2、区块链技术与加密货币：分布式顺序共识的深入剖析

区块链技术与加密货币：分布式顺序共识的深入剖析

1. 引言

在网络环境中，信任通常被视为可靠部分的累加。比特币是这种信任构建方式的一个显著成功案例，在比特币系统里，矿工们协作将交易块按顺序排列成链，而区块链（BC）就是支撑比特币的底层技术。在区块链协议中，矿工们竞争解决一个名为“工作量证明（POW）”的计算难题，其结果会被整合到分布式数据链中。只有当顺序关系一致，达成共识后，这些结果才会被嵌入到链的最终版本里。而且，随着链的增长，可靠性会提高，因为篡改需要更多的计算能力。

然而，这种优势也引发了担忧，即区块链范式能否应用到加密货币之外的领域，如物联网（IoT）或无线传感器网络（WSN）。区块链架构存在局限性，它要求设备具备足够的计算能力来执行POW，而传感器等小型设备往往缺乏这种能力。此外，区块链需要全连接才能运行，这对于WSN来说是不可行的。因此，如何设计无需POW且部分连接的区块链，同时保持对故障和攻击的鲁棒性，成为了一个关键问题。

分布式一致性并非新概念。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，其中信息扩散机制“反熵”和“谣言传播”对建模分布式一致性尤为有用。“反熵”可规范数据库条目，“谣言传播”则从相邻实例更新最新信息内容。在部分连接网络中，信息扩散的概念也得到了严格的研究。

图拓扑对信息传播的影响在文献中已被广泛讨论，其中一个将随机图叠加到环形晶格的模型与我们的讨论特别相关，它能确保最小连接性，同时保持小世界属性。

在分布式共识问题方面，有研究表明异步性和故障是导致共识崩溃的关键因素。网络中的分布式共识也在诸多研究中被分析，例如在WSN中实现时钟同步等应用。有意思的是，随机共识协议比确定性算法对崩溃更具鲁棒