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区块链技术指南：（一）区块链思想的诞生与概念

imtoken币不见了 2023-01-18 14:06:44

概述

** 任何事物的发展都不是一蹴而就的。 **

如何保证对方能够遵守和执行商务合作中签订的合同？

餐厅声称这条三文鱼是刚刚从海里打捞上来的。如何证明打捞时间和运输过程中的卫生情况？

在数字世界中，如何证明你对资产的所有权？

囚徒困境中的两个人如何才能实现利益最大化？

是否有可能打破宇宙中不同文明之间的猜疑链？

这些看似棘手的问题，在区块链世界已经有了初步的答案。

本章将简要介绍区块链相关的背景知识，包括其起源、定位、涉及的关键技术点和潜在的商业价值。并期待区块链的发展。

从数字货币开始

货币是人类文明发展中的一项伟大发明，其最重要的功能包括价值尺度、流通手段和储存手段。很难想象现代社会庞大而复杂的经济和金融体系能够在没有货币的情况下继续运转。

历史上，货币形态经历了多个阶段的演变，包括实物货币、金属货币、替代货币、信用货币、电子货币、数字货币等。货币本身的价值也是基于实物的价值，发行人的信用价值，以及当今出现的信息系统（包括算法、数学、密码学、软件等）的信任价值。

注：中国最早关于货币的确切记载“夏侯义宣币”出现在衡宽的《盐铁论错币》中。

需要

一般等价物可以作为货币使用。但最常见的是纸币本位制，携带方便，仿制难度大，相对容易伪造。

注意，严格来说，钱（money）不等于现金或货币（cash，currency），money的范围更广。

有些人可能认为信用卡比纸币更方便。与信用卡等中心化支付系统相比，货币提供更好的匿名性。此外，如遇系统故障、断网、无刷卡机等情况，将无法使用信用卡。

无论是货币还是信用卡模式，都需要额外的系统（如银行）来完成生产、流通、管理等操作，带来极大的额外成本和使用风险。假冒、信用卡诈骗、盗刷、转账等安全事件屡见不鲜。

自然，如果能够实现一种数字货币，保持现有货币的这些特征，消除纸币的缺陷，无疑会带来巨大的社会变革，极大地提高经济活动的运行效率。

相比

让我们将今天的数字货币与现实生活中的纸币进行比较：

属性分析优胜者

便携的

在这一点上应该没有争议，显然数字形式的货币获胜。

数字货币

防伪

在这一点上，应该说两者各有千秋，但数字货币可能略胜一筹。纸币靠的是各种设计（纸、墨、暗线、夹层等）的巧思，而数字货币靠的是密码学保证。事实上，伪造纸币时有发生，但数字货币的伪造尚未实现。

数字货币

争议

验钞即使靠验钞机，还是会出现误判，而数字货币靠密码学基本不可能出错。数字货币获胜。

数字货币

匿名的

通常，两者都提供很好的匿名性。但两者都无法抵御故意跟踪。

画

贸易

对于纸币来说，谁持有纸币，谁就是合法的拥有者，交易可以通过纸币本身的转让来完成。对于数字货币来说，要复杂得多，因为任何数字物品都可以被复制，所以需要额外的机制。为此，比特币发明了区块链技术来确保可靠和不可篡改的交易。

钞票

资源

100 美元钞票的生产成本约为 0.10 美元。 100面额人民币的制作成本众说纷纭，但估计应该在几毛钱到几元不等。数字货币消耗的资源要复杂得多。估计在最坏的情况下，计算的量将消耗同样多的电力（通常更多）。

钞票

发布

纸币的发行需要第三方机构的参与，而数字货币是通过分布式算法发行的。在人类历史上，通货膨胀和通货紧缩往往是货币发行不合理造成的；数字货币还没有机会得到验证，其在这方面的表现还有待观察。

画

由此可见，数字货币并非在所有领域都优于现有的货币形式。没有前提地在所有领域都提倡数字货币并不是一种严谨的态度，应该根据具体情况具体分析。其实，如果仔细观察目前支持数字货币的交易机构，就会发现端倪。目前，还没有一种数字货币能够完全发挥货币的作用。

最后，虽然目前的数字货币“实验”取得了巨大的成功，但可见的局限性也很明显：其所依赖的分布式账本技术还没有经过大规模场景的检验；性能和安全性需要改进；资源消耗也太高等等。这些问题还有待相关技术的进一步发展。

实现挑战

设计和实施数字货币并非易事。

在现实生活中，由于纸币具有可转让性，因此相对容易完成价值的传递。但是，由于电子内容天然具有零复制成本，因此不可能通过发送电子内容来完成价值的转移。持有者可以尝试向多人发送相同的数字货币，这被称为“双花攻击”。

可能有人会说现在银行里的货币是电子的，因为资产是通过账户里的数字记录的。没错比特币最早原始网站，这种电子货币模型被称为“数字货币1.0”，它实际上假设了一个安全可靠的第三方记账机构的存在，它以信用为抵押来完成交易。

这种集中控制的数字货币的实现比较简单，但需要一个中央管理和控制系统。然而，在很多情况下，并没有安全可靠的第三方记账机构来发挥中央控制的作用。

例如，两个贸易国可能缺乏足够的外汇储备；互联网上的匿名方进行直销；交易双方互不信任，无法找到双方认可的第三方担保；汇率变动；可能无法连接到第三方系统；第三方系统可能会失败……

总结一下，在去中心化的场景下，存在几个问题：

好吧，这实际上并不那么容易。

比特币出现

如何在没有第三方记账机构的情况下实现数字货币系统？

在过去的三十年里，数字货币技术一直朝着这个方向努力，并经历了几代的演变，包括e-Cash、[HashCash](Hashcash]()、B-money等。

1983年，David Chaum首先提出了ecash，并于1989年创建了Digicash公司。 ecash 系统是第一个匿名加密电子货币，或电子现金系统，它基于 David Chaum 发明的盲签名技术，已用于银行小额支付。 ecash 依赖于中心化的中介，导致它最终失败。

1997年，Adam Back发明了Hashcash来解决邮件系统中的DoS攻击问题。 Hashcash最早提出使用工作量证明（PoW）机制来获取配额，后来被后续的数字货币技术采用。

1998年，魏戴提出B-money，将PoW引入数字货币生成过程。 B-money也是第一个为去中心化而设计的数字货币。从概念上来说，已经比较完整，可惜，一直没能提出具体的设计实现。

以上数字货币都或多或少依赖于第三方系统的信用保证。直到比特币的出现，PoW 与共识机制的结合，才第一次实现了实用意义上的去中心化数字货币体系。

比特币网络不需要任何管理机构。它使用数学和密码学来确保所有交易的成功。比特币本身的价值是由其背后的算力背书的。这也促使人们开始思考未来数字世界如何衡量价值，如何发行货币。

目前看来，数字货币有两个比较有影响力的模型。一是与paypal等现有系统合作，成为代理；技术。

未来哪种模式会成为主流还很难说，未来可能会出现更先进的技术。但是探索像比特币这样的数字货币的设计将会很有趣。

什么是比特币历史

2008年10月31日，化名中本聪（Nakamoto Satoshi）提出了比特币设计白皮书（首次见于metzdowd邮件列表），并于2009年公开了最初的实现代码。第一个比特币于2009年1月3日生成18:15:05。但是真正火起来是在2010年之后，它的官网是bitcoin。

发明者（传闻代号为中本聪的澳大利亚人）至今身份不明，推测其背后可能也有团队。

尽管充满争议，但从技术角度来看，比特币仍然是数字货币史上一项了不起的创新。比特币网络自2009年推出以来，已在全球7*24小时运行近8年，支持单笔交易1.5亿美元。比特币网络由数千个核心节点组成，没有任何中央运维参与，支撑着稳定增长的交易量。

比特币之所以受到无数金融从业者的青睐，是因为它第一次真正实现了足够安全可靠的去中心化数字货币机制。

比特币作为一种概念性金融货币，主要希望解决现有金融货币体系存在的几个问题：

搞金融的都可以想，其实要设计这样一个系统，最关键的是强大的交易记录系统和中立的货币发行机制。

首先，这个系统必须能够以中立、公平、不可篡改的方式记录发生的每一笔交易。对比现有的银行系统可以看出，目前的银行机制作为第三方提供此类服务是有代价的，即如果交易双方都信任银行的数据库，那么就没有问题。但如果是全球流通的货币呢？有没有哪家银行是大家可以完全信任的呢？因此，需要一个分布式的数据库，它可以在全球范围内访问，并且不能被控制。这就是区块链的设计目的。

货币的发行受比特币协议的约束，必须控制总量，发行速度会自动调整。由于总量是固定的，所以随着认可比特币的实体经济的加入，单个比特币的价值肯定会上升。发行速度的调整避免了通货膨胀或滞胀。

比特币到区块链

2014年以来，比特币背后的区块链技术受到大家的关注，正式引发了分布式账本技术的创新浪潮。

人们开始意识到，与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）至关重要；而去中心化的分布式账本技术至关重要，对于当前开放的多维商业网络具有重要意义。区块链是实现去中心化账本系统的一种非常有前途和可行的技术。

目前，区块链技术已经从比特币中分离出来，在金融、贸易、征信、物联网、共享经济等诸多领域崭露头角。现在人们提到“区块链”时，往往与比特币网络没有直接联系，除非特别指出是承载比特币交易系统的“比特币区块链”。

什么是区块链定义

区块链（Blockchain）技术本身还在快速发展，还缺乏统一的规范和标准。

[wikipedia]((database) 给出的定义为：

区块链——最初是区块链——是一个分布式数据库，它维护着一个不断增长的数据记录列表，这些数据记录经过加固以防止篡改和修改。它由数据结构块组成——在最初的区块链实现中专门保存数据，在一些较新的实现中也包含数据和程序——每个块都保存批量的单个交易和任何区块链可执行文件的结果。每个块都包含一个时间戳和将其链接到前一个块的信息。

区块链技术最早的雏形出现在比特币项目中。作为比特币背后的分布式记账平台，在没有中心化管理的情况下，比特币网络稳定运行了近八年，支撑着海量的交易记录，没有出现过严重的漏洞。

注：比特币历史上唯一已知的漏洞事件导致比特币被恶意增发，但很快发现并纠正了问题，撤销了相关违规交易。

最早公认的关于区块链的描述性文献是中本聪写的比特币：一种点对点的电子现金系统，但该文献侧重于讨论比特币系统，实际上并没有明确定义区块链和概念。其中，区块链被描述为用于记录比特币交易的账本历史。

会计技术有着悠久的历史。现代复式记账制度（Double Entry Bookkeeping）最早由意大利数学家卢卡·帕乔利（Luca Pacioli）于1494年在《Summa de arithmetic, geometric, proportioni et proportioniità》一书中提出。每个帐户同时。首次在记账过程中引入对账核对功能，提高了记账的可靠性。从这个角度来看，区块链是第一个自带对账功能的数字会计技术实现。

更广泛地说，区块链是一种去中心化的记录技术。参与系统的节点可以不属于同一个组织，不需要相互信任；区块链数据由所有节点共同维护，每个参与维护的节点都可以获得一份完整的记录。

与传统记账技术相比，其特点应包括：

此外，智能合约还可以与区块链相结合，使其能够提供交易之外更灵活的合约功能（比特币区块链已经支持简单的脚本计算），执行更复杂的操作。这样扩展出来的区块链，已经超越了简单的数据记录功能，实际上具有“通用计算”的意义。

从技术特点来看，我们可以看到区块链技术的三个典型应用场景：

定位功能智能合约一致性权限类型性能代表

可信的数字货币

会计功能

没有或弱

工作量证明

没有任何

公链

降低

比特币

可信交易处理

智能合约

图灵完备

工作量证明、权益证明

没有任何

公链

受限制的

以太坊

有权限的事务处理

商业加工

多语言，图灵完备

多种，可插拔

支持

联盟链

可扩展

超级账本

基本的

区块链的基本原理并不难理解。基本概念包括：

如果将区块链作为状态机，每笔交易都是一次改变状态的尝试，每一次共识产生的区块都是参与者对区块中所有交易内容引起的状态改变的确认结果。

区块链示例

在实现上，首先假设有一个分布式的数据记录本（这方面的技术已经比较成熟），这个记录本只允许添加，不允许删除。其结构是一个线性链表比特币最早原始网站，由“块”串联而成，这也是其名称“区块链”的来源。要添加新数据，它必须放在一个新块中。而这个区块（以及区块中的交易）是否合法，可以通过某种方式快速检验。所有维护节点都可以提出新的区块，但必须采用一定的共识机制才能对最终选定的区块达成一致。

以比特币为例，看看区块链技术是如何使用的？客户端发起交易后，会向网络广播，等待确认。网络中的节点会将一些等待确认的交易记录（另外还有前一个区块的哈希值等信息）打包，形成一个候选区块。然后，尝试找到一个nonce串放入区块中，使得候选区块的哈希结果满足一定的条件（比如小于某个值）。一旦该块被计算为格式合法，它就可以通过网络广播。大家拿到提案区块，进行验证，发现确实满足约定条件，则承认该区块是合法的新区块，并加入链中。当然在实现上会有很多细节。

比特币基于哈希率的共识机制称为工作量证明（PoW）。目前还没有已知的启发式算法可以使哈希结果满足一定的条件，只能尝试暴力破解。尝试的次数越多，被计算的概率就越大。通过调整对哈希结果的限制，比特币网络将一个合法区块的平均计算时间控制在 10 分钟左右。计算节点将获得区块内所有交易的管理费和协议发放的固定奖励费（目前为12.5个比特币，每四年减半）。也称为采矿。

自然有人会问，是否可以进行恶意操作，破坏整个区块链系统，或者获取不法利益。比如不认可别人的结果，拒绝别人的交易等等。其实是因为系统中的用户数量很大，用户默认只认可他见过的最长链。只要不超过一半的用户协商（概率越小越难），最终的最长链大概率是合法链，而且随着时间的增加，这个概率会越来越大。例如6个区块后，即使一半节点联合起来推翻确认结果，概率也是$$\frac{1}{2}^6 = 1.6%$$，低于$$\Likelihood分数{1}{60}$$。

注意：熟悉 Git 的人应该会佩服两者在设计上的相似之处。

分类

根据参与方不同，可分为公有（Public）链、联盟（Consortium）链和私有（Private）链。

公有链，顾名思义，任何人都可以参与使用和维护，典型的如比特币区块链，信息完全公开。

如果引入权限机制，则包括私有链和联盟链。

私有链受到中心化管理者的限制，只能供内部少数人使用，信息不公开。

联盟链介于两者之间。几个组织共同努力维护区块链。区块链的使用必须经过权限管理，相关信息将受到保护。一个典型的例子是银联组织。

目前，公链会吸引更多社区和媒体的关注，但更多的商业价值应该在联盟链和私有链上。

根据不同的使用目的和场景，可以分为以数字货币为目的的币链、以记录产权为目的的产权链、以众筹为目的的众筹链。

误解

目前，对于区块链还存在很多误解。

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互信。单纯从存储数据的角度来看，其效率可能不高，笔者不建议将大量原始数据放在区块链上。