区块链与数据共享——习题 及答案【ch03】区块链与数据共享技术

第三章区块链与数据共享技术L除了6层架构，区块链还有哪些架构模型？答案区块链的常见架构模型还有1分层架构Layered Architecture将区块链系统分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层等不同层级每一层负责不同的功能2模块化架构Modular Architecture将区块链的不同功能和组件模块化，如记账模块、数据存储模块、节点通信模块等利于系统扩展和定制3联盟链架构Consortium BlockchainArchitecture适用于私有链，由多个组织节点共同参与一个区块链网络的维护通过访问控制保证交易的私密性4侧链架构Sidechain Architecture主链与侧链分离，侧链负责处理主链上的交易数据,保证主链的性能侧链与主链数据可互相验证5跨链架构Cross-Chain Architecture不同区块链网络之间通过通信协议和数据交换实现互操作和资产转移6分片架构Sharding Architecture将区块链网络拆分为多个片Shard,以提高交易处理效率和扩展性

2.区块链与比特币有什么关系？答案1比特币是第一个应用了区块链技术的加密数字货币2比特币的交易记录保存在区块链上，区块链提供了比特币去中心化、不可篡改的交易账本3比特币网络由运行比特币协议的节点组成，这些节点共同维护一个公共的分布式区块链账本4比特币的产生和交易需要区块链的共识机制，通过诸如工作证明等算法完成5比特币网络的运行保证了比特币系统的去中心化、安全性、不可篡改性6区块链技术为比特币提供了基础架构和技术支撑，使比特币成为第一个成功的加密数字货币7比特币的成功推动了区块链技术的广泛研究和应用，是区块链得以大规模应用的重要原因8但是区块链技术的应用范围不限于数字货币，也可用于智能合约、供应链管理等其他领域

3.什么是共识算法？目前有哪些共识算法？答案共识算法是区块链系统中使网络中的节点就区块内容达成一致的算法它的主要作用是在去中心化的区块链网络中,在没有信任的节点之间就数据达成一致,从而维护区块链的安全常见的共识算法有工作证明Proof ofWork,PoW；持有量证明Proof of Stake,PoS；代理持有量证明Delegated ProofofStake,DPoS；实用拜占庭容错Practical ByzantineFault Tolerance,PBFT等等

4.拜占庭问题是什么？答案拜占庭问题Byzantine Problem是在分布式系统中，当系统存在不可靠节点时，如何就数据达成一致的问题具体来说

1.在分布式系统中，存在一些故障节点或作恶节点,它们可能发送错误或相互冲突的信息到网络中

2.这会导致网络中的正常节点无法就系统状态达成共识，陷入混乱

3.系统需要有容错机制,在存在上述故障节点时,可以容忍这些故障,并让正常节点就系统状态达成一致

4.这就是拜占庭问题要解决的问题该问题最早由莱斯利•兰伯特在1982年的论文中提出

5.区块链系统中也存在拜占庭问题,需要使用容错算法如拜占庭容错来解决这一问题

6.拜占庭容错可以在系统中1/3的节点失效或作恶的情况下仍能保证系统的一致性和正确性5,区块链的核心技术有哪些？答案区块链的核心技术主要包括

1.分布式账本技术区块链是分布式节点共享的账本，可以记录交易信息，实现点对点传输，去中心化

2.加密算法区块链使用密码学保证网络安全,主要应用了哈希算法、数字签名、非对称加密等算法技术

3.共识机制实现分布式节点就账本达成共识,例如POW、POS、DPOS等

4.智能合约自动执行合约条款的计算机协议程序，无须第三方机构参与

5.P2P网络技术区块链基于P2P技术建立网络，节点可直接交换数据和交易信息

6.数据结构区块链的数据结构包括账本数据、区块、Merkle树等

7.持久化技术将数据保存到数据库和文件中，节点重启后可重新同步区块链数据

8.模块化设计组件化的架构和协议设计,提高区块链系统的灵活性

6.在区块链的实操中，智能合约的部署为什么建议使用虚拟机如果不使用虚拟机部署,智能合约会出现什么情况？答案在区块链的实操中建议使用虚拟机部署智能合约，主要出于以下考虑

1.隔离执行环境虚拟机可以为智能合约代码提供一个隔离的沙箱执行环境,防止代码影响主机系统

2.重复部署虚拟机可以随时重置到干净状态,方便对同一智能合约进行多次测试部署

3.移植性虚拟机增强了智能合约的移植性，可以在不同主机上进行部署

4.安全性虚拟机为智能合约运行提供硬件级别的隔离,可以防止代码泄露主机敏感数据

5.减小风险虚拟机可以在部署试运行后直接删除，降低代码错误对系统的损害如果不使用虚拟机,直接在主机OS上运行智能合约,可能会面临

1.依赖和兼容问题

2.意外损坏系统文件

3.恶意代码安全风险

4.部署环境准备复杂

5.测试和移植困难等问题

7.除了在币圈有很成熟的应用，区块链还有哪些场景的应用？答案区块链技术除了在数字货币领域的应用之外,还有以下主要的应用场景

1.供应链管理通过区块链记录产品的来源和流转信息、,实现供应链的透明和可追溯

2.物联网在物联网系统中利用区块链进行设备身份管理、数据共享和交易

3.能源管理通过区块链平台实现能源生产、存储、交易等新模式

4.医疗保健在医疗系统中利用区块链保护患者隐私,并管理医疗记录

5.智能城市智能城市中的数据和交易可以使用区块链技术进行管理

6.数字身份认证区块链可以用来建立去中心化的数字身份认证系统

7.数据共享在不同组织之间利用区块链进行隐私保护的可信数据共享

8.防伪溯源通过区块链追踪产品来源,实现防伪和溯源8,什么是默克尔树哈希树？有什么作用？答案默克尔树Merkle Tree也称哈希树，是一种二叉树结构，用于高效地验证大型数据结构内容其主要作用有

1.提高区块链中交易的验证效率可以只下载部分Merkle树来快速验证交易而不必下载整个区块

2.减小存储空间Merkle树用哈希摘要存储数据,大幅减少存储需求

3.确保数据完整性如果数据被非法修改，对应Merkle树分支也会改变，可以检测出来

4.允许节点进行分层数据同步节点只需要下载叶节点到根节点的Merkle分支,就能验证数据

5.提供碎片数据检索方式可以通过查询Merkle树只获取所需特定数据片段

6.支持简单可扩展的并行处理和并发控制

7.用于简化证明系统中的证明验证过程。