常见问题

通用问题

问：区块链是谁发明的，有什么特点？

答：区块链相关的思想最早由比特币的发明者-中本聪（化名）在白皮书中提出，将其作为比特币网络的核心支持技术。自那以后，区块链技术逐渐脱离比特币项目，成为一种通用的可以支持分布式记账能力的底层技术，具有去中心化和加密安全等特点。

问：区块链和比特币是什么关系？

答：比特币是基于区块链技术的一种数字现金（cash）应用；区块链技术最早在比特币网络中得到应用和验证。比特币系统在 2009 年上线后面向全球提供服务，在无中心化管理的情况下运转至今。

问：区块链和分布式数据库是什么关系？

答：两者定位完全不同。分布式数据库是解决高可用和可扩展场景下的数据管理问题；区块链则是在多方（无须中心化中介角色存在）之间提供一套可信的记账和合约履行机制。可见，两者完全可以配合使用。

问：区块链有哪些种类？

答：根据部署场景公开程度，可以分为公有链（Public Chain）、联盟链（Consortium Chain）和私有链（Private Chain）；从功能上看，可以分为以支持数字货币为主的数字货币区块链（如比特币网络）、支持智能合约的通用区块链（如以太坊网络）、面向复杂商业应用场景的分布式账本平台（如超级账本）。

问：区块链是如何保证没有人作恶的？

答：恰恰相反，区块链并没有试图保证每一个人都不作恶。以比特币区块链为例，通过经济博弈手段来容忍部分参与者作恶。参与者默认在最长的链（唯一合法链）上进行扩展。当作恶者尝试延续一个非法链的时候，实际上在跟所有的合作者们进行投票竞争。因此，当作恶者占比不高（如不超过一半）时，概率意义上无法造成破坏。而作恶代价是所付出的资源（例如算力）都将浪费掉。

问：区块链的智能合约应该怎么设计？

答：智能合约也是一种应用程序，在架构上既可以采取单体（monolithic）的方式（一个合约针对一个具体商业应用，功能完善而复杂），也可以采取微服务（microservice）的方式（每个合约功能单一，多个合约可相互调用共同构建应用）。 选择哪种模式根本上取决于其上商业应用的特点。从灵活性角度，推荐适当对应用代码进行切分，划分到若干个智能合约，尽量保持智能合约的可复用性。

问：如何查看 PEM 格式证书内容？

答：可以通过如下命令转换证书内容进行输出：openssl x509 -noout -text -in <ca_file>；此外，还可以通过如下命令来快速从证书文件中提取所证明的公钥内容：openssl x509 -noout -pubkey -in <ca_file>。

问：已知私钥，如何生成公钥？

答：取决于加密算法。对于椭圆曲线加密算法，可以通过如下命令生成公钥：openssl ec -pubout -outform PEM -in <private_key>。

问：如何校验某证书是否被根证书签名？

答：已知根证书文件 <root_cafile> 和待验证证书文件 <ca_to_verify> 情况下，可以使用如下命令进行验证：openssl verify -CAfile <root_cafile> <ca_to_verify>。

问：为何 Hash 函数将任意长的文本映射到定长的摘要，很少会发生冲突？

答：像 SHA-1 这样的 Hash 函数可以将任意长的文本映射到相对很短的定长摘要。从理论上讲，从大的集合映射到小的集合上必然存在冲突，这是鸽笼原理的结果，与输入数据的分布无关。

之所以在实践中几乎遇不到冲突，原因有两点：一是输出空间极大，SHA-1 有 2^160 种取值，SHA-256 有 2^256 种；二是设计良好的 Hash 函数会把输入尽量均匀地散布到整个输出空间，因此按生日界估算，随机撞上一次冲突大约需要 2^(n/2) 量级的尝试（SHA-256 约为 2^128 次），远超现实可用的算力。

需要区分“随机碰上”和“被人为构造”。一旦算法本身出现弱点，攻击者就能以远低于生日界的代价构造出冲突：SHA-1 的实际碰撞已由 SHAttered 项目在 2017 年以约 2^63.1 的复杂度做出（详见「Hash 算法与数字摘要」一节），因此它已不适合再用于需要抗碰撞的场景。

比特币、以太坊相关

问：比特币区块链为何要设计为每 10 分钟才出来一个块，快一些不可以吗？

答：这个主要是从公平的角度，当某一个新块被计算出来后，需要在全球比特币网络内公布。临近的矿工将最先拿到消息并开始新一轮的计算，较远的矿工则较晚得到通知。最坏情况下，可能造成数十秒的延迟。为尽量确保矿工们都处在同一起跑线上，这个时间不能太短。但出块时间太长又会导致交易的“最终”确认时间过长。目前看，10 分钟左右是一个相对合适的折中。另外，也是从存储代价的角度，让拥有不太大存储的普通节点可以参与到网络的维护。

问：比特币区块链为何要限制区块容量，大一些不可以吗？

答：这个也是折中的结果。区块产生的平均时间间隔是固定的 10 分钟，容量大一些意味着交易吞吐量可以增加，但节点进行验证的成本会提高，同时存储整个区块链的成本会快速上升。以早期的 1 MB 上限计算，每秒可以记录 1 MB/(10*60)=1.7 KB 的交易数据，而一般的交易数据大小在 0.2 ~ 1 KB。

需要注意，“每个区块 1 MB”是 SegWit 之前的说法。2017 年 8 月 SegWit 激活后，共识规则改用区块重量（block weight）来限制容量，上限为 4,000,000 weight units，其中基础大小（不含 witness 数据）仍受约 1 MB 约束，因此实际区块可以超过 1 MB（详见「基本原理和设计」一节）。

历史上比特币社区围绕扩容有过长期争论：若干直接调大区块的提案未能达成共识，部分设计者选择了分叉；而 SegWit 这种通过隔离见证间接提升容量的方案最终被接受并激活。

问：以太坊网络跟比特币网络有何关系？

答：以太坊网络所采用的区块链结构，源于比特币网络，基于同样设计原理。此外，以太坊提出了许多改善设计，包括支持更灵活的智能合约。需要注意的是，以太坊已经在 2022 年 9 月 15 日通过 The Merge 从 PoW 转向 PoS，不再依赖工作量证明挖矿出块。

超级账本项目

问：超级账本项目与传统公有区块链有何不同？

答：超级账本是目前全球最大的联盟链开源项目。在联盟场景下，参与多方可以容易达成一定的信任前提。另外，企业十分看重对接入账本各方的权限管理、审计功能、传输数据的安全可靠等特性。超级账本在考虑了商业网络的这些复杂需求后，提出了创新的架构和设计，成为首个在企业应用场景中得到大规模部署和验证的开源项目。

问：区块链最早是公有链形式，为何现在联盟链在很多场景下得到更多应用？

答：区块链技术出现以前，人们往往通过中心化的信任机制来实现协作，但一旦中心机制出现故障，则无法进行。区块链技术可以提供无中介化情况下的信任保障。公有链情况下，任何人都可以参与监督，可以实现信任的最大化，但随之而来带来包括性能低下、可扩展性差等问题，特别扩大到互联网尺度时存在许多目前很难解决的技术难题。

联盟链在两者之间取得了平衡。多方共识模型中，系统整体可信任度随独立参与方的增多而提升；同时，联盟的信任前提，可以选用更高性能的共识机制，并支持权限管理。这些对企业场景来说都是迫切的需求。

问：采用 BFT 类共识算法时，节点掉线后重新加入网络，出现无法同步情况？

答：这是某些算法设计导致的情况。掉线后的节点重新加入到网络中，其视图（View）会领先于其他节点。其他节点正常情况下不会发生视图的变更，发生的交易和区块内容不会同步到掉线节点。出现这种情况，可以有两种解决方案：一个是强迫其他节点出现视图变更，例如也发生掉线或者在一段时间内强制变更；另一种情况是等待再次产生足够多的区块后触发状态追赶。

问：超级账本 Fabric 里的安全性和隐私性是如何保证的？

答：首先，Fabric 1.0 及往后的版本提供了对多通道的支持，不同通道之间的链码和交易是不可见的，即交易只会发送到该通道内的 Peer 节点。此外，在进行背书阶段，客户端可以根据背书策略来选择性的发送交易到通道内的某些特定 Peer 节点。更进一步的，用户可以对交易的内容进行加密（基于证书的权限管理）或使用私密数据，同时，只有得到授权的节点或用户才能访问到私密数据。另外，排序节点无须访问到交易内容，因此，可以选择不将完整交易（对交易输入数据进行隐藏，或者干脆进行加密或 Hash 处理）发送到排序节点。最后，所有数据在传输过程中可以通过 TLS 来进行安全保护。许多层级的保护需要配合使用来获得不同层级的安全性。

实践过程中，也需要对节点自身进行安全保护，通过防火墙、IDS 等防护对节点自身的攻击；另外可以通过审计和分析系统对可疑行为进行探测和响应。