區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)共享-習(xí)題 及答案【ch03】區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)共享技術(shù)

第三章區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)共享技術(shù)1.除了6層架構(gòu)，區(qū)塊鏈還有哪些架構(gòu)模型?答案：區(qū)塊鏈的常見架構(gòu)模型還有:（1）分層架構(gòu)(LayeredArchitecture)將區(qū)塊鏈系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層、應(yīng)用層等不同層級。每一層負(fù)責(zé)不同的功能。（2）模塊化架構(gòu)(ModularArchitecture)將區(qū)塊鏈的不同功能和組件模塊化,如記賬模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、節(jié)點(diǎn)通信模塊等。利于系統(tǒng)擴(kuò)展和定制。（3）聯(lián)盟鏈架構(gòu)(ConsortiumBlockchainArchitecture)適用于私有鏈,由多個組織節(jié)點(diǎn)共同參與一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)。通過訪問控制保證交易的私密性。（4）側(cè)鏈架構(gòu)(SidechainArchitecture)主鏈與側(cè)鏈分離,側(cè)鏈負(fù)責(zé)處理主鏈上的交易數(shù)據(jù),保證主鏈的性能。側(cè)鏈與主鏈數(shù)據(jù)可互相驗(yàn)證。（5）跨鏈架構(gòu)(Cross-ChainArchitecture)不同區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)之間通過通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)互操作和資產(chǎn)轉(zhuǎn)移。（6）分片架構(gòu)(ShardingArchitecture)將區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)拆分為多個片(Shard),以提高交易處理效率和擴(kuò)展性。2.區(qū)塊鏈與比特幣有什么關(guān)系?答案：（1）比特幣是第一個應(yīng)用了區(qū)塊鏈技術(shù)的加密數(shù)字貨幣。（2）比特幣的交易記錄保存在區(qū)塊鏈上,區(qū)塊鏈提供了比特幣去中心化、不可篡改的交易賬本。（3）比特幣網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)行比特幣協(xié)議的節(jié)點(diǎn)組成,這些節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)一個公共的分布式區(qū)塊鏈賬本。（4）比特幣的產(chǎn)生和交易需要區(qū)塊鏈的共識機(jī)制,通過諸如工作證明等算法完成。（5）比特幣網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行保證了比特幣系統(tǒng)的去中心化、安全性、不可篡改性。（6）區(qū)塊鏈技術(shù)為比特幣提供了基礎(chǔ)架構(gòu)和技術(shù)支撐,使比特幣成為第一個成功的加密數(shù)字貨幣。（7）比特幣的成功推動了區(qū)塊鏈技術(shù)的廣泛研究和應(yīng)用,是區(qū)塊鏈得以大規(guī)模應(yīng)用的重要原因。（8）但是區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用范圍不限于數(shù)字貨幣,也可用于智能合約、供應(yīng)鏈管理等其他領(lǐng)域。3.什么是共識算法?目前有哪些共識算法?答案：共識算法是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中使網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)就區(qū)塊內(nèi)容達(dá)成一致的算法。它的主要作用是在去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中,在沒有信任的節(jié)點(diǎn)之間就數(shù)據(jù)達(dá)成一致,從而維護(hù)區(qū)塊鏈的安全。常見的共識算法有:工作證明(ProofofWork,PoW)；持有量證明(ProofofStake,PoS)；代理持有量證明(DelegatedProofofStake,DPoS)；實(shí)用拜占庭容錯(PracticalByzantineFaultTolerance,PBFT)等等。4.拜占庭問題是什么?答案：拜占庭問題(ByzantineProblem)是在分布式系統(tǒng)中,當(dāng)系統(tǒng)存在不可靠節(jié)點(diǎn)時,如何就數(shù)據(jù)達(dá)成一致的問題。具體來說：1.在分布式系統(tǒng)中，存在一些故障節(jié)點(diǎn)或作惡節(jié)點(diǎn),它們可能發(fā)送錯誤或相互沖突的信息到網(wǎng)絡(luò)中。2.這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的正常節(jié)點(diǎn)無法就系統(tǒng)狀態(tài)達(dá)成共識,陷入混亂。3.系統(tǒng)需要有容錯機(jī)制,在存在上述故障節(jié)點(diǎn)時,可以容忍這些故障,并讓正常節(jié)點(diǎn)就系統(tǒng)狀態(tài)達(dá)成一致。4.這就是拜占庭問題要解決的問題。該問題最早由萊斯利·蘭伯特在1982年的論文中提出。5.區(qū)塊鏈系統(tǒng)中也存在拜占庭問題,需要使用容錯算法如拜占庭容錯來解決這一問題。6.拜占庭容錯可以在系統(tǒng)中1/3的節(jié)點(diǎn)失效或作惡的情況下仍能保證系統(tǒng)的一致性和正確性。5.區(qū)塊鏈的核心技術(shù)有哪些?答案：區(qū)塊鏈的核心技術(shù)主要包括:1.分布式賬本技術(shù)區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际焦?jié)點(diǎn)共享的賬本,可以記錄交易信息,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸,去中心化。2.加密算法區(qū)塊鏈?zhǔn)褂妹艽a學(xué)保證網(wǎng)絡(luò)安全,主要應(yīng)用了哈希算法、數(shù)字簽名、非對稱加密等算法技術(shù)。3.共識機(jī)制實(shí)現(xiàn)分布式節(jié)點(diǎn)就賬本達(dá)成共識,例如POW、POS、DPOS等。4.智能合約自動執(zhí)行合約條款的計(jì)算機(jī)協(xié)議程序,無須第三方機(jī)構(gòu)參與。5.P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)區(qū)塊鏈基于P2P技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)可直接交換數(shù)據(jù)和交易信息。6.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括賬本數(shù)據(jù)、區(qū)塊、Merkle樹等。7.持久化技術(shù)將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫和文件中,節(jié)點(diǎn)重啟后可重新同步區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。8.模塊化設(shè)計(jì)組件化的架構(gòu)和協(xié)議設(shè)計(jì),提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)的靈活性。6.在區(qū)塊鏈的實(shí)操中，智能合約的部署為什么建議使用虛擬機(jī)?如果不使用虛擬機(jī)部署,智能合約會出現(xiàn)什么情況?答案：在區(qū)塊鏈的實(shí)操中建議使用虛擬機(jī)部署智能合約,主要出于以下考慮:1.隔離執(zhí)行環(huán)境虛擬機(jī)可以為智能合約代碼提供一個隔離的沙箱執(zhí)行環(huán)境,防止代碼影響主機(jī)系統(tǒng)。2.重復(fù)部署虛擬機(jī)可以隨時重置到干凈狀態(tài),方便對同一智能合約進(jìn)行多次測試部署。3.移植性虛擬機(jī)增強(qiáng)了智能合約的移植性,可以在不同主機(jī)上進(jìn)行部署。4.安全性虛擬機(jī)為智能合約運(yùn)行提供硬件級別的隔離,可以防止代碼泄露主機(jī)敏感數(shù)據(jù)。5.減小風(fēng)險(xiǎn)虛擬機(jī)可以在部署試運(yùn)行后直接刪除,降低代碼錯誤對系統(tǒng)的損害。如果不使用虛擬機(jī),直接在主機(jī)OS上運(yùn)行智能合約,可能會面臨:1.依賴和兼容問題2.意外損壞系統(tǒng)文件3.惡意代碼安全風(fēng)險(xiǎn)4.部署環(huán)境準(zhǔn)備復(fù)雜5.測試和移植困難等問題。7.除了在幣圈有很成熟的應(yīng)用，區(qū)塊鏈還有哪些場景的應(yīng)用?答案：區(qū)塊鏈技術(shù)除了在數(shù)字貨幣領(lǐng)域的應(yīng)用之外,還有以下主要的應(yīng)用場景:1.供應(yīng)鏈管理通過區(qū)塊鏈記錄產(chǎn)品的來源和流轉(zhuǎn)信息,實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的透明和可追溯。2.物聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中利用區(qū)塊鏈進(jìn)行設(shè)備身份管理、數(shù)據(jù)共享和交易。3.能源管理通過區(qū)塊鏈平臺實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、存儲、交易等新模式。4.醫(yī)療保健在醫(yī)療系統(tǒng)中利用區(qū)塊鏈保護(hù)患者隱私,并管理醫(yī)療記錄。5.智能城市智能城市中的數(shù)據(jù)和交易可以使用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行管理。6.數(shù)字身份認(rèn)證區(qū)塊鏈可以用來建立去中心化的數(shù)字身份認(rèn)證系統(tǒng)。7.數(shù)據(jù)共享在不同組織之間利用區(qū)塊鏈進(jìn)行隱私保護(hù)的可信數(shù)據(jù)共享。8.防偽溯源通過區(qū)塊鏈追蹤產(chǎn)品來源,實(shí)現(xiàn)防偽和溯源。8.什么是默克爾樹（哈希樹)?有什么作用？答案：默克爾樹(MerkleTree)也稱哈希樹,是一種二叉樹結(jié)構(gòu),用于高效地驗(yàn)證大型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容。其主要作用有:1.提高區(qū)塊鏈中交易的驗(yàn)證效率?？梢灾幌螺d部分Merkle樹來快速驗(yàn)證交易,而不必下載整個區(qū)塊。2.減小存儲空間。Merkle樹用哈希摘要存儲數(shù)據(jù),大幅減少存儲需求。3.確保數(shù)據(jù)完整性。如果數(shù)據(jù)被非法修改,對應(yīng)Merkl