區塊鏈到底是什麼?白話解讀區塊鏈的4大核心元件

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由於加密貨幣的普及,區塊鏈技術在過去幾年中迅速崛起。無論如何,這項技術仍然與比特幣有太多聯絡、,而在現實生活中,區塊鏈技術為使用者提供了多種用途。為了更好地理解它是如何工作的,對它的底層技術有一個清晰的概念是非常重要的。

好哥們:" 老白,區塊鏈最近很火,我想了解 "

筆者:" 不懂問度娘 "

好哥們:" 百度說:區塊鏈是一種按照時間順序將資料區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式資料結構,並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分散式賬本。"

好哥們:" ......我暈了 "

好傢伙,百度真是一個深奧的百科全書。

今天筆者將給大家介紹區塊鏈的核心元件:區塊鏈技術、分散式賬本(DLT)、基於 DLT 的點對點網路、共識規則以及區塊鏈涉及的密碼學。而白澤將以身舉例,這樣更容易讓大家理解。

1、區塊鏈技術和分散式賬本

首先我們先要區分開比特幣和區塊鏈。

區塊鏈最早的應用是比特幣,而且也是非常成功的應用,比特幣創始人中本聰給比特幣區塊鏈定義的是A Peer-to-Peer Electronic Cash System(一種點對點的電子現金系統),以下摘自中本聰論文。

" 這是一個完全透過點對點技術的電子現金系統,允許線上支付直接從一方傳送到另一方,而無需經過金融機構。"

那麼區塊鏈究竟是什麼呢?從本質上來講,它就是一個資料庫。不過這個資料庫有點特殊,它是一個分散式的,去中心化的資料庫。而什麼是賬本?它是一本書或其他金融賬戶的集合。主要功能是儲存和結構化資料。區塊鏈不是儲存在一個古老而塵土飛揚的圖書館中,而是數字對應物。所有資訊都儲存在與時間戳相關聯的區塊中,而不是頁面和數字。將時間戳想象為插入資訊的精確日期和時間。

這樣,每個新區塊都可以新增到具有最新時間戳的塊之後。一個塊一個塊的組成一條鏈。

資料庫在我們的生活中很常見,大家應該也都有所瞭解。它是儲存處理各種資料用的。大到一個國家的人口經濟環境資料,小到各省市,大公司,企事業單位的各種報表,再到老百姓居家過日子,你都離不開資料庫。你就是開個小店,進多少貨,賣多少錢你還得統計呢,對吧。

以老白我自己為例,以前過日子稀裡糊塗,掙多少錢,花到哪兒了,從來沒有個數。後來高人指點,說你這樣不行,你得學會記賬,搞清楚你的收入支出,然後你就學會計劃,日子會越過越好的。老白一聽有道理,那就記賬吧。

老白一個月收入5000,老白的媳婦收入3000,另外還有一些其它的收入2000,老白一家一個月收入10000。每個月支出,房貸2000,物業水電通訊費500,衣服化妝品什麼的支出2000,吃飯支出1500,等等,這一項一項支出一個月總計6000,老白家裡每月能結餘4000。

老白一看,每月收入支出一目瞭然,哪些錢該花的這沒辦法,哪些錢不該花的我也知道了,漸漸的可以對生活有更多的規劃。這就叫記賬,老白用來記賬的筆記本就叫資料庫,寫在筆記本上的各項收入支出的數字就是資料庫裡的資料。

那什麼是分散式去中心化的資料庫呢?其實也簡單,那就是老白的媳婦也記賬。

老白一個人記賬,這叫中心化,只有一個資料庫。哪天老白的筆記本被火燒了,資料庫就沒了。現在老白的媳婦也記賬,這就有了兩個資料庫,兩個中心。兩個資料庫裡的資料一模一樣,這就叫分散式去中心化,即使有一天,老白的筆記本被火燒了,老白媳婦的筆記本還在啊,資料不會丟失。這就是分散式去中心化的好處,資料是安全的,它沒有一個唯一的中心,誰的資料丟了都無所謂。

現在又出現了一個新的問題,兩個人都記賬,以誰的為準呢?如果兩個人記錄的資料都一樣,那沒有問題,這兩個賬本都是對的。萬一出現差錯呢?以誰的為準,這就不好說了。

我們繼續往下講。

老白開始記賬了,老白的媳婦就起疑心了。平常吊兒郎當一個人,突然開始記賬了。大白天的老母豬上樹了,這裡邊一定有鬼。是不是惦記著回頭跟我離婚分家產呢?不行,我也得記賬,免得到時家裡有多少錢我都說不清楚。於是,老白媳婦也開始記賬了。

過一段時間,老白髮現媳婦也在記賬,就問她,你記賬幹什麼呢?

媳婦也爽快,我懷疑你記賬是想以後和我離婚分家產,那我也得記,免得到時我連家裡有多少錢都說不清。

老白一聽哭笑不得,媳婦你想多了,我記賬是為了把咱們的日子過好。不過你記賬我也不反對,咱倆這叫分散式去中心化記賬,資料更安全。你也體會一下,什麼叫不當家不知柴米貴。

這一解釋,老白媳婦心裡的石頭放下了,原來這死鬼不是為了跟我離婚啊,那就好。不過萬一咱倆有一個記錯了,過一段時間都忘了,那這個賬以誰的為準呢?

老白一聽,對啊,以誰的為準呢?乾脆這樣,咱爸咱媽四位老人都閒著沒事,也請他們幫我們記賬,這就多了四個賬本,六個賬本總不能都錯了。以大多數記錄相同的為準,怎麼樣?

於是,六個賬本一同記賬,為了方便對賬,老白全家約定,每天的收支記到一張紙上,一天一張紙。這張紙我們可以把它叫做一個區塊,一天天的,一個區塊接著一個區塊記下去,連到一起就叫做區塊鏈。

這六個賬本,同時記錄老白一家的收支情況,每天的記錄打包成一個區塊,這就是區塊鏈。

區塊鏈我們再總結一下,第一,它是個資料庫,記錄的是老白一家的收支情況。第二,它是去中心的,六個賬本,沒有一個是唯一的,六個賬本里的資料如果相同,都是有效的。第三,它是分散式的,六個賬本在六個人手裡,不可能同時被毀,資料是絕對安全的。

另外就是資料的糾錯問題,區塊鏈的糾錯原則就是以大多數為準,只要結果,不論對錯。大多數原則怎麼理解呢?還是老白一家的例子。

2、點對點傳輸

首先我們先要理解一下" 點對點 "是什麼?

點對點技術(peer-to-peer,簡稱P2P),又稱對等網際網路絡技術,是一種網路新技術,以來網路中參與者的計算能力和頻寬,而不是把依賴都集中在少數幾臺伺服器上。

通俗的來說,點對點傳輸時不經過任何一個伺服器中轉而直接傳輸的。

好哥們:" 這有啥稀奇的呀,我給你打電話、發微信、發郵件、給你微信轉賬不都是點對點啊,我是一個點,你是一個點,咱倆之間直接進行點對點嘛! "

簡單看上去,這些動作確實是點對點通訊,但其實不是,這些行為動作背後都存在著第三方機構。以手機支付為例,我們使用手機微信或者支付寶進行支付的時候,其背後有騰訊和阿里巴巴這樣的機構在背書,騰訊和阿里巴巴的作用是保證交易的公平、公正、安全、可信任。正是由於背後有機構背書,我們才放心的將自己的錢支付給一個不認識的陌生人。由於存在第三方機構,所以這些形式不屬於點對點傳輸。

有第三方參與的情況下,如果第三方機構出現問題,那我們的錢可能就沒有了,當然,這種情況出現的機率很小。不過,機率小也有可能會出現,這時就會需要大量的人力、物力和時間來對賬,最終也可以解決,但是成本是很高的。

根據中本聰的論文中的解釋," 從字面理解,首先要存在兩個點,這個點通常是計算機或者載體,假如是A和B,A和B之間可以直接進行通訊,而沒有任何第三方機構的參與 "。

區塊鏈中的點對點沒有客戶端和伺服器的概念,節點間都是平等的,任意兩個點之間都可以進行交易,交易成功後全網所有節點都會記錄這個交易,任意一個節點出現問題,都不會影響交易結果。

3、共識機制

點對點網路確實能夠提供高水平的安全性。但是,整個區塊鏈技術都必須依賴共識機制,它決定了一個區塊鏈系統的去中心化程度、效能和安全性。

那麼再次回到老白的" 資料庫 "。

老白全家每星期對一次賬,六個人拿著六個賬本坐在一起對賬,如果說老白的賬本里一個區塊,比如7月3日一筆支出是100元,但是其它五個賬本里記錄的都是120元,那以其它五本的記錄為準,老白7月3日這個區塊的記錄必須改過來,而且老白7月3日以後的區塊全部作廢,必須改成與其它五個賬本的區塊一致,否則老白的賬本都給你廢了,你這個賬本沒人承認。老白心想我比竇娥還冤,這筆錢是我親手花出去的,就是100元啊。那也不行,大多數人記錄的都是120,那就是120,不是也是。這就是區塊鏈的糾錯機制。遵循大多數原則。

如果說老白媳婦的資料也錯了,老白媳婦7月4日的區塊有一筆資料不對,那麼老白媳婦7月4號的區塊資料包括以後的區塊全部作廢,必須改成和大多數人一樣的。

當然我們說老白冤枉不是指區塊鏈的機制不對啊,你反過來想,如果有人惡意篡改資料呢?他改少數賬本的可能性高呢,還是改大多數賬本的可能性高呢?答案是顯而易見的,能夠同時把大多數賬本的資料都篡改了,這個可能性基本不存在。所以,區塊鏈的共識機制其實保障的是資料的不可篡改性。

我們先從比特幣的共識機制(Pow)來談。

在比特幣鏈上,當有一筆交易發生時,我們可以轉換一下理解思路,將交易用考試來理解。

比特幣的系統會將這道題向全網公開,而全網中最先算出這道題的節點會把問題的答案拋向全網,如果這個答案得到了全網大部分節點的認可,則這筆交易就會被打包進區塊中,最終這個區塊會被新增到區塊鏈中。

因此,比特幣區塊鏈中的每一個區塊,實際上都是節點的電腦所消耗的電力和計算能力的結果,我們把這稱之為電腦的工作量,而區塊鏈就是在每一個區塊上消耗的工作量的總和,所以這就是基於工作量證明機制的區塊鏈,英文名字叫Proof of Work,簡稱PoW。

在一個工作量證明(PoW)機制的區塊鏈中,如果駭客想偽造交易,就必須把在這個交易之前所有產生的區塊全部偽造一遍,也就是要把之前每一個區塊中的計算全部重新算一遍,那麼工作量太大了。這也就確保了安全。

區別於比特幣的PoW機制,另一種常見的共識機制叫做PoS。

PoS採用了跟PoW完成不同的機制。既然要花錢購買比特幣挖礦計算機和購買電力,那麼,為什麼不只是用錢來選擇區塊生產者並將計算密集型過程跳過呢?PoS是這樣的想法:基於人們在系統中質押的錢多少來選擇區塊提議者,也就是人們在系統中擁有的代幣的比例。

在PoW中,擁有算力越多,被選為提議下個區塊的概率就越高。在PoS中,擁有的代幣越多,成為區塊生產者的概率就越高。

4、區塊鏈的密碼學

作為一個可以傳輸價值的區塊鏈,如果安全僅靠節點數取勝,當然令人難以置信,因此區塊鏈運用了一個殺手鐧——密碼學。密碼學中的非對稱加密技術是保障安全的重要部分。對稱加密就相當於開門和鎖門用了同一把鑰匙,非對稱加密則相當於開門鎖門用了兩把不同的鑰匙,一個叫公鑰,一個叫私鑰,公鑰鎖門,只有私鑰可以開,而用私鑰鎖門,也只有公鑰可以開門。

這兩種金鑰一般都儲存在錢包裡,私鑰一旦丟失,資產也蕩然無存。在區塊鏈中,公鑰和私鑰的形成都經過雜湊演算法和橢圓曲線演算法等多重轉化而成的,字元都比較長和複雜,因此比較安全。

總結

正是因為有這些技術作為基礎,解決了一個又一個問題,實現了一個又一個技術突破,才有了區塊鏈現在廣闊的前景。掌握了區塊鏈的4大核心元件,相信你會對區塊鏈有一個更加深刻的認知!

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