乾貨|破解區塊鏈的密碼——技術進化之路（分享實錄）

時間 2019-11-21

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在正式分享以前，我先說說我是怎麼接觸區塊鏈的。我接觸區塊鏈是在2016年春天，一個很偶然的機會，當時以太坊在深圳搞了一個線下活動，我以爲很好奇，「區塊鏈」究竟是個什麼東西呢？我須要瞭解一下，因而去參加了此次活動。自從那次會議之後，我樹立了對區塊鏈的基本認識，並通過不斷的思考和實踐有了一些新的見解。我但願今天的這個分享，可以幫助你們。程序員

今年1月份區塊鏈突然間就火爆起來了，這種火爆跟不少因素有關。可是不能否認，不少言必稱區塊鏈的人並非真正地理解區塊鏈，包括如今不少很火的社區、所謂的專家教授等，不少所謂接觸區塊鏈的人時間都很短。算法

因爲熱度很高，天天咱們都能聽到各類各樣的關於區塊鏈的觀點和聲音，那要怎樣造成真正的認識這些東西呢？區塊鏈技術自己也在不斷的發展中，本次分享基於我對區塊鏈的研究和理解，從概念的角度給你們作一個簡單的介紹。數據庫

1 基本認識：三句話理解區塊鏈，再也不被各類似是而非的文章所誤導

如今出了不少關於區塊鏈的書，還有百度百科、維基百科等，它們把區塊鏈定義爲一個公共的數據庫，或者一個公共帳本。咱們知道區塊鏈是一個數據存儲系統，不可篡改；它是去中心化的；它是基於信任共識的……至於什麼是公共帳本？什麼是公共數據庫？這些概念並無一個清楚的解釋。編程

1）首先它確實是一個數據存儲系統，區塊鏈自己就是一個存數據的地方；安全

2）第二它自己是一個數據計算系統，不只存儲數據，還進行計算；服務器

3）第三它是分佈式的，有不少節點組成。它跟企業中雲計算分佈式的區別是：區塊鏈是基於一個互聯網的分佈式。網絡

也就是說，區塊鏈是在互聯網分佈式下的數據計算和存儲系統。首先它是分佈式的，其次它是數據計算系統，最後纔是公共帳本，也就是公共數據庫。分佈式

這個概念是我提出的，具備首創性，但怎麼去理解呢？看下圖，其實這個過程沒有多複雜。就是說有一個區塊鏈網絡，有客戶端，你加入到這個網絡中，你可能會同步這個區塊數據，把數據從網絡上下載下來，因此第一步就是下載。固然我講的是挖礦節點的模式，若是是輕錢包其實能夠不用下載。工具

在正常的存儲中，第一步是搜索節點，第二步是同步帳本數據，這個相似於迅雷下載，好比我有個種子，就能從網絡上下載一個電影，這是你們都知道的最廣泛的應用，種子技術。性能

搜索節點、同步帳本數據到本地，這一步來看它就是一個公共帳本，人人能夠下載，每一個人能夠持有一塊。我有了這個帳本以後就結束了嗎？沒有。區塊鏈更復雜更神祕的地方在挖礦。

爲何要挖礦？進行到第三步，我有一個數據，好比轉帳，那麼，我要發起一個轉帳的請求，由網絡上的節點進行計算，而以前提到區塊鏈是一個互聯網分佈式系統，那麼多節點，讓誰來計算呢？它要選擇一個節點，這個被選中的節點就叫「礦工」，被選中的礦工作計算的過程被稱爲「挖礦」，因此咱們說的礦工、礦池實際上是計算數據的。礦工要接收、計算數據，存入內存，並將數據打包成一個區塊，打包完以後向其餘節點廣播，至此這個數據計算纔算完成，其餘節點驗證後，就能夠正式接收這個數據了。

區塊鏈是一個匿名的互聯網網絡，加入多少節點都是不受限制的，它是一個互聯網的分佈式，與企業中雲計算下的分佈式有本質區別。所以從本質上，區塊鏈解決了互聯網分佈式計算的難題。

互聯網上這麼多節點，它們去負責計算，而在整個自組織的系統中，各節點彼此互不相識互不信任，充滿了欺詐行爲。這裏就有了幾個問題：

第一個問題：怎麼鼓勵你們貢獻本身的計算資源，好比CPU、顯卡、硬盤，參與到這個計算的過程當中。就是說做爲一個普通用戶，我憑什麼買機器去幫你作這個計算？

第二個問題：可信的問題，如何避免惡意的攻擊、做弊、竊取身份、修改數字等？這是最重要的。節點是匿名的，憑什麼相信他？之前有一句經典的話：你都不知道對方是否是一條狗，你怎麼會相信它的計算結果？

怎麼來解決這些問題呢？經過挖礦。這是一個通俗的叫法。挖礦的過程是用一系列技術來完成的，包括：共識算法、加密技術、P2P技術、挖礦獎勵、公共帳本等。

不少人說你能夠談共識算法、能夠談加密算法、可是你不能談挖礦，不能談代幣，不能談token，我感受這種說法很好笑，我認爲談區塊鏈不談挖礦，就等因而沒有抓住本質的盲人摸象。

2 技術解析：古已有之的幾個關鍵技術，創新只是在於組合

一、共識

共識是什麼意思？爲何叫共識算法？我以爲這個共識算法的名字起得很是好，可是不太好理解。算法怎麼能共識呢？我證實你算出來的數據是準確的、是可信的，咱們你們才容易達成共識。它解決了一個拜占庭將軍的問題，你們能夠百度一下拜占庭將軍問題，固然可能你查半天也沒辦法理解到底說的是什麼，研究數學問題、和計算機算法的人對它可能會有更深入的認識。

拜占庭問題究竟是什麼呢？就是在一個分佈的互不信任的網絡上如何保持事務的一致性。相信若是你不是作IT的，也同樣很難理解什麼是保持事務的一致性，這裏先假設你是程序員，能夠理解。那麼怎麼保持一致性？回到前文提到的區塊鏈網絡，咱們要保證事務的一致性或數據的一致性，就必須只能有一個節點來計算出的結果是最終有效的。

那到底選擇誰來計算呢？就是選擇礦工的過程。這個方法跟中心化服務器是不同的，好比支付寶、電商網站，這些應用都是使用中心化服務器，有服務器在那裏，上面部署了相應的程序，負責調度資源進行計算，不會出現多臺計算器同時計算同一個數據的問題。但在互聯網環境下，有不少個節點、不少臺計算器，可能同時計算。因此咱們要有一個算法或規則，在一段時間內，只能選擇其中的一個有效計算節點。

還要防止這個算法或規則被人控制，計算節點的選擇要高度隨機，不可預測。假如我控制了這個規則，就能夠做弊，選擇個人節點來計算。

還要保證計算正常進行，多個節點同時運行，只有一個數據最有效。

通俗地來講，共識算法就是：在互聯網上，我憑什麼相信和接受你算出來的東西，共識算法就是爲解決這個問題而存在的。

具體是怎麼解決的呢？常見的有幾種算法：

POW 工做量證實

工做量證實的基本原理是：經過暴力計算的方式來求得一個計算難度極高的數學解，其目的是爲了增長做弊的成本。就是說這個節點必須不停地計算，而後求得一個解，若是算對了，這個節點就是礦工，這個計算的過程很難，有必定的計算成本，保證礦工選擇的高度隨機性，若是過程很簡單的話，就很容易做弊，也很容易被控制。在這個計算過程當中，最終的結果可能只是作了不少無用功，浪費了大量的計算。

咱們來看其代碼實現，最終是要計算出小於這樣的一個值。固然區塊鏈有不一樣的計算方法，大概的意思都差很少，就是通過一系列複雜運算，計算得出一個比它給出的值還要小的結果，那你就是礦工。這個給出的值原本就很小，它前面有14個空格，你算出來的值要在前面14個空格，纔是有效的。這個數是算哈希值，當時我算了一下，好像是幾萬億分之一的機率。若是你想要挖礦的話就只能不停的算，一個節點作了大量計算，偶然像中彩票同樣，被選爲礦工，就能夠去負責在全網作一個計算。未來誰的計算能力越高，被選中爲礦工的概率就越大。

爲何說古已有之？

區塊鏈技術確實是一項偉大的創新，但它是一種應用式創新、集成式的創新，而非顛覆式的發明。工做量證實在很早之前就有了，上圖是我從維基百科截取的，1999年的時候就提出過這樣的方法，固然它不是用於比特幣，而是用於判斷垃圾郵件或可信身份方面，原理是同樣的。

不少人提出異議：工做量證實會耗費大量的計算和資源。我我的以爲：無用便是有用，這是一種合理的浪費，信任的代價。信任是有成本的，可能就是經過工做量證實而來，在去中心化的場景下，必需要付出這些代價。固然了，如今社會仍是中心化的組織，爲何相信他能夠表明一個公司、一個企業，甚至表明政府？由於他是有信任力的，咱們對這個中心化的組織是有信任的。而互聯網上，我憑什麼相信你呢？POW是一種解決方案。

POS系列

固然也有不少人質疑，除了浪費資源之外，還由於誰的計算能力強，誰就得到記帳的權利，那若是有人投不少錢創建一個礦池，買不少礦機，擁有強大的算力，就能夠壟斷記帳，這就不公平。

所以後來衍生出POS系列，不用工做量的方式來實現，它的方式很是簡單，和銀行存款同樣，按照節點的持幣數量和持有天數，計算某一時間內，參與計算的各個節點優先級順序。

這個方式在理論上實現了人人平等，實際上仍是有錢人說了算。持幣太少的話，在一個記帳區間內實際上是沒有機會得到記帳權限的。普通人在這個節點上沒有得到記帳權限，沒辦法得到收益，怎麼辦？所以衍生了DPOS：選舉代理計算節點，由計算節點進行計算，投票節點分享收益。

DPOS的優勢是：計算任務由少數人承擔，計算速度快。

缺點是：存在中心化的傾向。

二、加密技術

非對稱加密

非對稱加密技術不是區塊鏈或比特幣獨有的，而是在之前就存在，它解決了匿名身份的認證和數據安全的問題。

爲何叫非對稱？在網絡發送數據的時候，用公鑰來加密，用私鑰來解密。通常來講公鑰是接收方的帳戶地址，好比我要把這個幣轉給你，我事先確定要知道你的地址，那麼我就把你這個地址的這串字符做爲一個公鑰來加密，私鑰是根據公鑰產生的，不能逆推，若是有人知道了公鑰，實際上是解密不了的，必須用私鑰才能打開。

非對稱加密技術解決了身份認證和數據安全的問題，就是說若是有人截留你了，甚至知道你的公鑰都沒有用，由於只有私鑰才能打開這個數據。

三、P2P網絡

點對點的傳輸技術，是區塊鏈脫離中心化服務器控制，造成公共帳本存在的基礎。公共帳本爲何會存在？你去連接到一個區塊鏈網絡，就能夠把整個網絡下下來，只有P2P點對點傳輸技術才能把這些數據下下來。

固然點對點傳輸也不是全部人都是普通的服務器，節點上也有一些大型的服務器來支撐整個網絡的運轉。

四、公共帳本-區塊鏈數據

爲何叫區塊鏈？

1）它是由不少個區塊首尾相連造成的，包括創世區塊、區塊鏈000一、區塊0002……它跟傳統數據庫是有區別的。

2）整個數據（帳本）能夠存在於每一個計算節點上，固然這個電腦硬盤要足夠大，由於節點數據不少。

3）歷史數據不可能篡改。這個是存在必定爭議的，理論上經過分叉等其餘控制也是能夠改的，只是實際操做難度比較大而已。數據是首尾相連的，想在中間加一個數據，或改一個數據，是改不掉的，它是經過校驗的方式去實現的。

4）存在容量瓶頸。爲何呢？公共帳本的數據若是太大，你們就很難存儲了，因此，目前的技術還不適合存儲大量數據（如圖片、視頻）。

5）具備先天的性能和統計缺陷。沒辦法作一些複雜的統計。

3 發展前景：去中心化的信仰，複雜問題須要複雜的技術

我認爲目前還處於前區塊鏈時代，尚未正式進入區塊鏈時代，只是一些概念被炒得很火熱。咱們設想的區塊鏈世界是一個理想的社會：

1）沒有邊界的社會，人人均可以協做。

2）可編程的社會。技術在改變咱們的社會，可是咱們能不能作到一些更加智能化、定製化的東西？如今還很難，好比空調，升高下降溫度還須要靠遙控器來控制，未來某一天咱們能不能對空調進行編程？讓技術深刻到生活和社會的方方面面，這些將來均可以在區塊鏈上完成。

3）契約化的和民主自治的社會。

咱們認爲目前區塊鏈技術還處於一個比較低級的階段，還承擔不了這樣一個職能，但相信將來必定是這樣一個社會。互聯網還有一個匿名的特徵，同時仍是分佈式的，還要有工具和技術來實現，要可編程要自動執行，不能輕易更改，這些都是區塊鏈提供給咱們的，有了這些區塊鏈世界才能達成。

去中心化

不少人都在說去中心化，那麼這個潛在的需求是什麼？是去中心化的需求，有些東西就是要去中心化。咱們簡單地從一人世界、二人世界和多人世界這個角度來理解，這也是一個專家學者提出來的社會學的概念。

在一人世界中，好比一個家庭裏面，或者你跟你的親屬之間就是一人世界，就是圍着某我的轉，這個世界比較簡單，這確定是一箇中心化的場景。到了公司可能也是，爲這家企業工做，圍着股東董事會或者公司總經理，也是一人化的世界。

再往前一點就稍微複雜一點，好比供一個產業鏈，這時可能不是一個公司說了算的，上下游會互相博弈。到了國家層面就更復雜了，好比國家選舉、執行一項重大決策等。到全球貿易，全球市場就更復雜了，可能會變成一個多邊協做的關係。

多元世界就是人人之間的協做，好比我如今想從某一個國家買一個東西，假若有人出售，我就能夠去買。如今的不少交易都會依賴一箇中介，好比淘寶或者其餘的網站，這個中介就是中心化的組織，其實不少去中心化的場景是依託於中心化的方式來實現的。若是有一個去中心化的東西，我和他之間的商品交換可以經過這個去中心化的東西更順利進行，交易成本更低。

因此我想，將來咱們怎麼經過這種去中心化的技術來知足去中心化的場景，而不是像如今不少人說的那樣，去中心化的東西要顛覆中心化。

什麼是真正的去中心化？

當前互聯網、共享經濟宣稱的「去中心化」是僞去中心化，由於點對點交易仍然依賴於商業組織提供的中心化服務，並被監控和剝削。

舉個簡單的例子，好比如今某些打車軟件，仍是依賴於這個公司的服務器，它承擔了一箇中介的職能，在整個過程當中會監控數據、利用數據，甚至竊取數據，這就必然產生剝削行爲，軟件會向司機收錢，好比你支付20元，實際司機只能拿到15元。

真正的區塊鏈是這樣的，不須要經過哪一個公司，直接查找車主。車主向區塊鏈發佈數據，個人車如今閒着，誰願意用，位置在哪裏，打車的人能夠直接在區塊鏈上下單，司機接單跑完這個服務。這個時候誰來支撐網絡運行呢？誰負責這個交易的撮合呢？礦工，他要支撐這個網絡運轉，必然也會收取必定的費用，但他收取的費用確定遠遠低於中心化組織。你們能夠沿着這個思路去擴展。

複雜的地方須要複雜的技術，那些場景是比較複雜的？人類社會最複雜。

區塊鏈技術不能亂用，有些東西比較簡單不必非得用區塊鏈技術來解決。有人說你這個企業數據量太大，用戶量一大就宕機了，區塊鏈運行比較安全、穩定、可靠，能夠解決你的宕機問題。我以爲這徹底是胡說八道，宕機的問題經過區塊鏈來解決是不現實的。

複雜場景的複雜問題以及其對應的複雜技術，包括：

1）沒有負責人，這個能夠經過共識算法解決。

2）各主體互不信任，甚至有利益衝突，能夠經過分佈式計算、可編程合約、強制執行解決。

3）場景多變、不肯定性強，存在惡意參與者，還有一些精確計量和沒有規則的，能夠經過自定義合約，一次性合約、數據公開或有限透明、數據分佈式存儲不可篡改、業務代幣化、量子化等解決。

好比電子合同的簽定，如今籤合同大可能是線下的紙質合同，還得蓋騎縫章，若是兩個公司之間經過區塊鏈或一個相似平臺，互相發電子合同就能夠了。

區塊鏈技術是一個複雜的東西，適合應用在複雜的場景中。

我以爲區塊鏈技術最偉大的地方不是前面說的共識算法，而是它有一個自我進化的生命力——經濟體系。

它是去中心化的，那它怎麼運營、怎麼推廣、技術怎麼迭代？中心化組織有一個開發團隊，受盈利或KPI驅動，會推進它向前發展。而去中心的怎麼推廣？它有一套經濟體系在運行。

首先是衆籌資金，拿到資金後作產品開發，上線以後發行token，而後上線挖礦，挖礦獎勵能夠去交易所變現，有了錢以後就能夠運營推廣，以後產品又有了新的生命力，進行更新迭代。每個環節組成一個命運共同體，共同進化。

這是一個技術與商業的完美結合，它是自我循環的；技術歸屬於全人類，依託於區塊鏈而不是某個組織。避免技術反噬或反惡人類。AI火爆的時候你們都擔憂一個問題，機器人越智能對人類的威脅越大，若是某一個很高深的技術被某個組織控制了，而這個組織有做惡傾向，利用它來對抗人類是可怕的。若是這項技術是屬於區塊鏈的，那麼，就是公開、透明的，本質上這個技術是屬於全人類的，大大下降了做惡的可能。

4 誤區澄清：token不是洪水猛獸，點對點價值交換的媒介

一、token是貨幣

我認爲token不是貨幣，它是虛擬商品，充當價值交換媒介，並未增長貨幣。挖礦得到的token纔是真token，以太坊上發行的代幣根本就不是真token。Token是支撐網絡運行的獎勵，前面說過，礦工挖礦、負責這個網絡的計算、存儲數據，要給他獎勵驅使他工做，特別是支撐全球的網絡運轉，靠義務奉獻是不現實的。

Token避免不了炒做、投機等市場自由買賣引發的問題，不必污名化。Token能夠實現線下資產數字化、價值互聯網化，不依託於中介和中心化組織。還能夠自由進行線上流通，擺脫積分、郵卡等資金盤套路。

舉個例子，我有一套房子，這個房子值100萬，假如我想把它部分變現，其實很難，除非去銀行抵押貸款，可是我只想抵押一部分能夠嗎？抵押10%，我拿10萬塊錢回來，90%的產權還歸我全部，這在銀行作不到。房產證只能抵押一次，不能說我只抵押10%，可是對銀行來講，你的房產證必須拿出來，所有抵押，沒辦法拿出一部分，由於產權不是數字化的，不能夠分割。

若是把它變成token就能夠了，我發行100萬個token，若是我想變現10萬，就賣出10萬個token，剩下90萬個token還在我手裏，至關於還有這套房子90%的控制權。固然這也是對將來的暢想，短時間內實現比較難。

Token和資金盤有什麼區別呢？咱們常常看到積分商城等資金盤套路，它們只能在規定的網站內使用，脫離開這個區域就沒辦法流通，token則不同。好比我有一個比特幣，全世界範圍內均可以流動，交易所之間能夠互相轉帳，人與人之間均可以去轉移，不存在盤內流動的問題。

二、挖礦浪費資源

舉個例子就很好理解了，有一些國家的國會開會，參衆兩院每天吵架，不停投票，互相舉證等，週期很長，這是在浪費資源嗎？他們並不以爲，這是達成新共識的一種成本，人與人之間要進行協做要達成共識，原本就很難。

挖礦是分散化、去中心的方法，也是規則公開、自治的選擇。網絡須要有礦工來支撐，若是隻有一個礦工那他說了算，這怎麼叫去中心化？

挖礦是支撐網絡運行的基礎設施。不挖礦的話，網絡誰來運行？誰來計算？

挖礦是區塊鏈的根基，不能動搖。

三、區塊鏈性能不佳

不是全部的交易都是越快越好，不是全部的服務都是吞吐量越大越好，也不是全部的計算都須要極致的用戶體驗，防止上當受騙纔是重點。

區塊鏈解決的問題場景不一樣，性能好的中心化服務器和性能「很差」的區塊鏈服務是不可互相取代的。

四、區塊鏈顛覆中心化組織

這個徹底不可能，我認爲中心化組織有它的優點：