浅谈区块链的共识技术与在线艺术教育

宋易欣

摘要：区块链作为一种新兴的技术，成为现代商业追捧的热点，但是短期内大多数人往往还未对他的原理理解，没有找到实际的用途，就开始炒作概念，甚至演变成诈骗，这对新兴技术的发展是极为不利的，与区块链的初衷背离。运用区块链技术，全面解决实际问题才是区块链的魅力所在，而这种技术正好可以解决在线艺术教育中所存在的版权、反馈、正向激励等问题。

关键词：区块链;共识技术;艺术教育

一、区块链对在线艺术教育的意义：

我们对于种新兴的技术，往往会拦陈豆期内对他有过高的不切实际的期望，泡沫破灭后，在长期的时间轴线上又往往会忽视它的深刻影响，这句话用在区块链映厚合适不过，区块链的发明是建立在互联网之上的，其所使用的技术像P2P、分布式存储，分布式密钥的思想，十年前就已经存在，但是如果没有中本聪那一篇开创性的关于比特币的白皮书，所有这些强大的工具都还只是埋藏在学术论文堆里，因为这些工具单独使用，并不能解决问题，只有中本聪出人意料地提出了一个系统性的，可供实践的解决方案，如果他能提前十年提出这篇论文，那么比特币就可以提前十年发明出来，所以单个技术点并非是区块链的魅力所拦〔，运用这些技术的全新思想才是区块链的本质和核心。

而在线艺术教育所遇到的问题.直集中在两个方匡，币、是在线艺术教育所获得教育成果的即使反馈及正向徨砺勺，另个是艺术教育所产出成果的版权保护。因为艺术教育不同与语数外等死可以标准化的教育，它讲究因材施教，各有所长，那么通过区块链的技术，把教育产出放在区块上，既可以保证版权的问题，又可以借鉴比特币的方式，将教育成果通过区：块链卜的所有成员即参与者连接起来，达成共识，形成正向激励与反馈。区块链不是简剿是供石、只能追力叼又能更改的分布式数据库解决方案，而是到色躯干与云训算大数据称时架充模式的系统相互关联，使得系统由原来的传统系统和云训算这种双核驱动转变为传统系统、云训算、区块链并刻区动，将异构系统更好的发挥协同效应。

二、区块链的链接：

顾名思义，区块链即由一个个区块组成的链。每个区块分为区块头和区块体（含交易数据）两个部分。区块头包括用来实现区块链接的前一区块的哈希值和用于计算挖矿的随机数（nonce）。前一区块的哈希值实际是上一个区块头部的哈希值，而计算随机数规则决定了哪个矿工可以获得记录区块的权力。区块链的链接模型如图所示。

共识机制：

区块链是伴随比特币而生的，是比特币的基础技术架构。可以将区块链理解为一个基于互联网的去中心化记账系统。类似比特币这样的去中心化数字货币系统，要求在没有中心节点的情况下保证各个诚实节点记账的一致性，就需要区块链来完成。所以区块链技术的核心是在没有中心控制的情况下，在互相没有信任基础的个体之间就交易的合法性等达成共识的共识机制。

区块链的共识机制目前主要有4类：poW、PoS、DPoS、分布式一致性算法。

（1）POW（工作量证明），也就是像比特币的挖矿机制，矿工通过把网络尚未记录的现有交易打包到一个区块，然后不断遍历尝试来寻找一个随机数，使得新区块加上隨机数的哈希值满足一定的难度条件，例如前面10位是零。找到满足条件的随机数，就相当于确定了区块链最新的一个区块，也相当于获得了区块链的本轮记账权。矿工把满足挖矿难度条件的区块在网络中广播出去，全网其他节点在验证该区块满足挖矿难度条件，同时区块里的交易数据符合协议规范后，将各自把该区块链接到自己版本的区块链上，从而在全网行程对当前网络状态的共识。

优点：完全去中心，节点自由进出，避免了建立和维护中心化信用机构的成本。只要网络破坏者的算力不超过网络总算力的50%，网络的交易状态就能达成一致。

缺点：目前比特币挖矿造成了大量的资源浪费;另外挖矿的激励机制也造成矿池算力的高度集中，背离了当初去中心化设计的初衷。更大的问题是POW机制的共识达成的周期较长，每秒只能最多做7笔交易，不适合商业应用。

（2）PoS：POS权益证明，要求节点提供拥有一定数量的代币证明来获取竞争区块链记账权的一种分布式共识机制。如果单纯依靠代币余额来决定记账者必然使得富有者生出，导致记账权的中心化，降低共识的公正性，因此不同的POS机制在权益证明的基础上，采用不同方式来增加记账权的随机性来避免中心化/例如点点币POS机制中，拥有最长链龄的比特币获得记账权的几率就越大。NXT和Blackcoin则采用一个公j弋来预测下一个记账的节点。拥有多的代币被选为记账节点的概率就会大。未来以太坊也会从目前的POW机制转换到POS机制，从目前看到的资料看，以太坊的POS机制将采用节点下赌注来赌下一个区块，赌中者有额外以太币奖，赌不中者会被扣以太币的方式来达成下一区块的共识。

优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间，降低了POW机制的资源浪费。

缺点：破坏者对网络攻击的成本低，网络的安全性有待验证。另外拥有代币数量大的节点获得记账权的几率更大，会使得网络的共识受少数富裕账户支配，从而失去公正性。

（3）DPoS：DPaS（股份授权证明）机制，类似于董事会投票。比特股采用的POS机制是持股者投票选出一定数量的见证人月i垂个见证人按序有两秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时伺片对应的见证人。持股人可以随时通过投票更换这些见证人。DPoS的这种设计使得区块生成更为迅速，也更加节能。

优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。

缺点：选举固定数量的见证人作为记账候选人有可能不适合于完全去中心化的场景。另外再网络节点数少的场景，选举的见证人的代表性也不强。

（4）分布一致性算法：分布式一致性算法是基于传统的分布式一致性技术。其中有分为解决拜占庭将军问题的拜占庭容错算法，如PRFT。另外解决非拜占庭问题的分布式一致性算法（Paxos、Raft），详细可见后文共识算法。该类算法目前是联盟链和私有链链场景中常用的共识机制。

优点：实现秒级的快速共识机制，保证一致性。

缺点：去中心化程度不如公有链上的共识机制;更适合多方参与的多中心商业模式。

三、艺术教育的共识算法举例：

小蚂蚁是分散的网络协议，它使用区块链技术将物理世界的资产和利益数字化，并通过对等网络进行注册，发放，转移，清算和结算等金融交易。小蚂蚁可用于股权众筹，P2P在线借贷，数字资产管理，智能合约等。

小蚂蚁共识机制使运行小蚂蚁协议的每个节点能够就当前的区块链状态达成一致。如果股权持有人投票，则确定会计师及其编号;选定的会计师完成每个块的共识并确定应包括的事务。

小蚂蚁的会计机制称为中立会计。Pow/Pos/DPoS解决了谁有权写作的问题，而中性会计则关注如何限制账单的权力。在中立会计的共识机制下，账单只有选择是否参与的权利，但不能改变交易数据，不能人为地排除交易，不能人为地对交易进行分类。小蚂蚁的中立会计区块链可以做到（1）每15秒产生一个块，优化后预计达到不到5秒;（2）单个账单不能拒绝在当前区块中包含交易;（3）所有账单均有出席确认，一次确认即为完整确认;（4）与超导交易机制相结合，簿记员不能通过构建交易来获利。

小型股权持有人可以发起选举账单交易，以投票选出的（1至1024名）候選人数。人们普遍认为，簿记员应该是真实姓名的，候选人应该提供一个可以通过其他渠道证明其真实身份的数字证书。

小蚂蚁协议实时收集所有投票并计算当前罢工者的数量和罢工者名单。为了确定需要预订的人数，所有选票按支持者的数量排序，占小蚂蚁持有的份额中间值的50%，然后获得算术平均值。当人数低于最低标准时，启用系统预设备用计费器进行更换。在确定了所需的预订人数之后，付款人的名单由从高到低的投票数确定。

我们使用块随机数的生成来理解小蚂蚁共识机制。在生成每个块之前，计数器必须协作以生成块随机数。小蚂蚁使用Shamir的秘密共享方案（SSSS）进行协作以生成随机数。

根据SSSS方案，可以从密文S生成N个密文片段，并且可以通过在其中保持K个份来恢复密文S小蚂蚁簿记员（假设是N+1）通过以下三个步骤就随机数达成了共识：（1）选择一个随机数，通过SsSS方案生成N个片段，并使用其他N个billers的公钥进行加密和广播。（2）在接收到其他N个billers的广播之后，解密并广播可以自己解密的部分。（3）收集至少K个密文片段后，求解随机数;在获得所有注册人的随机数后，合并并生成块随机数。块随机数由个体账单协同生成，只要涉及诚实的账单，即使所有其他账单串通，也无法预测或构建随机数。

在上述块随机数生成的第一步的广播中，记帐器还同时广播它认为应该写人块的甸个事务的哈希值。在其他订户听到广播之后，他们检查他们是否具有交易哈希值的相应数据。如果没有，他们从其他节点请求它。

当生成块随机数时，每个记帐器合并第一步广播中的所有事务（不包括仅具有哈希值但不能获得事务数据的事务）和符号，并获得2/3记账员的签名。然后块完成;否则，共识失败，返回随机数共识的第一步，然后再试一次。

参考文献

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[5]周邺飞.区块链核心技术演进之路——共识机制演进（1）[J]计算机教育.2017（04）