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广播与验证机制

时间:2021-12-29    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

广播与验证机制是区块链网络产生信任、形成高安全性的基础,也是区块链网络与以往中心化网络的重要区别之

在区块链的分布式网络中,存在两种广播机制:一种是交易广播机制对每一笔交易来说,需要向全网进行广播,取得全网节点的验证,进人区块的构造过程:另种是区块构造广播,即由网络服务机构完成的广播,比如比特币的“矿工”。当矿工进行了大量的计算,完成了工作量证明时,他需要把自己的运算结果广播到全部网络节点之中,由其他节点根据给定的计算条件,调动资源(算力)进行验证。当验证通过后,该笔交易即可记录到区块之中,随后也会链接到区块链上。

交易广播机制的存在,使区块链中的每一项交易置于全网节点的监督之下,交易的每一个细节都要受到其他节点的检验,如支付资金的来源是否可以追溯、支付过程是否符合规则、支付的结果是否确定,等等。一旦经过验证是一项真实的交易,这笔交易就进人了全网节点的区块内,由全网节点为它的真实性、合规性进行背书,下一项与之相关的衍生交易自然无须中心机构的背书即可信任该项交易,这就是区块链网络信任的基础。因此可以说,交易广播一方面是下一项交易的源头,是产生信任机制的第一步;另一方面也是区块封装的数据基础,因为“矿工”们要做的是将某时段内的交易组装为区块并进行计算。

区块构造广播,即“矿工”们竞争构造区块的结果广播,是区块链运行的基础流程之一。区块的构造是由全网的服务机构(即“矿工”们)竞争的结果,在接收交易广播的信息,完成本时段内全部交易的封装后,“矿工”们开始竞争计算哈希值。最快完成计算的矿I必须将结果广播出去,才能使区块真正构建完成,具备接受全网节点验证的基础条件,实现区块向主区块链的“人链”过程。

验证机制,是指节点对广播的交易信息和区块进行验证的过程。区块链没有中心机构进行交易信任检验和保证,因此每一项交易需要靠全网节点的验证来保证,至少经过51%节点验证的交易才能取得信任,成为区块封装中的交易组合信息。

对于网络节点来说,接收到交易信息的广播后,最重要的验证是支付资金的来源是否可追溯。以比特币网络为例,AliceBob支付了50个比特币、这笔交易广播出去后,其他节点(比如矿工)要检验这50个比特币的来源,是Alice挖矿所得还是Alice购买所得,该50个比特币是否已经花费过(避免重复使用);假设其中25个是Alice挖矿所得,另25个是她向其他节点购买所得,那么验证时还需要进一步回溯挖的哈希值、购买的哈希值是否来源于其他区块。需要说明的是,从理论上来讲,只要有时间和资源进行回溯,所有的交易都可以一路回溯至创始区块。但由于区块数量较大,并考虑交易的时效性、验证的经济性,节点对交易的验证过程并不关注过多的回溯和源交易的细节,一般只对源交易的哈希值进行验证,只需确认源交易的哈希值是可信的而且存在于此前的区块之中即可。交易信息的其他验证,包括数据格式的验证,交易双方的数字签名等,都是作为支付验证的辅助信息。只有通过了验证的交易,被支付方才能真正“取得”支付的资金,用于自己的其他交易。


区块构造的验证也是非常重要的,以比特币网络为例,当最先完成区块封装以及竞争计算的矿工把构造结果广播出去以后,其他节点的矿工就会停止对本区块的构造,转为验证该区块的计算结果是否成立,每一个节点在将新的区块转发到其节点之前,会进行一系列的测试来验证它,从而确保了区块的合格与有效。具体的操作见:矿工节点依据个标准清单对该区块进行党证,这些标准存在于比符币核心客户编题的CoekBlok雨数和CheckBlockHead函数中,包括以下五个方面:

(1)区块的数据结构在语法上有效:

(2)区块头的哈希值小于目标难度(确认包含足够的工作量证明):

(3)区块时间微早于验证时刻未来两个小时(允许时间错误):

(4)区块大小在长度限制之内:

(5)其他条件。

这种验证也是一种保证系统正常运行的激励机制,因为在这种机制下,只有矿工将一段时间内完成的真实交易封装并进行计算竞争,诚实构造的区块才能通过验证,并最终纳人到区块链主链之中,矿工也由此得到奖励的挖矿费。如果矿工在构造区块过程中有任何弄虚作假的做法,比如故意将比特币支付给自已的网络钱包,其构造的区块就不能通过验证,会被大多数节点抛弃,也不能链入到主链上,最终是既得不到奖励的挖矿费,又浪费了本来可以通过算力竞争构造新区块的机会,付出的电费也增加损失。

新区块的验证通过后,矿工们就以该区块为父区块,进行下一个区块的封装和计算。验证未能通过,该矿工的区块被抛弃,如果有其他的矿工广播出新的区块,网络重复区块验证过程。如果同时有数个区块被计算出来,并且都可以通过全网的验证,其他矿工可以任选一个区块进行新区块的“挖矿”,并广播挖出的新区块,这时候产生了“多链”现象。但由于网络节点的随机性,一般在不超过六个新区块的范围内,原来的“多链”就会出现长短不一的情况,此时“马太效应”显现,全网的节点都会选择最长的那条链进行后续的区块构造,其他的短链都被抛弃,保证了主区块链的唯一性。

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