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區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識普及 【網(wǎng)絡(luò)安全】 加入時間：2018年04月17日 信息來源：本站原創(chuàng) 作者：xjzx 訪問量： |
【定義】 區(qū)塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任的方式集體維護(hù)一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。該技術(shù)方案讓參與系統(tǒng)中的任意多個節(jié)點，把一段時間系統(tǒng)內(nèi)全部信息交流的數(shù)據(jù)，通過密碼學(xué)算法計算和記錄到一個數(shù)據(jù)塊（block），并且生成該數(shù)據(jù)塊的指紋用于鏈接（chain）下個數(shù)據(jù)塊和校驗，系統(tǒng)所有參與節(jié)點來共同認(rèn)定記錄是否為真。 區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N類似于NoSQL（非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）這樣的技術(shù)解決方案統(tǒng)稱，并不是某種特定技術(shù)，能夠通過很多編程語言和架構(gòu)來實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)。并且實現(xiàn)區(qū)塊鏈的方式種類也有很多，目前常見的包括POW（Proof of Work，工作量證明），POS（Proof of Stake，權(quán)益證明），DPOS（Delegate Proof of Stake，股份授權(quán)證明機制）等。 區(qū)塊鏈的概念首次在論文《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System）》中提出，作者為自稱中本聰（Satoshi Nakamoto）的個人（或團(tuán)體）。因此可以把比特幣看成區(qū)塊鏈的首個在金融支付領(lǐng)域中的應(yīng)用。 【通俗解釋】 無論多大的系統(tǒng)或者多小的網(wǎng)站，一般在它背后都有數(shù)據(jù)庫。那么這個數(shù)據(jù)庫由誰來維護(hù)？在一般情況下，誰負(fù)責(zé)運營這個網(wǎng)絡(luò)或者系統(tǒng)，那么就由誰來進(jìn)行維護(hù)。如果是微信數(shù)據(jù)庫肯定是騰訊團(tuán)隊維護(hù)，淘寶的數(shù)據(jù)庫就是阿里的團(tuán)隊在維護(hù)。大家一定認(rèn)為這種方式是天經(jīng)地義的，但是區(qū)塊鏈技術(shù)卻不是這樣。 如果我們把數(shù)據(jù)庫想象成是一個賬本：比如支付寶就是很典型的賬本，任何數(shù)據(jù)的改變就是記賬型的。數(shù)據(jù)庫的維護(hù)我們可以認(rèn)為是很簡單的記賬方式。在區(qū)塊鏈的世界也是這樣，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的每一個人都有機會參與記賬。系統(tǒng)會在一段時間內(nèi)，可能選擇十秒鐘內(nèi)，也可能十分鐘，選出這段時間記賬最快最好的人，由這個人來記賬，他會把這段時間數(shù)據(jù)庫的變化和賬本的變化記在一個區(qū)塊（block）中，我們可以把這個區(qū)塊想象成一頁紙上，系統(tǒng)在確認(rèn)記錄正確后，會把過去賬本的數(shù)據(jù)指紋鏈接（chain）這張紙上，然后把這張紙發(fā)給整個系統(tǒng)里面其他的所有人。然后周而復(fù)始，系統(tǒng)會尋找下一個記賬又快又好的人，而系統(tǒng)中的其他所有人都會獲得整個賬本的副本。這也就意味著這個系統(tǒng)每一個人都有一模一樣的賬本，這種技術(shù)，我們就稱之為區(qū)塊鏈技術(shù)（Blockchain），也稱為分布式賬本技術(shù)。 由于每個人（計算機）都有一模一樣的賬本，并且每個人（計算機）都有著完全相等的權(quán)利，因此不會由于單個人（計算機）失去聯(lián)系或宕機，而導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。既然有一模一樣的賬本，就意味著所有的數(shù)據(jù)都是公開透明的，每一個人可以看到每一個賬戶上到底有什么數(shù)字變化。它非常有趣的特性就是，其中的數(shù)據(jù)無法篡改。因為系統(tǒng)會自動比較，會認(rèn)為相同數(shù)量最多的賬本是真的賬本，少部分和別人數(shù)量不一樣的賬本是虛假的賬本。在這種情況下，任何人篡改自己的賬本是沒有任何意義的，因為除非你能夠篡改整個系統(tǒng)里面大部分節(jié)點。如果整個系統(tǒng)節(jié)點只有五個、十個節(jié)點也許還容易做到，但是如果有上萬個甚至上十萬個，并且還分布在互聯(lián)網(wǎng)上的任何角落，除非某個人能控制世界上大多數(shù)的電腦，否則不太可能篡改這樣大型的區(qū)塊鏈。 【要素】 結(jié)合區(qū)塊鏈的定義，我們認(rèn)為必須具有如下四點要素才能被稱為公開區(qū)塊鏈技術(shù)，如果只具有前3點要素，我們將認(rèn)為其為私有區(qū)塊鏈技術(shù)（私有鏈）。 1、點對點的對等網(wǎng)絡(luò)（權(quán)力對等、物理點對點連接） 2、可驗證的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（可驗證的PKC體系，不可篡改數(shù)據(jù)庫） 3、分布式的共識機制（解決拜占庭將軍問題，解決雙重支付） 4、納什均衡的博弈設(shè)計（合作是演化穩(wěn)定的策略） 【特性】 結(jié)合定義區(qū)塊鏈的定義，區(qū)塊鏈會現(xiàn)實出四個主要的特性：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護(hù)（Collectively maintain）、可靠數(shù)據(jù)庫（Reliable Database）。并且由四個特征會引申出另外2個特征：開源（Open Source）、隱私保護(hù)（Anonymity）。如果一個系統(tǒng)不具備這些特征，將不能視其為基于區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用。 去中心化（Decentralized）：整個網(wǎng)絡(luò)沒有中心化的硬件或者管理機構(gòu)，任意節(jié)點之間的權(quán)利和義務(wù)都是均等的，且任一節(jié)點的損壞或者失去都會不影響整個系統(tǒng)的運作。因此也可以認(rèn)為區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有極好的健壯性。 去信任（Trustless）：參與整個系統(tǒng)中的每個節(jié)點之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是無需互相信任的，整個系統(tǒng)的運作規(guī)則是公開透明的，所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容也是公開的，因此在系統(tǒng)指定的規(guī)則范圍和時間范圍內(nèi)，節(jié)點之間是不能也無法欺騙其它節(jié)點。 集體維護(hù)（Collectively maintain）：系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊由整個系統(tǒng)中所有具有維護(hù)功能的節(jié)點來共同維護(hù)的，而這些具有維護(hù)功能的節(jié)點是任何人都可以參與的。 可靠數(shù)據(jù)庫（Reliable Database）：整個系統(tǒng)將通過分?jǐn)?shù)據(jù)庫的形式，讓每個參與節(jié)點都能獲得一份完整數(shù)據(jù)庫的拷貝。除非能夠同時控制整個系統(tǒng)中超過51%的節(jié)點，否則單個節(jié)點上對數(shù)據(jù)庫的修改是無效的，也無法影響其他節(jié)點上的數(shù)據(jù)內(nèi)容。因此參與系統(tǒng)中的節(jié)點越多和計算能力越強，該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)安全性越高。 開源（Open Source）：由于整個系統(tǒng)的運作規(guī)則必須是公開透明的，所以對于程序而言，整個系統(tǒng)必定會是開源的。 隱私保護(hù)（Anonymity）：由于節(jié)點和節(jié)點之間是無需互相信任的，因此節(jié)點和節(jié)點之間無需公開身份，在系統(tǒng)中的每個參與的節(jié)點的隱私都是受到保護(hù)。
【區(qū)塊鏈意義之一 ：解決拜占庭將軍問題】 區(qū)塊鏈解決的核心問題不是“數(shù)字貨幣”，而是在信息不對稱、不確定的環(huán)境下，如何建立滿足經(jīng)濟(jì)活動賴以發(fā)生、發(fā)展的“信任”生態(tài)體系。而這個問題稱之為“拜占庭將軍問題”，也可稱為“拜占庭容錯”或者“兩軍問題”，這是一個分布式系統(tǒng)中進(jìn)行信息機交互時面臨的難題，即在整個網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點都無法信任與之通信的對方時，如何能創(chuàng)建出共識基礎(chǔ)來進(jìn)行安全的信息交互而無需擔(dān)心數(shù)據(jù)被篡改。區(qū)塊鏈?zhǔn)褂盟惴ㄗC明機制來保證整個網(wǎng)絡(luò)的安全，借助它，整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點能夠在去信任的環(huán)境下自動安全的交換數(shù)據(jù)。更多介紹請參見《比特幣與拜占庭將軍問題》。 【區(qū)塊鏈意義之二：實現(xiàn)跨國價值轉(zhuǎn)移】 互聯(lián)網(wǎng)誕生最初，最早核心解決的問題是信息制造和傳輸，我們可以通過互聯(lián)網(wǎng)將信息快速生成并且復(fù)制到全世界每一個有著網(wǎng)絡(luò)的角落，但是它尚始終不能解決價值轉(zhuǎn)移和信用轉(zhuǎn)移。這里所謂的價值轉(zhuǎn)移是指，在網(wǎng)絡(luò)中每個人都能夠認(rèn)可和確認(rèn)的方式，將某一部分價值精確的從某一個地址轉(zhuǎn)移到另一個地址，而且必須確保當(dāng)價值轉(zhuǎn)移后，原來的地址減少了被轉(zhuǎn)移的部分，而新的地址增加了所轉(zhuǎn)移的價值。這里說的價值可以是貨幣資產(chǎn)，也可以是某種實體資產(chǎn)或者虛擬資產(chǎn)（包括有價證券、金融衍生品等）。而這操作的結(jié)果必須獲得所有參與方的認(rèn)可，且其結(jié)果不能受到任何某一方的操縱。 在目前的互聯(lián)網(wǎng)中也有各種各樣的金融體系，也有許多政府銀行提供或者第三方提供的支付系統(tǒng)，但是它還是依靠中心化的方案來解決。所謂中心化的方案，就是通過某個公司或者政府信用作為背書，將所有的價值轉(zhuǎn)移計算放在一個中心服務(wù)器（集群）中，盡管所有的計算也是由程序自動完成，但是卻必須信任這個中心化的人或者機構(gòu)。事實上通過中心化的信用背書來解決，也只能將信用局限在一定的機構(gòu)、地區(qū)或者國家的范圍之內(nèi)。由此可以看出，必須要解決的這個根本問題，那就是信用。所以價值轉(zhuǎn)移的核心問題是跨國信用共識。 在如此紛繁復(fù)雜的全球體系中，要憑空建立一個全球性的信用共識體系是很難的，由于每個國家的政治、經(jīng)濟(jì)和文化情況不同，對于兩個國家的企業(yè)和政府完全互信是幾乎做不到的，這也就意味著無論是以個人抑或企業(yè)政府的信用進(jìn)行背書，對于跨國之間的價值交換即使可以完成，也有著巨大的時間和經(jīng)濟(jì)成本。但是在漫長的人類歷史中，無論每個國家的宗教、政治和文化是如何的不同，唯一能取得共識的是數(shù)學(xué)（基礎(chǔ)科學(xué)）。因此，可以毫不夸張的說，數(shù)學(xué)（算法）是全球文明的最大公約數(shù)，也是全球人類獲得最多共識的基礎(chǔ)。如果我們以數(shù)學(xué)算法（程序）作為背書，所有的規(guī)則都建立一個公開透明的數(shù)學(xué)算法（程序）之上，能夠讓所有不同政治文化背景的人群獲得共識。
【未來的發(fā)展】 互聯(lián)網(wǎng)將使得全球之間的互動越來越緊密，伴隨而來的就是巨大的信任鴻溝。目前現(xiàn)有的主流數(shù)據(jù)庫技術(shù)架構(gòu)都是私密且中心化的，在這個架構(gòu)上是永遠(yuǎn)無法解決價值轉(zhuǎn)移和互信問題。所以區(qū)塊鏈技術(shù)有可能將成為下一代數(shù)據(jù)庫架構(gòu)。通過去中心化技術(shù)，將能夠在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上完成數(shù)學(xué)（算法）背書、全球互信這個巨大的進(jìn)步。 區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種特定分布式存取數(shù)據(jù)技術(shù)，它通過網(wǎng)絡(luò)中多個參與計算的節(jié)點開共同參與數(shù)據(jù)的計算和記錄，并且互相驗證其信息的有效性（防偽）。從這一點來，區(qū)塊鏈技術(shù)也是一種特定的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)剛剛進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，但是從目前來看，大數(shù)據(jù)還處于非?；A(chǔ)的階段。但是當(dāng)進(jìn)入到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫階段，將進(jìn)入到真正的強信任背書的大數(shù)據(jù)時代。這里面的所有數(shù)據(jù)都獲得堅不可摧的質(zhì)量，任何人都沒有能力也沒有必要去質(zhì)疑。 也許我們現(xiàn)在正處在一個重大的轉(zhuǎn)折點之上——和工業(yè)革命所帶來的深刻變革幾乎相同的重大轉(zhuǎn)折的早期階段。不僅僅是新技術(shù)指數(shù)級、數(shù)字化和組合式的進(jìn)步與變革，更多的驚喜也許還會在我們前面。在未來的24個月里，這個星球所增長的計算機算力和記錄的數(shù)據(jù)將會超過所有歷史階段的總和。在過去的24個月里，這個增值可能已經(jīng)超過了1000倍。這些數(shù)字化的數(shù)據(jù)信息還在以比摩爾定律更快的速度增長。區(qū)塊鏈技術(shù)將不僅僅應(yīng)用在金融支付領(lǐng)域，而是將會擴(kuò)展到目 前所有應(yīng)用范圍，諸如去中心化的微博、微信、搜索、租房，甚至是打車軟件都有可能會出現(xiàn)。因為區(qū)塊鏈將可以讓人類無地域限制的、去信任的方式來進(jìn)行大規(guī)模協(xié)作。 我們這一代人將很可能會幸運地經(jīng)歷人類歷史上兩個最讓人吃驚的事件，地球上的所有人和所有機器通過區(qū)塊鏈技術(shù)以前所未有的互信展開了空前的大規(guī)模協(xié)作，其次就是基于此真正的人工智能將被創(chuàng)造出來。這兩個時間將會深深地改變這個世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。創(chuàng)業(yè)者、企業(yè)家、科學(xué)家以及各種各樣的極客將利用這個充裕的世界去創(chuàng)造能讓我們震驚和快樂。
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