區塊鏈的技術簡史與將來前景

區塊鏈是當前科技領域最使人關注的技術之一，如何理解這個新技術，本文從互聯網的技術生態、區塊鏈的誕生、比特幣的發展，互聯網大腦模型的造成多個維度，對區塊鏈的技術發展與將來前景進行闡述，由於涉及的知識點不少，不當之處，請讀者指正。

——做者

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背景

2008年，神祕的中本聰在密碼學郵件組第一次提出了區塊鏈的概念，同時區塊鏈成爲「電子貨幣」比特幣的核心技術，在麥肯錫的一份報告中，將區塊鏈技術稱之爲繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技以後，最有潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術。另外一方面，區塊鏈技術產生的比特幣，山寨幣，I-C-O項目致使的大量詐騙活動也引發了社會的批判浪潮。

區塊鏈技術到底是像電子郵箱、Tcp/iP、萬維網、社交網絡同樣，是革命性的，引領互聯網將來的技術；仍是一個被誇大的、存在巨大缺陷的技術？

要理解區塊鏈的歷史地位和將來趨勢，就不得不從互聯網的誕生開始研究區塊鏈的技術發展簡史，從中發掘區塊鏈產生的動因，並由此推斷區塊鏈的將來。

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5個對區塊鏈將來有重大影響的互聯網技術

1969年，互聯網在美國誕生，此後互聯網從美國的四所研究機構擴展到整個地球。在應用上從最先的軍事和科研，擴展到人類生活的方方面面，在互聯網誕生後的近50年中，有5項技術對區塊鏈的將來發展有特別重大的意義。

1，1974誕生的TCP/IP協議：決定了區塊鏈在互聯網技術生態的位置

1974年，互聯網發展邁出了最爲關鍵的一步，就是由美國科學家文頓•瑟夫和羅伯特•卡恩共同開發的互聯網核心通訊技術－－TCP/IP協議正式出臺。

這個協議實現了在不一樣計算機，甚至不一樣類型的網絡間傳送信息。全部鏈接在網絡上的計算機，只要遵守這個協議，都可以進行通信和交互。

通俗的說，互聯網的數據能穿過幾萬千米，到達須要的計算機用戶手裏，主要是互聯網世界造成了統一的信息傳播機制。也就是互聯網設備傳播信息時遵循了一個統一的法律-TCP/IP協議。

區塊鏈的技術簡史與將來前景，從互聯網進化角度分析

理解TCP/IP協議對掌握互聯網和區塊鏈有很是重要的意義，在1974年TCP/IP發明以後，整個互聯網在底層的硬件設備之間，中間的網絡協議和網絡地址之間一直比較穩定，但在頂層應用層不斷涌現層出不窮的創新應用，這包括新聞，電子商務，社交網絡，QQ，微信，也包括區塊鏈技術。

也就是說區塊鏈在互聯網的技術生態中，是互聯網頂層-應用層的一種新技術，它的出現，運行和發展沒有影響到互聯網底層的基礎設施和通信協議，依然是按TCP/IP協議運轉的衆多軟件技術之一。

2，1984年誕生的思科路由器技術：是區塊鏈技術的模仿對象

1984年12月，思科公司在美國成立，創始人是斯坦福大學的一對夫婦，計算機中心主任萊昂納德·波薩克和商學院的計算機中心主任桑蒂·勒納，他們設計了叫作「多協議路由器」的聯網設備，放到互聯網的通信線路中，幫助數據準確快速從互聯網的一端到達幾千千米的另外一端。

整個互聯網硬件層中，有幾千萬臺路由器工做繁忙工做，指揮互聯網信息的傳遞，思科路由器的一個重要功能就是每臺路由都保存完成的互聯網設備地址表，一旦發生變化，會同步到其餘幾千萬臺路由器上（理論上），確保每臺路由器都能計算最短最快的路徑。

你們看到路由器的運轉過程，會感到很是眼熟，那就是區塊鏈後來的重要特徵，理解路由器的意義在於，區塊鏈的重要特徵，在1984年的路由器上已經實現，對於路由器來講，即便有節點設備損壞或者被黑客攻擊，也不會影響整個互聯網信息的傳送。

3，隨萬維網誕生的B/S（C/S）架構：區塊鏈的對手和企圖顛覆的對象

萬維網簡稱爲Web，分爲Web客戶端和服務器。全部更新的信息只在Web服務器上修改，其餘幾千，上萬，甚至幾千萬的客戶端計算機不保留信息，只有在訪問服務器時纔得到信息的數據，這種結構也常被成爲互聯網的B/S架構，也就是中心型架構。這個架構也是目前互聯網最主要的架構，包括谷歌、Facebook、騰訊、阿里巴巴、亞馬遜等互聯網巨頭都採用了這個架構。

理解B/S架構，對與後續理解區塊鏈技術將有重要的意義，B/S架構是數據只存放在中心服務器裏，其餘全部計算機從服務器中獲取信息。區塊鏈技術是幾千萬臺計算機沒有中心，全部數據會同步到所有的計算機裏，這就是區塊鏈技術的核心，

4，對等網絡（P2P）：區塊鏈的父親和技術基礎

對等網絡P2P是與C/S(B/S)對應的另外一種互聯網的基礎架構，它的特徵是彼此鏈接的多臺計算機之間都處於對等的地位，無主從之分，一臺計算機既可做爲服務器，設定共享資源供網絡中其餘計算機所使用，又能夠做爲工做站，

Napster是最先出現的P2P系統之一，主要用於音樂資源分享，Napster還不能算做真正的對等網絡系統。2000 年3月14 日，美國地下黑客站點Slashdot郵寄列表中發表一個消息，說AOL的Nullsoft 部門已經發放一個開放源碼的Napster的克隆軟件Gnutella。

在Gnutella分佈式對等網絡模型中，每個聯網計算機在功能上都是對等的，既是客戶機同時又是服務器，因此Gnutella被稱爲第一個真正的對等網絡架構。

20年裏，互聯網的一些科技巨頭如微軟，IBM，也包括自由份子，黑客，甚至侵犯知識產權的犯罪分子不斷推進對等網絡的發展，固然互聯網那些但願增強信息共享的理想主義者也投入了很大的熱情到對等網絡中。區塊鏈就是一種對等網絡架構的軟件應用。它是對等網絡試圖從過去的沉默爆發的標杆性應用。

5，哈希算法：產生比特幣和代幣（通證）的關鍵

哈希算法將任意長度的數字用哈希函數轉變成固定長度數值的算法，著名的哈希函數如：MD四、MD五、SHS等。它是美國國家標準暨技術學會定義的加密函數族中的一員。

這族算法對整個世界的運做相當重要。從互聯網應用商店、郵件、殺毒軟件、到瀏覽器等、，全部這些都在使用安全哈希算法，它能判斷互聯網用戶是否下載了想要的東西，也能判斷互聯網用戶是不是中間人攻擊或網絡釣魚攻擊的受害者。

區塊鏈及其應用比特幣或其餘虛擬幣產生新幣的過程，就是用哈希算法的函數進行運算，得到符合格式要求的數字，而後區塊鏈程序給予比特幣的獎勵。

包括比特幣和代幣的挖礦，其實就是一個用哈希算法構建的小數學遊戲。不過由於有了激烈的競爭，世界各地的人們動用了強大的服務器進行計算，以搶先得到獎勵。結果致使互聯網衆多計算機參與到這個小數學遊戲中，甚至會耗費了某些國家超過40%的電量。

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區塊鏈的誕生與技術核心

區塊鏈的誕生應該是人類科學史上最爲異常和神祕的發明和技術，由於除了區塊鏈，到目前爲止，現代科學史上尚未一項重大發明找不到發明人是誰。

2008年10月31號，比特幣創始人中本聰（化名）在密碼學郵件組發表了一篇論文——《比特幣：一種點對點的電子現金系統》。在這篇論文中，做者聲稱發明了一套新的不受政府或機構控制的電子貨幣系統，區塊鏈技術是支持比特幣運行的基礎。

2009年1月,中本聰在SourceForge網站發佈了區塊鏈的應用案例-比特幣系統的開源軟件，開源軟件發佈後, 聽說中本聰大約挖了100萬個比特幣.一週後，中本聰發送了10個比特幣給密碼學專家哈爾·芬尼，這也成爲比特幣史上的第一筆交易。伴隨着比特幣的蓬勃發展，有關區塊鏈技術的研究也開始呈現出井噴式增加。【1】

向大衆完整清晰的解釋區塊鏈的確是困難的事情，咱們以比特幣爲對象，儘可能簡單但不斷深刻的介紹區塊鏈的技術特徵。

1，區塊鏈是一種對等網絡（P2P）的軟件應用

咱們在前文提過，在21世紀初，互聯網造成了兩大類型的應用架構，中心化的B/S架構和無中心的對等網絡（P2P）架構，阿里巴巴，新浪，亞馬遜，百度等等不少互聯網巨頭都是中心化的B/S架構，簡單的說，就是數據放在巨型服務器中，咱們普通用戶經過手機，我的電腦訪問阿里，新浪等網站的服務器。

21世紀初以來，出現了不少自由分享音樂，視頻，論文資料的軟件應用，他們大部分採用的是對等網絡（P2P）架構，就是沒有中心服務器，你們的我的計算機都是服務器，也都是客戶機，身份平等。但這類應用一直沒有流行起來，主要緣由是資源消耗大，知識版權有問題等。區塊鏈就是這種領域的一種軟件應用。

2，區塊鏈是一種全網信息同步的對等網絡（P2P）軟件應用

對等網絡也有不少應用方式，不少時候，並不要求每臺計算機都保持信息一致，你們只存儲本身須要的的信息，須要時再到別的計算機去下載。

可是區塊鏈爲了支持比特幣的金融交易，就要求發生的每一筆交易都要寫入到歷史交易記錄中，並向全部安裝比特幣程序的計算機發送變更信息。每一臺安裝了比特幣軟件的計算機都保持最新和所有的比特幣歷史交易信息。

區塊鏈的這個全網同步，全網備份的特徵也就是常說的區塊鏈信息安全，不可更改來源。雖然在實際上依然不是絕對的安全，但當用戶量很是大時，的確在防範信息篡改上有必定安全優點。

3，區塊鏈是一種利用密碼產生」貨幣」的全網信息同步的對等網絡（P2P）軟件應用

區塊鏈的第一個應用是著名的比特幣，討論到比特幣時，常常會提到的一個名詞就是「挖礦」，那麼挖礦究竟是什麼呢？

形象的比喻是，區塊鏈程序給礦工（遊戲者）256個硬幣，編號分別爲1,2,3……256，每進行一次Hash運算，就像拋一次硬幣，256枚硬幣同時拋出，落地後若是正巧編號前70的全部硬幣所有正面向上。礦工就能夠把這個數字告訴區塊鏈程序，區塊鏈會獎勵50個比特幣給礦工。【2】

從軟件程序的角度說，比特幣的挖礦就是用哈希SHA256函數構建的數學小遊戲。區塊鏈在這個小遊戲中首先規定了一種獲獎模式：給出一個256位的哈希數，但這個哈希數的後70位所有是0，而後遊戲者（礦工）不斷輸入各類數字給哈希SHA256函數，看用這個函數能不能得到位數有70個0的數字，找到一個，區塊鏈程序會獎勵50個比特幣給遊戲者。實際的挖坑和獎勵要更復雜，但上面的舉例表達了挖礦和得到比特幣的核心過程。

2009年比特幣誕生的時候，每筆賞金是50個比特幣。誕生10分鐘後，第一批50個比特幣生成了，而此時的貨幣總量就是50。隨後比特幣就以約每10分鐘50個的速度增加。當總量達到1050萬時(2100萬的50%)，賞金減半爲25個。當總量達到1575萬(新產出525萬，即1050的50%)時，賞金再減半爲12.5個。根據比特幣程序的設計，比特幣總額是2100萬。

從上述介紹看，比特幣能夠看作一個基於對等網絡架構的猜數小遊戲，每次正確的猜數結果獎勵的比特幣信息會傳遞給全部遊戲者，並記錄到每一個遊戲者的歷史數據庫中。

4，區塊鏈技術因比特幣的興起產生的智能合約，通證、ICO與區塊鏈基礎平臺

從上面的介紹看，比特幣的技術並非從天上掉下來的新技術，而是把原來多種互聯網技術，如對等網絡架構，路由的全網同步，網絡安全的加密技術巧妙的組合在一塊兒，算是一種組合創新的算法遊戲。

因爲比特幣經過運做成爲能夠兌換法幣，購買實物，經過升值得到暴利，全世界都不淡定了。抱着你能作，我也能作的態度，不少人創造了本身的仿比特幣軟件應用。同時利用政府難以監管對等網絡的特色，各類山寨幣與比特幣一塊兒爆發。這其中出現了不少欺詐和潛逃事件，逐步引發各國政府的關注。

用區塊鏈技術框架建立貨幣仍是有至關的技術難度，這時區塊鏈基礎平臺以太坊等基礎技術平臺出現了，讓普通人也能夠方便的建立類「比特幣」軟件程序，各顯神通，請人入局挖幣，炒幣，從中得到利益。

各家「比特幣」、「山寨幣」若是用哈希算法建立的猜數小遊戲，產生本身的「貨幣」時，這個「貨幣」統稱「通證」或「代幣」。

因爲比特幣和以太幣已經打通與各國法幣的兌換，其餘新虛擬幣發幣時，只容許用比特幣和以太幣購買發行的新幣，這樣的發幣過程就叫ICO，ICO的出現放大了比特幣，以太幣的交易量。同時不少ICO項目徹底創建在虛無的項目上，致使大量欺詐案例頻發。進一步加深了社會對區塊鏈生成虛擬貨幣的負面認識。

智能合約能夠看作區塊鏈上的一種軟件功能，是輔助區塊鏈上各類虛擬幣交易的程序，具體的功能就像淘寶上支付寶的資金託管同樣，當一方用戶收到的貨物，在支付寶上進行確認後，資金自動支付個給買家貨主，智能合約在比特幣等區塊鏈應用上也是承擔了這個中介支付功能。

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區塊鏈技術在互聯網的歷史地位和將來前景

1.區塊鏈處於互聯網技術的什麼位置？是頂層的一種新軟件和架構

咱們在前面的TCP/IP介紹中提到，區塊鏈與瀏覽器、QQ、微信、網絡遊戲軟件、手機APP等同樣，是互聯網頂層-應用層的一種軟件形式。它的運行依然要靠TCP/IP的架構體系傳輸數據。只是與大部分應用層軟件不一樣，沒有采用C/S（B/S）的中心軟件架構。而是採用了不常見的對等網絡架構，從這一點說，區塊鏈並不能顛覆互聯網基礎結構。

2.區塊鏈想要顛覆誰？想顛覆萬維網的B/S（C/S）結構

它試圖要顛覆實際上是1989年誕生的萬維網B/S,C/S結構。前面說過。因爲1989年歐洲物理學家蒂姆· 伯納斯· 李發明萬維網並放棄申請專利。此後近30年中，包括谷歌，亞馬遜，facebook，阿里巴巴，百度，騰訊等公司利用萬維網B/S（C/S）結構，成長爲互聯網的巨頭。

在他們的總部，創建了功能強大的中心服務器集羣，存放海量數據，上億用戶從巨頭服務器中獲取本身須要的數據，這樣也致使後來雲計算的出現，然後互聯網巨頭把本身沒有用完的中心服務器資源開放出來，進一步吸收企業，政府，我的的數據。中心化的互聯網巨頭對世界，國家，互聯網用戶影響力愈來愈大。

區塊鏈的目標是經過把數據分散到每一個互聯網用戶的計算機上，試圖下降互聯網巨頭的影響力，因而可知區塊鏈真正的對手和想要顛覆的是1990年誕生的B/S（C/S）結構。但能不能顛覆掉，就要看它的技術優點和瓶頸。

3.區塊鏈的技術缺陷：追求完全平等自由帶來的困境

區塊鏈的技術缺陷首先來自與它的對等網絡架構上，舉個例子，目前淘寶是B/S結構，海量的數據存放在淘寶服務器集羣機房裏，幾億消費者經過瀏覽器到淘寶服務器網站獲取最新信息和歷史信息。

若是用區塊鏈技術，就是讓幾億人的我的電腦或手機上都保留一份完整的淘寶數據庫，每發生一筆交易，就同步給其餘幾億用戶。這在現實中是徹底沒法實現的。傳輸和存儲的數據量太大。至關於同時創建幾億個淘寶網站運行。

所以區塊鏈沒法應用在數據量大的項目上，甚至小一點的網站項目用區塊鏈也會吃力。到2018年，比特幣運行了近10年，積累的交易數據已經讓整個系統面臨崩潰。

因而區塊鏈採用了不少變通方式，如創建中繼節點和閃電節點，這兩個概念一樣會讓人一頭霧水，通俗的說，就是區塊鏈中向他要顛覆的對象B/S結構進行了學習，創建數據服務器中心成爲區塊鏈的中繼節點，也用類瀏覽器的終端訪問，這就是區塊鏈的閃電節點。

這種變更可以緩解區塊鏈的技術缺陷，但確讓區塊鏈變成它反對的樣子，中心化。因而可知，單純的區塊鏈技術因爲技術特徵有重大缺陷，沒法像萬維網同樣應用普遍，若是技術升級，部分採用B/S（C/S）結構,又會使得區塊鏈有了中心化的信息節點，不在保持它誕生時的夢想。

4，從互聯網大腦模型看區塊鏈的將來前景

咱們知道互聯網通常是指將世界範圍計算機網絡互相聯接在一塊兒的網際網絡，在這基礎上發展出覆蓋全世界的全球性互聯網絡稱互聯網，便是互相鏈接一塊兒的網絡結構。

從1969年互聯網誕生以來，人類從不一樣的方向在互聯網領域進行創新，並無統一的規劃將互聯網建形成什麼結構，當時間的車輪到達2017年，隨着人工智能，物聯網，大數據，雲計算，機器人，虛擬現實，工業互聯網等科學技術的蓬勃發展，當人類擡起頭來觀看本身的創造的巨系統，互聯網大腦的模型和架構已經愈來愈清晰。【3】

經過近20年的發展依託萬維網的B/S,C/S結構，騰訊QQ，微信，Facebook，微博、twitter亞馬遜已經發展出類神經元網絡的結構。互聯網設備特別是我的計算機，手機在經過設備上的軟件在巨頭的中心服務器上映射出我的數據和功能空間，相互加好友交流，傳遞信息。互聯網巨頭經過中心服務器集羣的軟件升級，不斷優化數億臺終端的軟件版本。在神經學的體系中，這是一種標準的中樞神經結構。

區塊鏈的誕生提供了另一種神經元模式，不在巨頭的集中服務中統一管理神經元，而是每臺終端，包括我的計算機和我的手機成爲獨立的神經元節點，保留獨立的數據空間，相互信息進行同步，在神經學的體系中，這是一種沒有中心，多神經節點的分佈式神經結構。

有趣的是，神經系統的發育出現過這兩種不一樣類型的神經結構。在低等生物中，出現過類區塊鏈的神經結構，有多個功能相同的神經節，均可以指揮身體活動和反應，但隨着生物的進化，這些神經節逐步合併，當進化成爲高等生物時，中樞神經出現了，中樞神經中包含大量神經元進行交互。

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關於區塊鏈在互聯網將來地位的判斷

對比特幣的認知：一個基於對等網絡架構（P2P）的猜數小遊戲，經過高明的金融和輿論運做，成爲不受政府監管的"世界性貨幣".

對區塊鏈的認知：一個利用哈希算法產生」通證（代幣）」的全網信息同步的對等網絡(P2P)軟件應用

區塊鏈有特定的用途，如大規模選舉投票，大規模賭博，規避政府金融監管的金融交易等等領域，仍是有不可替代的用處。

在更多時候，區塊鏈技術會依附於互聯網的B/S,C/S結構，實現功能的擴展，但整體依然屬於互聯網已有技術的補充。對於區塊鏈目前設想的絕大部分應用場景，都是能夠用B/S,C/S結構實現，效率能夠更高和技術也能夠更爲成熟。

不管是從信息傳遞效率和資源消耗，仍是從神經系統進化看，區塊鏈沒法成爲互聯網的主流架構，更不能成爲將來互聯網的顛覆者和革命者。

固然B/S,C/S結構發展出來的互聯網巨頭也有其問題，但這些未來能夠經過商業的方式，政治的方式逐漸解決。。。

參考：

【1】漫談比特幣和區塊鏈，曹正軍，http://blog.sciencenet.cn/blog-3224443-1110626.html 【2】區塊鏈，挖礦演進，張正澤 http://www.javashuo.com/article/p-axyjgldq-kh.html 【3】人工智能下一個熱點探討,爲何要提出互聯網大腦模型，劉鋒 http://blog.sciencenet.cn/blog-39263-1113272.html

內容來源：區塊鏈兄弟 原文來源：人工智能學家 做者：劉鋒

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