区块链技术与特点|区块链与比特币(二)

区块链的前世今生|区块链与比特币(一)

(续前文)

2、区块链技术与特点

2.1、本质:去中心化、去信任化的集体维护数据库技术

区块链是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案让参与系统中的任意多个节点,把一段时间系统内全部信息交流的数据,通过密码学算法计算和记录到一个数据块(block),并且生成该数据块的指纹用于链接(chain)下个数据块和校验,系统所有参与节点来共同认定记录是否为真。

区块链是一种类似于NoSQL(非关系型数据库)的技术解决方案统称,并不是某种特定技术,能够通过很多编程语言和架构来实现区块链技术。并且实现区块链的方式种类也有很多,目前常见除上文提到运用于比特币的POW(Proof of Work,工作量证明)外,还有POS(Proof of Stake,权益证明),DPOS(Delegate Proof of Stake,股份授权证明机制)等。

POW工作量证明。一方(通常为证明者)提交已知难于计算但易于验证的计算结果,而其他任何人都能够通过验证这个答案就确信证明者为了求得结果已经完成了量相当大的计算工作。现代第一个应用是Adam Back于1996年提出的以基于SHA256的工作量证明为反垃圾邮件手段的“Hashcash”。系统通过要求所有邮件发送时都必须完成大强度的工作量证明,这将使垃圾邮件发送者发大量电子邮件变得很不划算却仍允许用户们在需要时向其他用户正常发送邮件。现在比特信为了同样的目的使用了一个类似它的系统,而Hashcash的算法也已经被改造为以“挖矿”为形式的比特币安全的核心。这一方法存在缺陷:工作量证明浪费资源,比特币网络每秒完成600万亿次SHA256运算,而最终这些计算没有任何实际或科学价值。

POS权益证明。POS权益证明法是一种SHA256的替代方法,这一方法在最近几年才开始出现:在比特币发明的2008年,没有能安全地与密码协议互动的数字财产。P0S法从根本上解决了工作量计算浪费的问题,它不要求证明者完成一定数量的计算工作,而是要求证明者对某些数量的钱展示所有权,通过每一笔交易销毁的币天数(coin days)来实现,币天数代表一个特定的币距最后一次在网络上交易的时间。在给定的时间点,只存在有限的币天数,它们在那些长期持有大量货币结余的人手中持续增加。所以币天数可被视为在网络中权益的代表(proxy)。每当这些币有交易时,币天数即被销毁,因此不能被重复使用。

DPOS股份授权证明机制。股份授权证明机制(DPOS)是一种新的保障加密货币网络安全的算法。它在尝试解决比特币采用的传统工作量证明机制(POW)以及点点币和NXT所采用的股份证明机制(POS)的问题的同时,还能通过实施科技式的民主以抵消中心化所带来的负面效应。一共有101位受托人通过网络上的每个人经由每次交易投票产生,他们的工作是签署(生产)区块,且在每个区块被签署之前,必须先验证前一个区块已经被受信任节点所签署。区别于其他保障加密货币安全的算法,DPOS体系里每个客户端都能够决定谁能够被信任,而不用必须信任拥有最多资源的人。

2.2、区块链基本特征

结合定义区块链的定义,区块链会现实出四个主要的特性:去中心化(Decentralized)、去信任(Trustless)、集体维护(Collectively maintain)、可靠数据库(ReliableDatabase)。

去中心化(Decentralized):整个网络没有中心化的硬件或者管理机构,任意节点之间的权利和义务都是均等的,且任一节点的损坏或者失去都会不影响整个系统的运作。因此也可以认为区块链系统具有极好的健壮性。

去信任(Trustless):参与整个系统中的每个节点之间进行数据交换是无需互相信任的,整个系统的运作规则是公开透明的,所有的数据内容也是公开的,因此在系统指定的规则范围和时间范围内,节点之间是不能也无法欺骗其它节点。

集体维护(Collectively maintain):系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护的,而这些具有维护功能的节点是任何人都可以参与的。

可靠数据库(Reliable Database):整个系统将通过分数据库的形式,让每个参与节点都能获得一份完整数据库的拷贝。除非能够同时控制整个系统中超过51%的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,也无法影响其他节点上的数据内容。因此参与系统中的节点越多和计算能力越强,该系统中的数据安全性越高。

并且由以上四个特征会引申出另外2个特征:开源(Open Source)、隐私保护(Anonymity)。如果一个系统不具备这些特征,将不能视其为基于区块链技术的应用。

开源(Open Source):由于整个系统的运作规则必须是公开透明的,所以对于程序而言,整个系统必定会是开源的。

隐私保护(Anonymity):由于节点和节点之间是无需互相信任的,因此节点和节点之间无需公开身份,在系统中的每个参与的节点的隐私都是受到保护。

2.3、去中心化:分布式记录+分布式储存

区块链最大的特点为:去中心化。目前传统数据库是是中心化记录、中心化储存的,即使是异地灾备、云存储,也只是将存储地从一处变为多处,从本地变为云端,如果中央服务器出现问题,则灾备数据库也将停止更新数据;而区块链数据库则是分布式记录、分布式储存、分布式传播的,每一条信息都由单个节点传播给全网其它所有节点,每个节点都负责数据的记录、储存,没有中心化或第三方机构负责管理,一个节点出现问题,其他节点会继续数据的更新和存储,通过去中心化的方式,维持系统稳定运行,信息完整可靠。

分布式记录。区块链与传统网络记录记录体系不同,没有设立中心记录者,而是通过建立公开记录体系,使全网每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性,在全部参与者确认后完成信息记录,以确保记录结果真实性。

分布式储存。在中心化体系中,每项数据都由中心系统进行记录,一旦中心点计算机网络崩溃所有数据都会遗失。而区块链使得全网全部数据同时储存于系统所有节点中,只要全网有一个节点保持正常运作,这条主区块链就可以被完整地读取。如此髙度分散化的交易信息存储,使得主区块链完全遗失的可能性变得微乎其微。

2.4、去信任化:非对称加密数学+可靠数据库

在传统的互联网模式中,是通过可信任的中央节点或第三方通道进行信息的匹配验证和信任积累,这些中央节点或通道是否可信任对整个体系信用影响极大。而区块链,通过数学方解决了信任问题,依靠非对称加密和可靠数据库完成了信用背书,所有的规则事先都以算法程序的形式表述出来,参与方不需要知道交易对手信用度,更不需要借助第三方机构来进行交易背书或者担保验证,而只需要信任共同的算法就可以建立互信,通过算法为参与者创造信用、产生信任和达成共识,完成去信任化。

非对称加密:区块链通过数学共识机制是非对称加密算法,即在加密和解密的过程中使用一个“密钥对”,“密钥对”中的两个密钥具有非对称的特点:一是用其中一个密钥加密后,只有另一个密钥才能解开;二是其中一个密钥公开后,根据公开的密钥其他人也无法算出另外一个密钥。在区块链的应用场景中,一是加密时的密钥是公开所有参与者可见的(公钥),每个参与者都可以用自己的公钥来加密一段信息(真实性),在解密时只有信息的拥有者才能用相应的私钥来解密(保密性),用于接收价值。二是使用私钥对信息签名,公开后通过其对应的公钥来验证签名,确保信息为真正的持有人发出。非对称加密使得任何参与者更容易达成共识,将价值交换中的摩擦边界降到最低,还能实现透明数据后的匿名性,保护个人隐私。

可靠数据库。整个系统将通过分数据库的形式,让每个参与节点都能获得一份完整数据库的拷贝。除非能够同时控制整个系统中超过51%的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,也无法影响其他节点上的数据内容。而在实际中,发动51%攻击是无意义的,为掌握全网51%算力所需投入的成本,远远大于成功实施攻击后获得的收益,因此,从理论上来说,区块链技术可以保障数据库安全可靠,且参与系统中的节点越多和计算能力越强,该系统中的数据安全性越高。

2.5、区块链可能遇到的问题

目前,区块链应用还处于初级阶段,面临着诸多问题。以区块链最成熟的应用比特币为例:

首先,技术层面上,网络容量首当其冲。正如我们看到的,每隔10 分钟便有一个区块增加至账单中。由于区块的容量相当有限(1MB),这个网络每秒钟只能处理7 笔交易。有关区块容量的争论也在今年浮出水面:部分挖矿者开始将区块的容量增至8MB。区块的容量每隔两年会增长一倍。由此提出的一个问题是,如果Bitcoin XT 覆盖了整个网络的75%,那么这个网络会完全采用新的区块大小。更为普遍的是,这场辩论是围绕一个问题展开,即区块链是应该以较低费率来处理大量交易,还是以较高费率来处理少量交易。

其次,在安全层面上,许多比特币交易平台或遭到黑客攻击或被迫关闭,使得数以百万计的比特币凭空消失。比如15年一月份,世界第三大比特币交易所Bitstamp因一次黑客攻击丢失了540万美元的比特币。随后,总部位于斯洛文尼亚的这家公司被迫停止交易。这次攻击大约损失了19000个比特币。这一幕同样可能发生在通过区块链交易的资产上。而比黑客攻击更尴尬的是,丢失私钥的用户将无法挽回自己的资产。

再次,政策层面上,“去中心化”让中心化的政府疑虑重重,监管政策不乐观,而对于一个分散式网络来说,监管本身的难度也不小。此外,不少业内人士还抱怨人们对区块链的理解程度和接受意愿不够,这导致新技术及新应用很难推广。

但对于任何新生事物而言,这都是必须跨越的障碍,对于区块链应用也是如此。越来越高的媒体关注度与越来越深入的专业讨论,必然会逐渐加深人们对区块链的理解并提高人们的接受意愿。随着更多的相关研究,以上问题很有可能得到解决。

(未完待续)

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