具備自動組網(wǎng)的能力；3)共識層：封裝了協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)作的各類共識算法：PoW(工作量證明)、PoS(權(quán)益證明)、DPoS(股份授權(quán)證明)和BFT(拜占庭容錯)等。共識算法決定記賬方式和獎勵規(guī)則，共識算法的選擇直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全性。4)激勵層：主要出現(xiàn)在公鏈中，激勵參與遵守規(guī)則參與記賬的節(jié)點(diǎn)，懲罰不遵守規(guī)則的節(jié)點(diǎn)，維持區(qū)塊鏈的可持續(xù)運(yùn)行；5)合約層：封裝智能合約，通過腳本代碼來編程控制交易過程，實(shí)現(xiàn)各種商

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文8業(yè)邏輯和算法，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈可編程的特性；6)應(yīng)用層：封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場景，包括可編程貨幣、可編程金融工具等，統(tǒng)稱為DApps。在區(qū)塊鏈的6層模型中，基于時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式節(jié)點(diǎn)的共識機(jī)制、基于共識機(jī)制的經(jīng)濟(jì)激勵策略和可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具代表性的創(chuàng)新。數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和共識層是區(qū)塊鏈的最根本的組成部分，缺少任意一層都不能稱為真正意義上的區(qū)塊鏈；激勵層、合約層和應(yīng)用層是在構(gòu)建去中心化應(yīng)用時(shí)包含的，非區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)的必要因素。2.2數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈的最底層，主要有兩個(gè)功能：賬戶和交易的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)的安全存儲。區(qū)塊鏈將網(wǎng)絡(luò)中多筆未被打包的交易采用Merkle樹[14]的方式組織起來，并打包成一個(gè)區(qū)塊的區(qū)塊體，礦工成功挖礦后填充區(qū)塊頭信息，組成一個(gè)完整的區(qū)塊，所有的區(qū)塊按照時(shí)間順序連接成一條鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)，最后以Key-Value數(shù)據(jù)庫的方式實(shí)現(xiàn)持久化存儲在節(jié)點(diǎn)中。創(chuàng)建賬戶和交易使用到數(shù)字簽名、哈希函數(shù)、非對稱加密等多種密碼學(xué)算法和技術(shù)，保證交易在去中心化的網(wǎng)絡(luò)中安全進(jìn)行。2.2.1區(qū)塊結(jié)構(gòu)區(qū)塊數(shù)據(jù)主要用于保存交易信息，不同的系統(tǒng)有不同的區(qū)塊結(jié)構(gòu)，以比特幣系統(tǒng)為例，區(qū)塊結(jié)構(gòu)分為區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分，如圖2-2所示。圖2-2比特幣系統(tǒng)區(qū)塊結(jié)構(gòu)Figure2-2.BlockstructureofBitcoinsystem

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]區(qū)塊鏈可擴(kuò)展性研究:問題與方法[J]. 潘晨,劉志強(qiáng),劉振,龍宇.  計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2018(10)
[2]平行區(qū)塊鏈:概念、方法與內(nèi)涵解析[J]. 袁勇,王飛躍.  自動化學(xué)報(bào). 2017(10)
[3]區(qū)塊鏈和比特幣相關(guān)主題的知識結(jié)構(gòu)分析:共被引和耦合聚類分析視角[J]. 李牧南.  自動化學(xué)報(bào). 2017(09)
[4]PoW共識算法中的博弈困境分析與優(yōu)化[J]. 唐長兵,楊珍,鄭忠龍,陳中育,李翔.  自動化學(xué)報(bào). 2017(09)
[5]區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 袁勇,王飛躍.  自動化學(xué)報(bào). 2016(04)



本文編號：3120205