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【区块链知道】区块链一种去中心化的记录技术

今天我们来更深入的介绍区块链技术。如果你觉得有些难请不要灰心,因为我将按照故事发展的顺序为你白话讲述区块链的发展,之所以一开始听起来难懂,是因为这要构建一套完整的新世界,类似于你火影忍者里面提到的各种查克拉、忍术等专业名词,看几集就明白了。

一、从数字货币说起

货币是人类文明发展过程中的一大发明,最重要的职能包括价值尺度、流通手段、贮藏手段。很难想象离开了货币,现代社会庞大而复杂的经济和金融体系还能否持续运转。历史上,货币的形态经历了多个阶段的演化,包括实物货币、金属货币、代用货币、信用货币、电子货币、数字货币等。货币自身的价值依托也从实物价值、发行方信用价值,到今天出现的对信息系统(包括算法、数学、密码学、软件等)的信任价值。

需求:

一般等价物都可以作为货币使用。然而平时最常见的还是纸币本位制,既方便携带、不易仿制、又相对容易辩伪。

注意,严格来讲,货币(money)不等于现金或通货(cash,currency),货币的范围更广。

或许有人认为信用卡相对纸币形式更方便。相对于信用卡这样的集中式支付体系来说,货币提供了更好的匿名性。另外,一旦碰到系统故障、断网、没有刷卡机器等情况,信用卡就不可用了。无论是货币,还是信用卡模式,都需要额外的系统(例如银行)来完成生产、分发、管理等操作,带来很大的额外成本和使用风险。诸如伪造、信用卡诈骗、盗刷、转账等安全事件屡见不鲜。

很自然的,如果能实现一种数字货币,保持既有货币的这些特性,消除纸质货币的缺陷,无疑将带来巨大的社会变革,极大提高经济活动的运作效率。

不需要第三方(政府)背书就被人对人交易而认可的货币。这将减少大量的信任成本,类似于你做项目的每一步都需要领导审批。

实现挑战

设计和实现一个数字货币并非易事。

在现实生活中,因为纸币具备可转移性,相对容易地完成价值的交割。但是因为电子内容天然具备零复制成本,无法通过发送电子内容来完成价值的转移。持有人可以试图将同一份电子货币发给多个人,这种被称为“双重支付攻击(Double-Spent)”。

类似于你总共有100万,分别给了两个人各一张100万支票,必然有一人拿到的是空头支票。

去中心化的场景下,存在几个难题:

货币的防伪:谁来负责验证货币;

货币交易:如何确定货币从一方转移到另外一方;

避免双重支付:如何避免出现双重支付。

二、比特币出现

在不存在一个第三方记账机构的情况下,如何实现一个数字货币系统呢?

近三十年来,数字货币技术朝着这个方向努力,经历了几代演进,包括 e-Cash、HashCash、B-money 等。

上面这些数字货币都或多或少的依赖于一个第三方系统的信用担保。直到比特币的出现,将PoW 与共识机制结合在一起,首次从实践意义上实现了一套去中心化的数字货币系统。

比特币网络无需任何管理机构,自身通过数学和密码学原理来确保了所有交易的成功进行,比特币自身的价值是通过背后的计算力为背书。这也促使人们开始思考在未来的数字世界中,该如何衡量价值,如何发行货币。

目前看来,数字货币比较有影响力的模式有两种,一种是类似 paypal 这样的选择跟已有的系统合作,成为代理;一种是以比特币这样的完全丢弃已有体系的分布式技术。

三、比特币到区块链

2014 年开始,比特币背后的区块链(Blockchain)技术受到大家关注,并正式引发了分布式记账本(Distributed Ledger)技术的革新浪潮。

人们开始意识到,记账本相关的技术,对于资产(包括有形资产和无形资产)的管理(包括所有权和流通)十分关键;而去中心化的分布式记账本技术,对于当前开放多维化的商业网络意义重大。区块链,正是实现去中心化记账本系统的一种极具潜力的可行技术。

目前,区块链技术已经脱离开比特币,在包括金融、贸易、征信、物联网、共享经济等诸多领域崭露头角。现在当人们提到“区块链”时,往往已经与比特币网络没有直接联系了,除非特别指出是承载比特币交易系统的“比特币区块链”。

区块链技术

记账技术历史悠久,现代复式记账系统(Double Entry Bookkeeping)是由意大利数学家卢卡·帕西奥利,1494 年在《Summa de arithmetica, geometrica, proportioni et proportionalità》一书中最早制定。复式记账法对每一笔账目同时记录来源和去向,首次将对账验证功能引入记账过程,提升了记账的可靠性。从这个角度来看,区块链是首个自带对账功能的数字记账技术实现。

更广泛意义地看,区块链属于一种去中心化的记录技术。参与到系统上的节点,可能不属于同一组织、彼此无需信任;区块链数据由所有节点共同维护,每个参与维护节点都能复制获得一份完整记录的拷贝。

跟传统的记账技术相比,其特点应该包括:

维护一条不断增长的链,只可能添加记录,而发生过的记录都不可篡改;

去中心化,或者说多中心化,无需集中的控制而能达成共识,实现上尽量分布式;

通过密码学的机制来确保交易无法抵赖和破坏,并尽量保护用户信息和记录的隐私性。

另外,区块链本身可以作为分布式存储,也自然可以作为分布式计算引擎。可以想象,整个加入集群的设备都是计算引擎,大家通过付费来使用计算力,是不是就有点普适计算的意味了?

四、区块链的核心是参与者之间的共识

识之所以是关键,是因为在没有中央机构的情况下,参与者必须就规则及其应用方法达成一致;并同意使用这些规则来接受及记录拟定交易。

区块链的基本原理理解起来并不难。基本概念包括:

交易(Transaction):一次操作,导致账本状态的一次改变,如添加一条记录;

区块(Block):记录一段时间内发生的交易和状态结果,是对当前账本状态的一次共识;

链(Chain):由一个个区块按照发生顺序串联而成,是整个状态变化的日志记录。

如果把区块链作为一个状态机,则每次交易就是试图改变一次状态,而每次共识生成的区块,就是参与者对于区块中所有交易内容导致状态改变的结果进行确认。

当然未来达成共识,就演变了多种算法,这也是后面最烧脑的部分。这里先不介绍。

五、区块链的误区

目前,对区块链的认识还存在不少误区。

首先,区块链不是数据库。虽然区块链也可以用来存储数据,但它要解决的问题是多方的互信问题。单纯从存储数据角度,它的效率可能不高(未来达成前面说的共识,其实沟通成本还是很高的),也不推荐把大量的原始数据放到区块链上。

其次,区块链不是要颠覆现有技术。作为基于多项已有技术而出现的新事物,区块链跟现有技术的关系是一脉相承的,在解决多方合作和可信处理上多走了一步,但并不意味着它将彻底颠覆已有的商业模式。很长一段时间里,区块链的适用场景仍需摸索,跟已有系统必然是合作共存的关系。

六、区块链的商业价值

区块链与新一代信息技术

随着新一轮产业革命的到来,云计算、大数据、物联网等新一代信息技术在智能制造、金融、能源、医疗健康等行业中的作用愈发重要。自“十二五”被确立为七大战略性新兴产业之一以来,我国新一代信息技术的发展迅速,逐步成为各行业深化信息技术应用的方向。从国内外发展趋势和区块链技术发展演进路径来看,区块链技术和应用的发展需要云计算、大数据、物联网等新一代信息技术作为基础设施支撑,同时区块链技术和应用发展对推动新一代信息技术产业发展具有重要的促进作用。下图说明了区块链与新一代信息技术的关系。

从技术特点上,区块链一般被认为具有:

分布式容错性:网络极其鲁棒,容错 1/3 左右节点的异常状态。

不可篡改性:一致提交后的数据会一直存在,不可被销毁或修改。

隐私保护性:密码学保证了未经授权者能访问到数据,但无法解析。

随之带来的业务特性将可能包括:

可信任性:区块链技术可以提供天然可信的分布式账本平台,不需要额外第三方中介机构。

降低成本:跟传统技术相比,区块链技术可能带来更短的时间、更少的人力和维护成本。

增强安全:区块链技术将有利于安全可靠的审计管理和账目清算,减少犯罪可能性,和各种风险。

基于区块链技术,任何基于数字交易的活动成本和追踪成本都会降低,并且能提高安全性。能否最终带来成本的降低,将是一项技术能否被深入应用的关键。

区块链的产业价值

根据技术特性可以预测,所有跟信息、价值(包括货币、证券、专利、版权、数字商品、实际物品等)、信用等相关的交换过程,都将可能从区块链技术中得到启发或直接受益。

今日总结:

1、区块链是第一个试图自带信任化和防止篡改的分布式记录系统。它的出现,让大家意识到,除了互联网这样的尽力而为的基础设施外,我们还能打造一个彼此信任的基础设施。

2、类似比特币这样的大规模长时间自治运行的系统,也为区块链技术的应用开启了更多遐想的空间。如果人与人之间的交易无法伪造,合同都能确保可靠执行,世界是不是更美好一些了呢?这是技术进步再次给人类发展带来福利。

3、不提这种去中心化的金融系统是否能在现实中普及,在跨国交易、跨组织合作日益频繁的今天,已经有了不少有意义的尝试和参考。

4、更进一步,比特币只是基于区块链技术的一种金融应用(而且是直接嵌入区块链中),区块链技术还能带来更通用的计算能力。Hyperledger 和 Ethereum 就试图做类似的事情,基于区块链再做一层平台层,让别人基于平台开发应用变得更简单。

5、另外,区块链本身可以作为分布式存储,也自然可以作为分布式计算引擎。可以想象,整个加入集群的设备都是计算引擎,大家通过付费来使用计算力,是不是就有点普适计算的意味了?

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