最近无论是在技术论坛,还是群分享会,都在热火朝天地聊着区块链,那么今天我就自己的理解和大家分享一下什么是区块链。

说到区块链就不得不提比特币,首先来简单介绍下比特币吧,官网上是这样说的:

永利电玩城官网,不得不聊的比特币

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之所以区块链突然火起来,是因为比特币在2017年年底突然暴涨,可以看到图中从11月份开始到12月份的暴涨,加剧了人们对比特币的认识,不过也因为投机的人多了,最近开始跌了。

可以点这里看看它值多少钱。

比特币其实就是一种流通于网络的虚拟货币。区块链是比特币的底层核心技术,因为对比特币关注增加,间接导致人们对区块链技术的兴趣探索。

接下来我们还是先从比特币源头聊起。

比特币基于P2P技术运作,无需中央管理机构或银行;交易管理和比特币发行由比特币网络统一进行。比特币是开源的;其设计是公开的,任何人都无法拥有或控制比特币网络,人人都可参与其中。基于其种种独有的特性,比特币使之前任何支付系统都无法实现的激动人心的用途成为可能。

从最原始的交易谈起

问:如果两个陌生人要进行远距离交易,要怎么保证信任?

答:通过第三方——比如某宝。

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买家转账给第三方,卖家发货,然后第三方付款给卖家。

这种需要第三方参与的交易模式成为“中心化交易模式”。

目前大部分的交易都是中心化模式的,比如银行转账,证券炒股,证明这种模式在现实世界确实是目前最优的解决方案,但是它也有缺点。

比特币的优势:

中心化交易模式的缺点

1.必须有个可靠的中心——如果中心不可靠,带着钱跑了怎么办?

2.中心要获取不必要的个人信息来构建信任——中心和不认识的甲乙双方也需要构建信任,这个信任就是你的个人信息(身份证,手机号等)。(而且这一过程也是一种资源的浪费)

3.受中心的制约——你给别人转帐,可能因为记帐机构放假而延迟几天到帐,可能因为记帐机构要盈利而付高额手续费,可能因为记帐机构作弊或系统崩溃而受到损失。

那么问题来了——

  • 通过互联网可以直接在人与人之间传送,而不需要通过银行等机构,这也就意味着交易费用非常低
  • 可以在任何国家使用(理论上)
  • 没有人可以冻结你的资金,不存在任何的扣费
  • 创建账户不需要具备任何条件,不受到任何约束

能否实现在不需要第三方的情况下完成交易呢?

有人就提出了一个新方案,中本聪在2008年11月1日发表了一篇论文《比特币白皮书:一种点对点的电子现金系统》,提出了一种完全通过点对点技术实现的电子现金系统,它使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方,中间不需要通过任何的金融机构。

这时候去中心化借贷模型就出现了。举个栗子——

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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块钱!”,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”。

这个时候一个去中心化的系统就建立起来了,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!”)。

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。

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比如我在人群中高喊一声“我创造了1w个腾讯币!”,我甚至不需要知道腾讯币是什么,也不需要关心世界上是不是真的有腾讯币,只要大家都听到,然后在自己的小本本上记下“A有1w个腾讯币”,于是我就真的有1w个腾讯币了。

从此以后,我便可以声称我给了某人xxx个腾讯币,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,哪怕世界上没有腾讯币。

没错,比特币也是这么来的。

甲乙丙丁就是网路上的其他结点地址。

AB君就是两个结点地址,任意两个结点发生交易都会广播给所有结点。

当然了,首先你要有一个比特币钱包才行,比特币目前被视为高风险资产(价格多变),简单玩玩就好。

甲乙丙丁:我凭啥给你们记账???

你们可能会问:“凭啥你喊一句话我就帮你记?我不要面子的吗”。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:你就凭空得到了50腾讯币,这个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。
当这个规则定下以后,这个系统中一定会出现一批人,他们开始竖着耳朵监听周围发出的声音,以抢占第一个记账的权利。

这个就是比特币去中心化的运作机制,当全网任意结点发生交易时,都会有其他结点帮忙记账。

下面正式开始!

争取第一个记账并获得奖励的行为称为“挖矿”

  • 一般十分钟可以挖出一个区块,这个区块是1M容量大小,用来记着十分钟里的所有交易(如果没记下来的就延后)
  • 最开始挖矿奖励50个
  • 每产生21万个区块(大约每四年)挖矿奖励减半一次
  • 按上述规则计算,币总量不超过2100万个,预计2140年挖完(这也是比特币保值的原因,不会有通货膨胀的问题)
  • 最近一次减半在2016年7月9日,2017年流通的有1600万+
  • 用于挖矿的设备称为“矿机”,运作的人称为“矿工”

背景

在数字货币的探索实践中,比特币是目前表现最好的一个。说到比特币的缘起,就不得不谈到一个略显神秘的团体:密码朋克(CypherPunk)。

这个团体是密码天才们的松散联盟。在比特币的创新中,大量借鉴了密码朋克成员的贡献。

密码朋克本身就是数字货币最早的传播者,在其电子邮件组中,常见关于数字货币的讨论,并有一些想法付诸实践。在比特币之前,有很多失败的尝试。

谁都可以说“我”有一万个腾讯币咯?

假设过了很长一段时间,我凭空创造的腾讯币已经在这个系统中流通了起来,大家都开始认可了腾讯币。但是这个系统中一共就只有1W个腾讯币,于是有人动了坏心思,他在人群中高呼“我有1W个腾讯币!”怎么办?大家是直接在本本上记下他有1W个腾讯币么,这样不是人人都可以伪造了么?

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喊话001.png

为了防止这种现象发生,我决定在我创造腾讯币的时候给我喊的那句“我创造了1W个腾讯币”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个腾讯币!”的时候,会附加上额外的一句话:“这1个腾讯币的来源是记为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个腾讯币!”,这样就解决了伪造的问题。

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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。

比特币的诞生

2008年9月,以雷曼兄弟的倒闭为开端,金融危机在美国爆发并向全世界蔓延。为应对危机,各国政府采取量化宽松等措施,救助由于自身过失、陷入危机的大型金融机构。这些措施带来了广泛的质疑,并一度引发了“占领华尔街”运动。

2008年10月31日纽约时间下午2点10分,在一个普通的密码学邮件列表中,几百个成员均收到了自称是中本聪的人的电子邮件,“我一直在研究一个新的电子现金系统,这完全是点对点的,无需任何可信的第三方”,然后他将他们引向一个九页的白皮书,其中描述了一个新的货币体系。同年11月16日,中本聪放出了比特币代码的先行版本。

2009年1月3日,中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上挖出了比特币的第一个区块——创世区块(Genesis
Block),并获得了首矿奖励——50个比特币。

如今,比特币已经成为数字货币领域的翘楚,拥有数十亿美元的市值,但中本聪却于2010年选择隐退。中本聪是谁,对每一个开始了解比特币的人,都是感兴趣的话题。从《纽约客》到《新闻周刊》,媒体们找到了数个自称是中本聪,或者被认为是中本聪的人。但无一例外,这些发现都因为可信度不足,遭到了读者甚至是中本聪本人的否定。中本聪是谁?也许我们永远不得而知

比特币的诞生

2009年1月3日,中本聪创造了第一个区块——创世区块,里面有50比特币。并附带了一句话:

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for
banks”,这一句话是当天泰晤士报的头版文章标题,确认了比特币的诞生时间。

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比特币与区块链

比特币已经在争议中走过了7年多的历程。在历史上,很少有这样一种东西,人们对待它的态度如此泾渭分明,支持者认为它将改变世界,反对者认为它毫无价值。望文生义,很容易得出后一个结论。

其实,在比特币的系统中,最重要的并不是“币”的概念,而是一个没有中心存储机构的“账本”的概念。“币”只是在这个账本上使用的记账单位。

可以这么说,比特币本质就是一个基于互联网的去中心化账本,而区块链就是这个账本的名字。这里我们可以做一个形象的类比,假如区块链是一个实物账本,一个区块就相当于账本中的一页,区块中承载的信息,就是这一页上记载的交易内容。

区块链是比特币的核心与基础架构,是一个去中心化的账本系统。

在以前,乃至目前的大部分公司机构记账都是中心化的,中心化的记账却有一些显而易见的弱点:一旦这个中心出现问题,如被篡改、被损坏,整个系统就会面临危机乃至崩溃。

我们能不能构建一个去中心化的不依赖任何第三方的但却可信的记账系统呢?

在数字时代,负责记账的自然是计算机。这里,我们把记账系统中接入的每一台计算机称为“节点”。去中心化就是没有中心,也就是说参与到这个系统中的每个节点都是中心。从设计账本系统的角度,就是需要每个节点都保存一份完整的账本。然而,由于一致性的要求,每个节点却不能同时记账。因为节点所处的环境不同,接收到的信息自然不同,如果同时记账的话,必然会导致账本的不一致,造成混乱。

既然节点不能同时记账,那我们就不得不选择哪个节点拥有记账的权力。但是,如果指定某些特殊节点拥有记账的权力,势必又会与我们去中心化的初衷相违背。

这似乎成了不可能解决的问题。

甲乙丙丁:第一个由谁记帐谁说了算?

那你们又要问了,大家都说自己是第一个记账的怎么办?

于是一种新的规则——共识算法产生了。

列举两种方法:

工作量证明:我规定,只有做对一套五年模拟、三年高考试卷的第一名,才有权利记账。

工作量证明机制是算出答案很困难,但是检验答案很容易的一种机制。

比特币使用的是工作量证明,让每个想要挖矿的计算机结点先去做一道有难度的计算题,先算出来的有权利记账。计算难度大概使得需要花费10分钟才能算出来。这就是为什么前面说每10分钟挖出一个区块。

但是工作量证明的毛病是带来不必要的消耗,因为只有一个人是第一名,其他人完成的工作量都是徒劳的。

因此有人提出了权益证明:

权益证明:我规定,持有腾讯币最多且持有天数最多的人,才有权利记账。

这个也有问题,就是强者越强的问题。

竞争记账和激励机制

中本聪设计的比特币区块链通过竞争记账的方式解决了去中心化的记账系统的一致性问题(同时记账问题)

前面提到,节点可以理解为接入系统中的计算机,而所谓的竞争记账,就是以每个节点的计算能力即“算力”来竞争记账权的一种机制。在比特币系统中,大约每十分钟进行一轮算力竞赛(算力大小会决定赢得一轮竞争的概率,算力高的节点赢得算力竞争的概率更大),竞赛的胜利者,就获得一次记账的权力,这样,一定时间内,只有竞争的胜利者才能记账并向其他节点同步新增账本信息。

那么,在一个去中心化的系统中,谁有权判定竞争的结果呢?比特币系统是通过一个称为“工作量证明”(proof
of work,
POW)的机制完成的。举个简单的例子,比如说要生产一些玩具,早上起来我给你一些零件,晚上回来,看到需要的玩具摆在桌上,虽然我没有从早到晚盯着你做玩具的过程,我也能确定你确实做了这么多工作。这就是工作量证明简单的理解——通过一个(人人都可以验证的)特定的结果就能确认(竞争的)参与者完成了相应的工作量。

算力竞争是要付出成本的,没有激励,节点就没有进行竞争的动力。在中本聪的设计里,每轮竞争胜出并完成记账的节点,将可以获得系统给予的一定数量的比特币奖励。而这个奖励的过程,同时也是比特币的发行过程。这种设计相当巧妙
——
它将竞争的激励机制与货币的发行完美结合到一起,在引入竞争的同时,解决了去中心化货币系统中发行的难题

在这个系统中,每一个节点只需要根据自身利益行事。出于“自私”的目的进行的竞争,最终造就了保护系统安全的庞大算力基础。在这样精巧的安排下,比特币获得了越来越多的信任,和越来越高的价值,进而又吸引了更多的资源投入其中,成为一个正向循环的经济系统。

正因为比特币通过区块链的机制造就了这样一个正向循环的经济系统,才会在没有强大的中心化机构推动的情况下,自然的生长出来并发展壮大。

读到这里,显然我们会发现,虽然区块链脱胎于比特币,但区块链无论作为一个系统还是作为一项技术,它的应用领域及发展潜力,将远不止货币。

记账奖励包括一个数量的比特币和该区块包含的所有交易的手续费。系统发放的记账奖励每四年进行一次减半。最开始为50币/区块,目前为25币/区块,以此类推,直到系统中的总币数达到2100万的上限

麦肯锡的一份报告甚至把区块链定位为“继蒸汽机、电力、信息和互联网技术之后,目前最有潜力触发第五轮颠覆式革命浪潮的核心技术”

工作量证明(Proof-of-Work)

挖矿的人需要求出一个随机值,使得:SHA256( 随机值 + H( 区块头 ) ) <
某目标值

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系统每产生 2,016
个区块,会动态调整目标值(难度),使得每产生一个区块需要约十分钟。

难度值公式可以想象成:
新难度值 = 旧难度值 * ( 20160 分钟 / 过去2016个区块花费时长 )

目标值的计算公式可以想象成:
1.目标值 = 最大目标值 / 难度值
2.其中最大目标值为一个恒定值:
0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
目标值可以想象成:
0x00000000000000000000000000000000000000000000000017268d8a21a

难度的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每2016个区块,所有节点都会按统一的公式自动调整难度,这个公式是由最新2016个区块的花费时长与期望时长(期望时长为20160分钟即两周,是按每10分钟一个区块的产生速率计算出的总时长)比较得出的,根据实际时长与期望时长的比值,进行相应调整(或变难或变易)。也就是说,如果区块产生的速率比10分钟快则增加难度,比10分钟慢则降低难度。

我们也可以简单理解成,比特币工作量证明的过程,就是通过不停的变换区块头(即尝试不同的nouce值)作为输入进行SHA256哈希运算,找出一个特定格式哈希值的过程(即要求有一定数量的前导0)。而要求的前导0的个数越多,代表难度越大。

深入了解工作量证明(POW)

工作量证明,字面理解就是用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等,也是通过检验结果的方式(通过相关的考试)所取得的证明。

工作量证明系统(或者说协议、函数),是一种应对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它要求发起者进行一定量的运算,也就意味着需要消耗计算机一定的时间。这个概念由Cynthia
Dwork 和Moni Naor
1993年在学术论文中首次提出。而工作量证明(POW)这个名词,则是在1999年
Markus Jakobsson 和Ari Juels的文章中才被真正提出。

哈希现金是一种工作量证明机制,它是亚当·贝克(Adam
Back)在1997年发明的,用于抵抗邮件的拒绝服务攻击及垃圾邮件网关滥用。在比特币之前,哈希现金被用于垃圾邮件的过滤,也被微软用于hotmail/exchange/outlook等产品中(微软使用一种与哈希现金不兼容的格式并将之命名为电子邮戳)。

哈希现金也被哈尔·芬尼以可重复使用的工作量证明(RPOW)的形式用于一种比特币之前的加密货币实验中。另外,戴伟的B-money、尼克·萨博的比特金(Bit-Gold)这些比特币的先行者,都是在哈希现金的框架下进行挖矿的。

关于哈希现金,有机会再展开说说,这里提一下,知道它是一种工作量证明机制就可以了

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