2、区块链技术与加密货币：分布式顺序共识的分析

区块链技术与加密货币：分布式顺序共识的分析

1. 引言

信任通常被视为可靠部分的累加。但在网络安全和隐私需求方面，挑战在于如何在网络环境中从不确定的来源协同创建信任。比特币就是这一方法的一个显著成功案例，在比特币中，信任由一组称为矿工的参与者建立，他们协作将交易块按顺序排列成链。区块链（BC）是比特币的底层技术，在这个协议中，矿工们竞争解决一个计算成本高昂的问题，即工作量证明（POW）。矿工们的结果随后被组装成一个分布式数据链，只有在达成共识后，结果才会被嵌入到链的最终版本中，而共识的达成需要顺序关系保持一致。随着链的增长，POW 成为信任的代表，可靠性也随之增加，因为篡改链需要越来越多的计算能力。

然而，这些优势也引发了人们对区块链范式能否应用于加密货币以外领域的担忧，比如物联网（IoT）或无线传感器网络（WSN）。这是因为区块链架构存在局限性，难以扩展到小型设备（如传感器），传感器缺乏执行 POW 的计算能力，而且区块链需要完全连接才能运行，这对于 WSN 来说是不可行的。因此，问题在于如何设计一种无需 POW 且部分连接的区块链，同时保持对故障和攻击的鲁棒性。

分布式一致性并非新概念。已有研究通过与流行病学模型密切相关的算法分析分布式数据库的一致性，其中反熵和谣言传播这两种信息扩散机制对建模分布式一致性特别有用。反熵用于规范数据库中的条目，谣言传播则从相邻实例更新最新信息内容。通过平均场方法，研究人员发现了有序和随机感染之间的权衡可以导致指数级的流行病增长。在部分连接网络中的扩散概念也在玻璃态弛豫的背景下得到了严格处理。

图拓扑结构对信息传播的影响在文献中已有广泛讨论。其中，一个由随机图叠加在环形格上的模型与我们的讨论特别相关，因为它在保证最小连接性的同