区块链技术被认为是继蒸汽机,电力,互联网之后,下一代颠覆性的核心技术. 如果说蒸汽机释放了人们的生产力,电力解决了人们基本的生活需求,互联网彻底改变了信息传递的方式,那么区块链作为构造信任的机器,将可能彻底改变整个人类社会价值传递的方式.
以前是靠信誉,靠百年老店,权威机构等,区块链利用技术建立了新的信任方式,这是可以被量化的,从技术的角度实现的,所以说区块链成为了下一个信任的基石.区块链最核心的革命特性是改变千百年来落后的信用机制.
最近经常看到或听到区块链和比特币的关键词,但是对于像我这中菜鸟级别的如何简单通俗的理解区块链呢?
区块链的本质是一个分布式的公共账本,任何人都可对这个账本进行核查,但不存在单一的用户可以对它控制.在区块链系统中的参与者共同维持账本的更新:它只能按照严格的规则和共识进行修改.
举例:如果A借了B 100块钱,这个时候,A在人群中大喊"我是A,我借给了B 100块钱!",B也在人群中大喊"我是B,A借给了我100块!"此时路人甲乙丙丁都听到了这些消息,因此所有人都在心中默默记下了"A借给了B100块钱".这个系统中不需要银行,也不需要借贷协议和收据,严格来说,甚至不需要人与人长久的信任关系(比如B突然又改口说"我不欠A钱!",这个时候人民群众就会站出来说"不对,我的小本本上记录了你某天借了A100块钱!").
这是一个去中心化的系统,整个系统中没有了权威的中心化代理,信息的可信度和准确性便会面临问题.
可能你已经发现了,在上述的模型中,所谓的"100块钱"已经不重要了.换句话说,任何东西都可以在这个模型中交换,甚至你可以凭空杜撰一个东西,只要大家承认,你就可以让你杜撰的东西流通.比如:我在人群中高喊一声"我创造了10个查克拉!",我甚至不需要知道查克拉是什么,也不需要关心世界上是不是真的有查克拉,只要大家都听到,然后在自己的小本本上记下"LaiW3n有10个查克拉",于是我就真的有100个查克拉了.从此以后,我便可以声称我给了某人1个查克拉,只要路人甲乙丙丁都收到并且承认了这一信息,那我就算完成了这次交易,哪怕世界上没有查克拉.又比如:"比特币",区块链是比特币的底层技术,真正的区块链和比特币比上述的模型复杂太多,细节也丰富太多.
但是存在以下问题:
假设过了很长一段时间,凭空创造的查克拉已经在这个系统中流通了起来,大家都开始认可了查克拉.但是这个系统中一共就只有10个查克拉,于是有人动了坏心思,他在人群中高呼"我有10个查克拉!"怎么办?大家是直接在本本上记下他有10个查克拉么,这样不是人人都可以伪造查克拉了么?
为了防止这种现象发生,决定在我创造查克拉的时候给我的查克拉打上标记(更准确地说,我是给我喊的那句"我创造了10个查克拉"打上标记,比如标记为001),这样以后在每一笔交易的时候,我在高喊"我给了某某1个查克拉!"的时候,会附加上额外的一句话:"这1个查克拉的来源是记为001的那条记录,我的这句话标记为002!".我们再抽象一点,某人喊话的内容的格式就变成了:"这句话编号xxx,上一句话的编号是yyy,我给了某某1个查克拉!",这样就解决了伪造的问题.其实上述模型就变成一个简化的中本聪第一版比特币区块链协议.
看到这里基本已经能够生动形象又不涉及任何细节地解释区块链了.但是任然存在以下疑问:
"凭啥你喊一句话我就帮你记?我的小本本不要钱么?".为了激励大家帮我传话和记账,我决定给第一个听到我喊话并且记录在小本本上的人一些奖励:第一个听到我喊话并记录下来的人,你就凭空得到了1个查克拉,这个查克拉是整个系统对你幸苦记账的报酬,而你记录了这句话之后,要马上告诉其它人你已经记录好了,让别人放弃继续记录这句话,并给你自己的记录编号让别人有据可查,然后你再把我的话加上你的记录编号一起喊出来,供下一个人记账.
的声音,以抢占第一个记账的权利.比如概念 "比特币挖矿".毕竟1比特币=1K-nK美元.
比特币挖矿机,就是用于赚取比特币的电脑,这类电脑一般有专业的挖矿芯片,
多采用烧显卡的方式工作,耗电量较大.用户用个人计算机下载软件然后运行特定算法,
与远方服务器通讯后可得到相应比特币,是获取比特币的方式之一.
在这个系统中,如果我和另一个人C几乎同时地喊出一句:"为了艾泽拉斯!".由于听众所处的位置不同,一定会有人先听到我说的那句话,而另外一些人则先听到C的那句话,如果我们规定只能有一个人说出这句话,那到底这句话是谁说的?
如果不加任何条件,那么上述的情况一定会这样发展:一部分人认为这句话是我说的,在听到这句话之后开始记账,之后他们所做的所有事情都是基于这个事实,并且随着这个信息一次次的传下去,这条信息链会越来越深;而另外一群认为是C先说这句话的人,也会按照这样的趋势发展.这样,原本是一条唯一的信息链,在我们喊出"为了艾泽拉斯"这句话之后,分叉了?
这会导致怎样的情况呢?按照我们的设想,应该每个人的小本本上记录的东西都是一样的,都是一条可以把所有信息串联起来的链条.但是在这一刻,他们小本本上记录的东西不一样了?以后还怎么确定交易和信息的真实性?
为了解决这个问题,又追加了新的规则,增加记录编码的难度,即比特币挖矿难度,保证记录的唯一性(保证节点之间的同步)."不知道用唯一性是否准确?
区块链几乎可以应用到任何领域,在金融,物流,公共服务等领域都有大量案例.中国央行早在2016年就表态支持区块链.2016年11月,中国政府正式把区块链列入十三五规划纲要中.
比如贵州超过3000亿的脱贫脱贫攻坚基金,要通过300多个单位的运作,惠及493万贫困人口,如何确保扶贫资金募款,投资,使用管理等环节正确运作呢?区块链具有多方共识,交易溯源,不可篡改等技术特点,使它在确保信息可信,安全,可追溯等方面具有传统技术不可比拟的优势.以城市为单位,第一个发布区块链白皮书的就是贵阳市.
如果仔细观察,我们会发现马云最近两年在公共场所提及最多的概念便是信用体系.互联网在未来不会是创业主体,而是像空气一样成为我们生活的一部分.
蚂蚁金融便是马云最为看重的业务体系,在马云的构想下,未来人们的生活将无现金,并可以用信用兑换商品.这一实现,十分需要一种革命性的信用机制.这一机制在2016年的支付宝App里已经悄然 上线---蚂蚁区块链
首先,区块链的主要作用是储存信息.任何需要保存的信息,都可以写入区块链,也可以从里面读取,所以它是数据库.
其次,任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点.区块链的世界里面,没有中心节点(去中心化),每个节点都是平等的,都保存着整个数据库.你可以向任何一个节点,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步,保证区块链一致.
区块链没有管理员,它是彻底无中心的.其他的数据库都有管理员,但是区块链没有.如果有人想对区块链添加审核,也实现不了,因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局.
没有了管理员,人人都可以往里面写入数据,怎么才能保证数据是可信的呢,这就是区块链奇妙的地方.
区块链由一个个相连的区块(block)组成.区块很像数据库的记录,每次写入数据,就是创建一个区块.
每个区块包含两个部分:
Hash 就是计算机可以对任意内容,计算出一个长度相同的特征值.区块链的 Hash 长度是256位,不管原始内容是什么,最后都会计算出一个256位的二进制数字.而且可以保证,只要原始内容不同,对应的 Hash 一定是不同的.
举例来说,字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0(十六进制),转成二进制就是256位,而且只有123能得到这个 Hash.
区块头包含很多内容(包括上一个区块的Hash,当前区块体的Hash等,见上图).这意味着,如果当前区块的内容变了,或者上一个区块的 Hash 变了,一定会引起当前区块的 Hash 改变.
如果有人修改了一个区块,该区块的 Hash 就变了.为了让后面的区块还能连到它,必须同时修改后面所有的区块,否则被改掉的区块就脱离区块链了.Hash 的计算很耗时,同时修改多个区块几乎不可能发生,除非有人掌握了全网51%以上的计算能力.
正是通过这种联动机制,区块链保证了自身的可靠性,数据一旦写入,就无法被篡改.这就像历史一样,发生了就是发生了,从此再无法改变.
由于必须保证节点之间的同步,所以新区块的添加速度不能太快.试想一下,你刚刚同步了一个区块,准备基于它生成下一个区块,但这时别的节点又有新区块生成,你不得不放弃做了一半的计算,再次去同步.因为每个区块的后面,只能跟着一个区块,你永远只能在最新区块的后面,生成下一个区块.所以,你别无选择,一听到信号,就必须立刻同步.
所以,区块链的发明者故意让添加新区块,变得很困难.他的设计是,平均每10分钟,全网才能生成一个新区块,一小时也就六个.
这种产出速度不是通过命令达成的,而是故意设置了海量的计算.也就是说,只有通过极其大量的计算,才能得到当前区块的有效 Hash,从而把新区块添加到区块链.由于计算量太大,所以快不起来.
这个过程就叫做采矿(mining),因为计算有效 Hash 的难度,好比在全世界的沙子里面,找到一粒符合条件的沙子.计算 Hash 的机器就叫做矿机,操作矿机的人就叫做矿工.
你可能会有一个疑问,人们都说采矿很难,可是采矿不就是用计算机算出一个 Hash 吗,这正是计算机的强项啊,怎么会变得很难,迟迟算不出来呢?(比特币挖矿机,就是用于赚取比特币的电脑,一般有专业的挖矿芯片,多采用烧显卡的方式工作)
原来不是任意一个 Hash 都可以,只有满足条件的 Hash 才会被区块链接受.这个条件特别苛刻,使得绝大部分 Hash 都不满足要求,必须重算.
区块头包含一个难度系数(difficulty)这个值决定了计算 Hash 的难度.举例来说,第100000个区块的难度系数是 14484.16236122.
区块链协议规定,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target).显然,难度系数越大,目标值就越小.
Hash 的有效性跟目标值密切相关,只有小于目标值的 Hash 才是有效的,否则 Hash 无效,必须重算.由于目标值非常小,Hash 小于该值的机会极其渺茫,可能计算10亿次,才算中一次.这就是采矿如此之慢的根本原因.
区块头里面还有一个 Nonce 值,记录了 Hash 重算的次数.第 100000 个区块的 Nonce 值是 274148111,即计算了 2.74 亿次,才得到了一个有效的 Hash,该区块才能加入区块链.
就算采矿很难,但也没法保证,正好十分钟产出一个区块,有时一分钟就算出来了,有时几个小时可能也没结果.总体来看,随着硬件设备的提升,以及矿机的数量增长,计算速度一定会越来越快.
为了将产出速率恒定在十分钟,区块链发明者还设计了难度系数的动态调节机制.他规定,难度系数每两周(2016个区块)调整一次.如果这两周里面,区块的平均生成速度是9分钟,就意味着比法定速度快了10%,因此难度系数就要调高10%;如果平均生成速度是11分钟,就意味着比法定速度慢了10%,因此难度系数就要调低10%.
难度系数越调越高(目标值越来越小),导致了采矿越来越难.
即使区块链是可靠的,现在还有一个问题没有解决:如果两个人同时向区块链写入数据,也就是说,同时有两个区块加入,因为它们都连着前一个区块,就形成了分叉.这时应该采纳哪一个区块呢?
现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链.如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为"六次确认").按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认.
为了保证数据的可靠性,区块链也有自己的代价.一是效率,数据写入区块链,最少要等待十分钟,所有节点都同步数据,则需要更多的时间;二是能耗,区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算,这是非常耗费能源的.