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榮耀標(biāo)識逐層揭秘：區(qū)塊鏈的運作原理、存在問題以及前景
數(shù)字貨幣市場的大起大落，將新興的“區(qū)塊鏈”技術(shù)帶到我們眼前。本文通過五問來探討什么是區(qū)塊鏈？它的運作原理是什么？它為什么會出現(xiàn)？還存在哪些問題？它的前景是什么？
現(xiàn)在在科技界流傳著這樣一句話“幣圈一天，人間一年”，這句話調(diào)侃數(shù)字貨幣市場的大起大落，也將引新興的“區(qū)塊鏈”技術(shù)帶入到我們大眾的眼簾。
在這個信息爆炸的時代，許多創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品正不斷涌現(xiàn)，區(qū)塊鏈正是當(dāng)前最耀眼的一顆明星，被很多大佬譽為是人類未來發(fā)展趨勢的技術(shù)。
那么，究竟什么是區(qū)塊鏈？它的底層運作原理如何？區(qū)塊鏈為什么會出現(xiàn)？目前它還有哪些問題？未來可能的應(yīng)用場景有哪些？
帶著這5個問題，我們來逐層揭開區(qū)塊鏈的奧秘！
一、什么是區(qū)塊鏈？
（1）從產(chǎn)品角度出發(fā)
我個人認(rèn)為區(qū)塊鏈的本質(zhì)其實是：一種促進(jìn)人類大規(guī)模協(xié)作的技術(shù)手段，解決了多點之間相互信任以及利益分配的問題。
又或者我們可以把他理解為：數(shù)字存儲計算領(lǐng)域的共享技術(shù)，用戶們鏈接上網(wǎng)，提供自己的存儲空間以及算力，從而獲得一定的token（代幣獎勵，可能會持續(xù)增值）作為利益回報，這個就比較類似滴滴，Uber，Airbnb。
（2）從技術(shù)角度出發(fā)
區(qū)塊鏈技術(shù)是：利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法，來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約，來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算方式。
它融合了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)非常多的優(yōu)質(zhì)算法，并將其按照非常精妙的規(guī)則進(jìn)行組裝，來完成這一系列的復(fù)雜處理。
二、區(qū)塊鏈的運作原理
區(qū)塊鏈系統(tǒng)一共有六層結(jié)構(gòu)來構(gòu)成，如下圖，分別是：數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層。
- 數(shù)據(jù)層：封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊，以及相關(guān)的數(shù)據(jù)加密和時間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本算法；
- 網(wǎng)絡(luò)層：則包括分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制等；
- 共識層：封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各類共識算法；
- 激勵層：將經(jīng)濟(jì)因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來，主要包括經(jīng)濟(jì)激勵的發(fā)行機制和分配機制等；
- 合約層：主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎(chǔ)；
- 應(yīng)用層：封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場景和案例。所有的二次開發(fā)應(yīng)用都基于這一層面的，就類似于眾多的APP基于IOS和安卓底層操作系統(tǒng)一樣。
這個模型中區(qū)別傳統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新點在于以下四個：
1. 分布式賬本——不可篡改性、去中心化
交易記賬由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，而且每一個節(jié)點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監(jiān)督交易合法性，同時也可以共同為其作證。不同于傳統(tǒng)的中心化記賬方案，沒有任何一個節(jié)點可以單獨記錄賬目，從而避免了單一記賬人被控制或者被賄賂而記假賬的可能性。
另一方面，由于記賬節(jié)點足夠多，理論上講除非所有的節(jié)點被破壞，否則賬目就不會丟失，從而保證了賬目數(shù)據(jù)的安全性。
2. 非對稱加密和授權(quán)技術(shù)——匿名性、安全性
存儲在區(qū)塊鏈上的交易信息是公開的，但是賬戶身份信息是高度加密的，只有在數(shù)據(jù)擁有者授權(quán)的情況下才能訪問到，從而保證了數(shù)據(jù)的安全和個人的隱私。
3. 共識機制——開放性、自治性
所有記賬節(jié)點之間怎么達(dá)成共識，去認(rèn)定一個記錄的有效性，這既是認(rèn)定的手段，也是防止篡改的手段。
區(qū)塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用于不同的應(yīng)用場景，在效率和安全性之間取得平衡。
以比特幣為例：采用的是工作量證明，只有在控制了全網(wǎng)超過51%的記賬節(jié)點的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當(dāng)加入?yún)^(qū)塊鏈的節(jié)點足夠多的時候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能。
4. 智能合約——不可逆性、強制性
智能合約是基于這些可信的不可篡改的數(shù)據(jù)，可以自動化的執(zhí)行一些預(yù)先定義好的規(guī)則和條款。
以保險為例：如果說每個人的信息（包括醫(yī)療信息和風(fēng)險發(fā)生的信息）都是真實可信的，那就很容易的在一些標(biāo)準(zhǔn)化的保險產(chǎn)品中，去進(jìn)行自動化的理賠。
三、區(qū)塊鏈為什么會出現(xiàn)？
2008年由中本聰?shù)谝淮翁岢隽藚^(qū)塊鏈的概念，他創(chuàng)造第一個區(qū)塊，即：“創(chuàng)世區(qū)塊”。
創(chuàng)世區(qū)塊 – 原始區(qū)塊鏈 ，是一種去中心化的數(shù)據(jù)庫，它包含一張被稱為區(qū)塊的列表，有著持續(xù)增長并且排列整齊的記錄。每個區(qū)塊都包含一個時間戳和一個與前一區(qū)塊的鏈接：設(shè)計區(qū)塊鏈?zhǔn)沟脭?shù)據(jù)不可篡改 ———一旦記錄下來，在一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)將不可逆。
區(qū)塊鏈的設(shè)計是一種保護(hù)措施，比如（應(yīng)用于）高容錯的分布式計算系統(tǒng)。
區(qū)塊鏈?zhǔn)够旌弦恢滦猿蔀榭赡?。這使區(qū)塊鏈適合：記錄事件、標(biāo)題、醫(yī)療記錄和其他需要收錄數(shù)據(jù)的活動、身份識別管理，交易流程管理和出處證明管理。
2009年1月3日，比特幣的創(chuàng)始人中本聰在創(chuàng)世區(qū)塊里留下一句永不可修改的話：
The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks（2009年1月3日，財政大臣正處于實施第二輪銀行緊急援助的邊緣）。
當(dāng)時正是英國的財政大臣達(dá)林被迫考慮第二次出手紓解銀行危機的時刻，這句話是泰晤士報當(dāng)天的頭版文章標(biāo)題。
區(qū)塊鏈的時間戳服務(wù)和存在證明，第一個區(qū)塊鏈產(chǎn)生的時間和當(dāng)時正發(fā)生的事件被永久性的保留了下來。
當(dāng)時主要就是為了——解決金融危機的問題，建立一個不被任何組織和機構(gòu)組織操控的，基于機器信任，代碼信任的，去中心化的電子現(xiàn)金系統(tǒng)。
巨大價值：區(qū)塊鏈實現(xiàn)從信息互聯(lián)網(wǎng)到價值互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成功實現(xiàn)了信息的去中心化，TCP/IP協(xié)議幫助了全世界人民進(jìn)行互聯(lián)互通、暢快交流，但卻無法實現(xiàn)價值的去中心化。
換句話說，互聯(lián)網(wǎng)上能去中心化的活動是無需信用背書的活動，需要信用做保證的都是中心化的、有第三方中介機構(gòu)參與的活動。
因此，為了解決這樣一個全球的信用問題-區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)運而生了。
它提供了一種無中介，無需信任單節(jié)點，全網(wǎng)共識的一種網(wǎng)絡(luò)方法?？梢苑乐刮覀冊谂c陌生人進(jìn)行價值交換活動時，被惡意欺詐的風(fēng)險。
為什么說區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€顛覆性的技術(shù)？
我認(rèn)為未來它可能會重塑社會的“信任關(guān)系”，當(dāng)社會關(guān)系的基礎(chǔ)協(xié)議依賴于可信任的底層技術(shù)時，信息和交易都變得開放透明、不可篡改，社會規(guī)則和建立在此基礎(chǔ)之上的組織形態(tài)也會發(fā)生重大的變化。
四、目前它還有哪些問題？三元悖論
以太坊創(chuàng)始人Vitalik提出區(qū)塊鏈技術(shù)“不可能三角”，是三個因素：
- 可擴(kuò)展性
- 去中心化
- 安全性
也就是一個區(qū)塊鏈的系統(tǒng)，不可能在同一時間，在這三個方面同時取得優(yōu)化、最佳，它必須以犧牲其中若干個因素去換取在另外一個領(lǐng)域上的提升。也因此產(chǎn)生了區(qū)塊鏈的不可能三角，也即“三元悖論”。
1.追求“去中心化”和“安全性”則無法達(dá)到“可擴(kuò)展性”
比特幣區(qū)塊鏈技術(shù)便是一種極致追求“去中心化”和“安全”的技術(shù)組合。
1）從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，它采用擁有時間戳的“區(qū)塊+鏈”的結(jié)構(gòu)，在可追溯、防篡改上具備安全優(yōu)勢，也易于分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)同步。
但是若需要對信息進(jìn)行查詢、驗證，則涉及到對鏈的遍歷操作，而遍歷是較為低效率的查詢方式。
2）在數(shù)據(jù)存儲上，它的每一個節(jié)點都下載和存儲所有數(shù)據(jù)包，利用強冗余性獲得強容錯、強糾錯能力，使得網(wǎng)絡(luò)可以民主自治，但同時也帶來了巨大的校驗成本和存儲空間損耗。
它并不像分布式數(shù)據(jù)庫那樣隨著節(jié)點的增加可以通過分布式存儲提高整體存儲能力，而只是簡單地增加副本。
未來隨著區(qū)塊鏈技術(shù)所承載的內(nèi)容增多,單個節(jié)點的存儲空間將是個問題
3）在并發(fā)處理上，比特幣區(qū)塊鏈技術(shù)最終只允許一個?“礦工”獲得記賬權(quán)建立一個交易區(qū)塊，這種機制可以有效保證一個民主網(wǎng)絡(luò)運行的安全和穩(wěn)健，但其實質(zhì)上是擁有所有數(shù)據(jù)的整個“鏈條”在進(jìn)行串行的“寫”操作。
相比關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)分為若干表，僅僅根據(jù)操作涉及的數(shù)據(jù)鎖定若干表或表中的記錄、其他表仍能并發(fā)處理相比，比特幣區(qū)塊鏈技術(shù)的串行操作效率遠(yuǎn)低于普通數(shù)據(jù)庫。
4）在對內(nèi)容的驗證上，比特幣區(qū)塊鏈讓每個節(jié)點都擁有所有的內(nèi)容，同時對區(qū)塊內(nèi)的所有內(nèi)容進(jìn)行哈希，這增強了：民主性、隱私性、安全性。但是這種整體哈希的設(shè)計思路則意味著，不能以地址引用的方式存儲數(shù)據(jù)，否則由于所引用地址上所存儲的信息由于并未進(jìn)行哈希校驗而可能存在篡改。
因此，比特幣區(qū)塊鏈技術(shù)缺乏高效的可擴(kuò)展性，在對大型內(nèi)容的處理上存在效率問題。
2.追求“可擴(kuò)展性”和“安全性”則無法完全 實現(xiàn)“去中心化”
從“共識機制”角度看：為了在確保“安全”的前提下解決比特幣區(qū)塊鏈技術(shù)所采用的工作量證明方式的低效性，權(quán)益證明（Proof of Stake）、股份授權(quán)證明（Dele? gate Proof of Stake）等機制被采用。
但是無論是基于網(wǎng)絡(luò)權(quán)益代表的權(quán)益證明，還是利用101 位受委托人通過投票實現(xiàn)的股份授權(quán)證明，實際上都是對“去中心化”的退讓，形成了部分中心化。
同樣在區(qū)塊鏈技術(shù)的演化上，除了以比特幣為代表的公有鏈技術(shù)外，又衍生了聯(lián)盟鏈技術(shù)和私有鏈技術(shù)。
聯(lián)盟鏈技術(shù)只允許預(yù)設(shè)的節(jié)點進(jìn)行記賬，加入的節(jié)點都需要申請和身份驗證，這種區(qū)塊鏈技術(shù)實質(zhì)上是——在確保安全和效率的基礎(chǔ)上進(jìn)行的“部分去中心化”或“多中心化”的妥協(xié)。
而私有鏈技術(shù)的區(qū)塊建立則掌握在一個實體手中，且區(qū)塊的讀取權(quán)限可以選擇性開放，它為了安全和效率已經(jīng)完全演化成為一種“中心化”的技術(shù)。
3.追求“可擴(kuò)展性”和“去中心化”則必須 犧牲“安全性”
一個極端的案例便是：基于 P2P（Peer-to-Peer）的視頻播放軟件。
以往當(dāng)在線觀看人數(shù)增多時，基于中央服務(wù)器設(shè)計的視頻服務(wù)器會因承載壓力變大而速度緩慢。
為了提高效率，P2P 視頻播放軟件的設(shè)計使得一個節(jié)點在下載觀看視頻文件的同時，也不斷將數(shù)據(jù)傳輸給別人，每個節(jié)點不僅是下載者同時也是傳輸者，使資源的分享形成不再依賴于中央服務(wù)器的“去中心化”模式。
同時，由于視頻一秒有24 幀，少量圖片的局部數(shù)據(jù)損壞并不影響太多的視覺感官，但是用于數(shù)據(jù)校驗而出現(xiàn)的圖像延遲則是不可接受的。于是 P2P 視頻播放軟件犧牲了“安全”性，允許傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出現(xiàn)少量錯誤。
在這種去中心化的網(wǎng)絡(luò)中，參與的節(jié)點越多，數(shù)據(jù)的傳播越快，傳播的效率越高。
當(dāng)然這對于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕鹑跇I(yè)來說，數(shù)據(jù)的錯誤是不可接受的，安全也是金融業(yè)所首要考慮的問題。
總之，從當(dāng)前的技術(shù)條件來看尚無法實現(xiàn)“高效低能”、“去中心化”和“安全”三者皆得的區(qū)塊鏈技術(shù)。但是若對其一個或若干個要求進(jìn)行妥協(xié)，所產(chǎn)生的新技術(shù) 集合由于更符合實際需求，有可能它對實際應(yīng)用的吸引 力反而增強。
五、未來可能的應(yīng)用場景有哪些？
現(xiàn)今的商業(yè)成本是很高的。
舉個例子：兩個公司之間簽訂了一個合約，需要建立很多機制來保證合同能順利執(zhí)行。當(dāng)出現(xiàn)一方違約的情況，就需要法院和律師、警察來協(xié)助我們判決和推動執(zhí)行。
在區(qū)塊鏈的世界中，可以通過智能合約來自動執(zhí)行類似合約，可以幫助我們節(jié)省大量的人工和時間成本，人們幾乎不需要擔(dān)心任何節(jié)點發(fā)生意外，也沒有人能夠惡意地去破壞或者篡改。
區(qū)塊鏈通過升級現(xiàn)代商業(yè)社會的三個基石來改變世界：
- 復(fù)式記帳法——傳統(tǒng)的復(fù)式記帳法變成了分布式賬本；
- 有限制度公司——有限公司制度變成了 DAO 分布式自治組織；
- 保護(hù)私有財產(chǎn)的法律制度——保護(hù)私有財產(chǎn)的法律制度變成了智能合約。
通過這些全新的運行方式，我們整個商業(yè)社會往一個全新的方向發(fā)展。
事實上，從我這邊來看，有很多聰明的朋友，正在做各種各樣的嘗試。
目前，區(qū)塊鏈在支付、結(jié)算、證券交易，以及在醫(yī)療、保險、物聯(lián)網(wǎng)都有很多的探索。
1. 物聯(lián)網(wǎng)，會是一個非常有趣的應(yīng)用方向
IBM 曾經(jīng)提出一個叫做《設(shè)備民主》的白皮書，里面提出：到 2050 年，全世界至少有 1 千億設(shè)備會被連入物聯(lián)網(wǎng)。
但是到現(xiàn)在為止，全球還沒有合適的設(shè)備，能同時管理數(shù)億個同時連入的終端。事實上，即使有這樣一個中心化管理設(shè)備，本身的安全性也有極大的隱患。中心化的設(shè)備一旦癱瘓，整個物聯(lián)網(wǎng)都會瞬間崩潰。
因此 IBM 的結(jié)論是：區(qū)塊鏈?zhǔn)悄壳拔覀兿氲降墓芾砦锫?lián)網(wǎng)的最好方案，依靠安全可靠的分布式系統(tǒng)來做底層的物聯(lián)網(wǎng)管理。
2. 去中心化的交易系統(tǒng)，最近至少在行業(yè)內(nèi)是被追逐的一個目標(biāo)
建立在區(qū)塊鏈上的去中心化交易系統(tǒng)，將是極度透明的，這意味著，傳統(tǒng)交易中可能會發(fā)生的虛假交易幾乎是不可能的。
比如：Borderless，它提供一個具有極高性能的去中心化交易平臺，能夠提供一切你所希望在一個交易平臺上應(yīng)該具有的功能。不僅訂單的執(zhí)行在你提交的瞬間就能夠完成了，并且還能提供抵押債券讓你能夠使用杠桿和提供利息，期權(quán)合約能夠讓你對沖你的倉位。
中心化的交易所已經(jīng)一次又一次的讓世界知道，它們是多么的不可靠和不值得信任。
- 無論是MFGlobal，Mt.Gox，或者是BitStamp，讓我們可以看到：如果讓第三方保管你的錢會發(fā)生什么？
- 無論它們規(guī)模有多么龐大，有多少審計、監(jiān)管機構(gòu)或是保險公司，那些全球中心化的銀行和交易所，還是每天都充斥著各種欺詐、濫用職權(quán)或者盜竊行為。
去中心化讓Borderless面對失敗時具有魯棒性(Robustness），指：原始載體在經(jīng)歷各種信號處理過程后，隱藏信息仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別，不因處理攻擊后而導(dǎo)致秘密信息丟失的能力。
當(dāng)一個中心化的交易所被泄露數(shù)百萬美元將會瞬間影響數(shù)千個用戶，而一個去中心化的系統(tǒng)被攻擊、或者出現(xiàn)故障只會影響單個用戶和他的資金。用戶能夠控制他們自己的安全性，這其實可能遠(yuǎn)比任何中心化實體要好得多。
3. 去中心化存儲也是一個非常大的方向
傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)下，訪問網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器文件都離不開 HTTP 協(xié)議。
當(dāng)你輸入網(wǎng)址，點擊網(wǎng)頁連接，就會向中心服務(wù)器地址尋找文件。如果有很多人同時訪問，就容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，速度很慢。
現(xiàn)在有一種基于區(qū)塊鏈的分布式存儲式技術(shù)叫做 ：IPFS?(星際文件系統(tǒng)：Inter Planetary File System)，這個概念非常棒，未來有可能會取代傳統(tǒng)的 HTTP 協(xié)議。IPFS 將文件碎片化存儲在距離用戶最近的計算機或服務(wù)器中，這樣加載速度就會大幅提升。
如果你所在的城市或者鄰居有節(jié)點，那速度就更快了，甚至可以等同于訪問本地文件。
4. 醫(yī)療領(lǐng)域也是一個爆發(fā)的點，這可能很多人沒有想到
早期每個人的醫(yī)療檔案，比如：身高、血糖、血壓，這些數(shù)據(jù)如果流失，大家不覺得會造成很大的困擾。但未來有一些生物資料絕對不可以流失，比如：你的虹膜和指紋。
如果你的指紋信息大規(guī)模外流，帶來的可能不是醫(yī)療上的災(zāi)難，而是整個金融系統(tǒng)的災(zāi)難。
基于這樣的認(rèn)識，很多人提出，區(qū)塊鏈很可能是目前唯一的解決方案。因為區(qū)塊鏈不僅僅能夠杜絕篡改，還能夠提供多權(quán)限的復(fù)雜管理。
也就是說，你的重要數(shù)據(jù)是分層的，由你、你的家人、你的醫(yī)生、你的朋友一起來在不同層面上進(jìn)行分享和保護(hù)，其中某個節(jié)點的泄露，不會造成整個數(shù)據(jù)庫的崩潰。
總之，區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景在未來，我認(rèn)為是會逐漸豐富起來的，它帶給我們更多的不僅僅是一種技術(shù)，而更多是這種思維或者分布式商業(yè)的理念。
本文由 @囧囧有神 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理。未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載
題圖來自 Pixabay，基于 CC0 協(xié)議
受教受教??????
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