职责协议：了解区块链协议

有系统就有协议

区块链技术是一种突破性的解决方案，它可以解决人们所不知道的问题。 随之而来的是大量至今仍无法解释的术语和概念。 其中一个术语是区块链协议-这个术语经常与区块链网络交替使用，但两者并不完全相同。

在本篇文章中，我们将分析区块链协议的概念、它与区块链本身的区别，以及它的一些主要工作原理和应用。

什么是区块链网络？

区块链是所有加密货币的基础层。 它是一个去中心化网络，可以在全球范围内通过点对点数字资产进行快速、无权限、匿名和安全的交易。 该网络是一个分布式数据库：区块链上进行的所有交易都是公开、匿名的，以区块形式存储，任何人都可以查看。

区块链由一个分布式节点网络提供动力，该网络由全球各地运行的计算机组成，以维持网络的运行。 节点通常作为矿工（在工作证明网络中，如比特币）或staker/delegators（在权益证明网络中，如以太坊或 Cardano）工作。 矿工和造币商可以从他们帮助验证的交易费用中分一杯羹。

工作证明网络中的矿工的任务是破译下一个交易区块的哈希值（一种唯一的加密标识符）。 为此，它们使用原始计算能力，主要比拼计算速度。 在股权证明网络中，这不是通过计算来实现的，而是通过持有大量的网络本币，从而对下一步批准哪些区块拥有发言权来实现的。

区块链由比特币开创，BTC 也是第一种加密货币。 比特币区块链是由中本聪（Satoshi Nakamoto）这个不知名的实体构思的，由一群去中心化的爱好者象征性地赋予了它生命。

比特币加密货币是网络的燃料，因为用户要支付交易份额作为转账费用。

以太坊区块链建立在比特币的基础上，并通过智能合约扩展了区块链武器库。 智能合约是预先编码的算法，在满足一组特定条件时会自动执行。 例如，一旦从地址 (X) 收到 NFT 令牌编号 (XYZ)，就立即向该地址 (X) 发送 200 ETH。

智能合约使区块链应用的部署具有无与伦比的灵活性，本质上是当今所有 DeFi 的结构。 智能合约由以太坊网络首创，如今已被大多数已知的区块链协议所采用。

既然我们已经知道了什么是区块链网络，那我们就来弄清楚什么是区块链协议。

区块链协议本质上是规范区块链网络运行的规则。 它并不是区块链网络本身，而是一套嵌入其所有工作机制的规则。 它规定了网络中的不同元素何时、如何以及在多大程度上可以或不可以做某些事情。

每个区块链的主干都是一套规范其一举一动的协议。 这些协议是维护网络安全、连接性和共识程序的支柱，确保一切运转如常。 由于没有中央机构监督交易，这些协议是维护可信分类账副本和通过共识方法验证交易的关键角色。 一经验证，它们就会被记录在不可更改的数据块中。

我们身边的主要协议

有系统就有协议。 协议是代码的基础层，它告诉人们如何运作。 当然，协议并不是加密货币的专利。 它们是互联网运行的基础，管理着从一台计算机到另一台计算机的数据传输。

我们现在认为理所当然的许多事情都是通过网络协议实现和管理的。 最著名的包括 TCP/IP：传输控制协议/互联网协议，用于通过网络连接设备；HTTP/HTTPS：超文本传输协议（HTTP），用于在网络服务器和客户端之间传输数据。

是什么让区块链协议与众不同？

不过，区块链协议还是有区别的。 它比传统的数据传输更加有趣和复杂。 区块链网络是由决策有机体组成的分布式框架，每个决策有机体除了遵循算法之外，还有更多的工作要做。 这意味着这套规则必须得到组成网络的所有节点的同意、遵守和验证。

网络协议

网络协议规定了网络节点可以（和不可以）进行通信的规则。 这包括节点如何相互发现和识别，如何交换区块信息、交易信息以及其他日常事务。 它包含定义节点如何破译彼此信息的语法。

协商一致议定书

共识协议概述了节点如何商定将哪些交易视为有效或无效。 大家可能都知道，每个节点的硬盘上都保存着整个网络的完整副本。 该副本包括在网络上注册过的每一个数据位。 随着新区块的伪造和新交易的验证，每个副本都会实时更新。

因此，当一个节点提交一个新的区块添加到网络中时，它发送的不仅仅是一个区块-实际上它提交的是迄今为止整个区块链的副本。网络上的每一个节点都有责任扫描、评估和（不）验证所有其他节点提交的每一份网络副本。在比特币这样的工作证明网络中，只有最长的区块链才会被验证，这意味着大多数节点都同意它的有效性。可想而知，这是一项非常繁重的工作，而且需要同样多的计算能力。

在权益证明网络中，验证者由网络从其钱包中持有大量网络本币的节点中随机选出。 有些人可能会将这种做法等同于资本主义垄断，但垄断网络的前景已被预先解决。 这包括限制每个节点允许投注的金额、允许验证的交易数量、验证的频率等。 无论如何，协议中都规定了限制和约束。

状态转换函数

这里的技术含量很高。

在任何特定时间，网络 "认为 "是什么状态就是什么状态。 所有节点、交易和区块当前的 "位置"、它们之间的关系和移动都构成了网络的状态。

网络的状态会随着时间的推移而变化，网络中各要素的组合和平衡也是如此。 状态转换需要以特定的方式注册，网络协议也会考虑到这一点。 随着节点进出网络、交换信息和改变区块链结构，新的可能性和新的复杂性也随之产生。

状态囊括了网络在任何特定时间能做和不能做的所有事情。 如果满足了条件 A 和 B，那么网络就不能再进行 X 和 Y 的操作。 如果状态是由条件 C 和 D 确定的，那么唯一可能的操作就是 W 和 Z。

上述每个部分都是被称为 "验证状态 "的三位一体拼图的一部分。 交易信息进入网络协议后，会在网络协议中得到验证或丢弃。 如果得到验证，则转入共识协议，由共识协议把关。 如果数据与其他节点的数据一致，它就允许数据进入网络状态。

如果数据被接受，就会下传到状态转换功能，成为网络的新验证状态。 验证状态是定义区块添加到链上后实际 "发生 "情况的实际边界。 这可能包括更改某个钱包的余额或启动智能合约。

节点能否偏离协议？

节点能否违背协议，如果可以，会发生什么？ 如前所述，验证区块需要所有节点检查所有其他节点在线提交的所有数据。 为此，必须严格遵守区块链协议。 如果一个节点不服从，那么它就无法与其他节点合作，因此也就无法获得回报。 这意味着在区块链中没有分歧的余地，使其国家本质上成为极权国家。

不过，有时区块链会被强行或故意分成两部分，这就是所谓的分叉。 分叉的发生正是因为一些节点提交的数据与分布式账本的其他数据相冲突。

在正常工作条件下，网络不会费力找出数据出现故障的原因，只会切断该节点与网络其他部分的联系，让它高枕无忧。 这样，潜在的恶意节点就无法对网络造成影响。 现在，每个区块链的大部分 "错误 "副本可能还保存在某个地方。

不过，叉子也可以是好东西。 区块链网络不能 "更新 "其当前状态。 每个新的验证状态都是网络的完整新副本。

您可能听说过，每次重大区块链更新都被称为分叉（Fork）。 因此，当区块链需要更新时，开发人员会特意将其分叉成一个新的副本。 更新前的版本作为遗留版本保留，而新分叉的版本则成为真正的版本。

了解比特币协议

让我们来深入了解一下区块链协议都有哪些规定。 以比特币网络为例。

比特币并不像金块一样随手可得。 在收发 BTC 时，您实际上并没有 "获得 "或 "给予 "比特币。 实际情况是，每笔新交易都会注册一个数字签名。 签名包含一个哈希值-上一笔交易的唯一加密标识-和收件人的公开密钥。 因此，每笔交易都有加密证明，无法更改或伪造。

网上买家和卖家最担心的是，在某些时候，他们可能会被人利用，成为金融欺诈的牺牲品。 这可能以网络钓鱼或直接虚假交易的形式出现。 此外，还有双重消费问题，以及为谋取不正当利益而篡改制度的问题。 由于区块链不受中央实体的管理，所有交易安全问题完全由协议承担。

比特币开发者解决了这些问题，并引入了数字签名和加密证明等机制来缓解这些问题。 因此，比特币协议只允许验证那些与其他节点的加密证明相匹配的区块。

时间戳服务器和工作证明系统

双重消费是区块链的一个大问题。 在这种情况下，用户会尝试两次使用同一种数字货币。 出现这种情况的原因是货币的数字性质，可能使复制或仿制货币变得更加容易而不被发现。

假设用户拥有 1 BTC，并试图将其发送到两个不同的地址，从而花费两次。 在传统支付系统中，系统会检测到双重消费企图，并拒绝交易。 然而，在去中心化的区块链网络中，工作证明系统和共识算法可以防止这种情况的发生，确保每笔交易都是有效的，没有被消费掉。

为了确保这一点，比特币协议设置了一个时间戳服务器，为每笔交易的哈希值粘贴一个唯一的时间标签。 工作证明系统会记录每个时间戳，并拒绝任何哈希值与系统中已注册交易相匹配的交易。

比特币网络中伪造的每个新区块都附有工作证明。 该证明也被称为 Nonce 或只生成一次的数字。 它可以作为加密证明，证明矿工花费了一定的计算能力来验证区块并取得了成功。

不过，也有一些坏区块包含的数据与其他节点挖掘的数据相矛盾。 如果检测到一个坏块，就会将其提取出来，并进一步评估是否存在任何不一致的地方。 如果认定有效，就会像往常一样将区块添加到网络中。 如果没有，它就会被丢弃。

迄今为止的重要协议

也就是说，每个主要网络都遵循自己的协议，专门为其共识机制而设计。 比特币网络基于比特币协议运行，以太坊基于以太坊协议运行，等等。

以下是迄今为止最著名的区块链协议：

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