从0到1,认识区块链起源、理念、终局

从0到1,认识区块链起源、理念、终局

什么是区块链

区块链是一个分布式,分散的公共分类帐。

如果这项技术如此复杂,为什么称它为“区块链”?

区块链实际上只是一连串的区块。当我们在这种情况下说“块”和“链”时,我们实际上是在讨论存储在公共数据库(“链”)中的数字信息(“块”),区块链上的“块”由数字信息组成。

具体来说,它们分为三个部分:

 

Blocks存储有关交易的信息,例如您最近从亚马逊购买的日期,时间和金额。(注意:此Amazon示例用于说明性购买;亚马逊零售不适用于区块链原则)

Blocks存储有关谁参与交易的信息。从亚马逊购买奢侈品的块将与Amazon.com一起记录您的姓名,您可以使用独特的“数字签名”(如用户名)记录您的购买,而不使用任何识别信息。

块存储区别于其他块的信息。就像你和我有名字来区分我们彼此一样,每个块都存储一个称为“哈希”的唯一代码,它允许我们将它与其他块区分开来。假设您在亚马逊上购买产品,但是在运输途中,您决得无法抗拒并需要第二个。即使您的新交易的详细信息看起来与您之前购买的产品几乎相同,但由于其独特的代码,我们仍然可以区分这些区块。

虽然上面示例中的块用于存储来自亚马逊的单个购买,但实际情况略有不同。区块链上的单个块实际上可以存储多达1 MB的数据。根据交易的规模,这意味着单个区块可以在一个屋檐下容纳几千笔交易。

它是如何工作的?

当块存储新数据时,它将被添加到区块链中。顾名思义,区块链由多个块组成。但是,为了将块添加到区块链中,必须发生以下四件事:

必须进行交易让我们继续你冲动在亚马逊购买的例子。在匆忙点击多个结帐提示后。

该交易必须经过核实。完成购买后,您的交易必须经过验证。通过其他公共信息记录,如证券交易委员会,维基百科或您当地的图书馆,有人负责审查新的数据条目。但是,使用区块链,该作业可以由计算机网络完成。这些网络通常由遍布全球的数千台(或比特币,约500万台)计算机组成。

当您从亚马逊购物时,该计算机网络会以您所说的方式检查您的交易是否发生。也就是说,他们确认购买的细节,包括交易的时间,金额和参与者。(更多关于如何在一秒内发生这种情况。)

该事务必须存储在一个块中。在您的交易被验证为准确之后,它将获得“绿灯”。交易的金额,您的数字签名和亚马逊的数字签名都存储在一个区块中。在那里,交易可能会加入数百或数千个其他类似的交易。

必须给该块一个哈希值。与获得它的翅膀的天使不同,一旦块的所有事务都经过验证,就必须给它一个称为哈希的唯一识别代码。该块还被赋予添加到区块链的最新块的哈希值。一旦经过哈希处理,该块就可以添加到区块链中。

当新的区块被添加到区块链中时,任何人都可以公开查看。如果您查看比特币的区块链,您将看到您可以访问交易数据,以及有关何时(“时间”),何处(“高度”)以及该块(“中继”)的信息。

区块链存放在哪里?

任何人都可以查看区块链的内容,但用户也可以选择将他们的计算机连接到区块链网络。在这样做时,他们的计算机会收到区块链的副本,每当添加新区块时,区块链会自动更新,就像腾讯新闻一样,每当发布新状态时都会更新。

区块链网络中的每台计算机都有自己的区块链副本,这意味着有数千个,或者在比特币的情况下,有数百万个同一区块链的副本。尽管区块链的每个副本都是相同的,但是通过计算机网络传播该信息会使信息更难以操作。使用区块链,没有一个人可以操纵事件的明确说明。相反,黑客需要操纵网络上区块链的每个副本。

但是,查看比特币区块链,您会注意到您无权访问有关进行交易的用户的识别信息。虽然区块链上的交易并非完全匿名,但有关用户的个人信息仅限于其数字签名或用户名。

这提出了一个重要的问题:如果您不知道谁在区块链中添加块,您如何信任区块链或维护它的计算机网络?

区块链的信任和安全

区块链技术以多种方式解决了安全性和信任问题。首先,新块总是线性和按时间顺序存储。也就是说,它们总是被添加到区块链的“结尾”。如果你看看比特币的区块链,你会看到每个区块在链上都有一个位置,称为“高度”。

将块添加到区块链的末尾后,很难返回并更改块的内容。那是因为每个块都包含自己的哈希值,以及它之前的块的哈希值。哈希码由数学函数创建,该数学函数将数字信息转换为数字和字母串。如果以任何方式编辑该信息,则哈希码也会更改。

这就是为什么这对安全很重要。假设黑客试图从亚马逊编辑您的交易,这样您实际上必须支付两次购买费用。一旦他们编辑了您的交易的金额,块的哈希就会改变。链中的下一个块仍将包含旧哈希,并且黑客需要更新该块以覆盖其轨道。但是,这样做会改变该块的哈希值,接下来,依此类推。

然后,为了更改单个块,黑客需要在区块链之后更改其后的每个块。重新计算所有这些哈希值将需要巨大且不可能的计算能力。换句话说,一旦将块添加到区块链中,就很难编辑并且不可能删除。

为了解决信任问题,区块链网络已经为想要加入并向链中添加块的计算机实施了测试。这些称为“共识模型”的测试要求用户在参与区块链网络之前“自我验证”。比特币最常见的例子之一被称为“工作证明”。

在工作证明系统中,计算机必须通过解决复杂的计算数学问题来“证明”他们已经完成了“工作”。如果计算机解决了其中一个问题,他们就有资格向区块链添加一个块。但是,向区块链添加块的过程,加密货币世界称之为“挖掘”,并不容易。实际上,根据区块链新闻网站BlockExplorer的说法,在比特币网络上解决其中一个问题的几率约为7万亿。为了在这些可能性下解决复杂的数学问题,计算机必须运行能够耗费大量功率和能量的程序。

工作证明不会使黑客攻击变得不可能,但它确实使它们有些无用。如果一个黑客想要协调对区块链的攻击,那么就像其他人一样,他们需要以7万亿的赔率解决复杂的计算数学问题,组织这种攻击的成本几乎肯定会超过收益。

区块链和比特币

区块链的目标是允许记录和分发数字信息,但不进行编辑。如果没有看到技术的实际应用,这个概念可能难以解决,所以让我们来看看区块链技术的最早应用是如何实际运作的。

区块链技术于1991年由Stuart Haber和W. Scott Stornetta首次概述,两位研究人员希望实施一个文件时间戳无法被篡改的系统。但直到近二十年后,随着2009年1月比特币的推出,区块链才有了它的第一个真实应用。

比特币协议建立在区块链上。在一篇介绍数字货币的研究论文中,比特币的假名创造者中本聪(Satoshi Nakamoto)将其称为“一个完全点对点的新电子现金系统,没有可信赖的第三方”。

在印刷货币方面,印刷货币的使用由中央机关(通常是银行或政府)监管和核实 ,但比特币不受任何人控制,相反,比特币中的交易由计算机网络验证。

当一个人使用比特币支付另一个人的货物时,比特币网络上的计算机竞相验证交易。为了做到这一点,用户在他们的计算机上运行程序并尝试解决一个复杂的数学问题,称为“哈希”。当计算机通过“散列”块来解决问题时,其算法工作也将验证块的交易。

完成的交易被公开记录并作为块存储在区块链上,此时它变得不可改变。在比特币和大多数其他区块链的情况下,成功验证区块的计算机因使用加密货币而获得奖励。

虽然交易是在区块链上公开记录的,但用户数据不是,或者至少不完整。为了在比特币网络上进行交易,参与者必须运行称为“钱包”的程序。每个钱包由两个独特且不同的加密密钥组成:公钥和私钥。公钥是交易存入和取出的位置,这也是区块链分类帐中作为用户的数字签名出现的关键。

即使用户收到比特币到他们的公钥的付款,他们也无法与私人对手取款。用户的公钥是其私钥的缩短版本,通过复杂的数学算法创建。但是,由于该等式的复杂性,几乎不可能反转该过程并从公钥生成私钥。因此,区块链技术被视为机密。

公钥和私钥ELI5

您可以将公钥视为学校储物柜,将私钥视为储物柜组合。教师,学生,甚至你的迷恋者都可以通过储物柜的开口插入信件和笔记。但是,唯一可以检索邮箱内容的人是具有唯一密钥的人。然而,应该注意的是,虽然学校储物柜组合保存在校长办公室,但没有中央数据库可以跟踪区块链网络的私钥。如果用户错放了他们的私钥,他们将无法访问他们的比特币钱包。

在比特币网络中,区块链不仅由公共用户网络共享和维护,它也得到了一致同意。当用户加入网络时,他们连接的计算机会收到块链的副本,只要添加了新的事务块,就会更新。但是,如果通过人为错误或黑客的努力,一个用户的区块链副本被操纵与区块链的每个其他副本不同?

区块链协议通过称为“共识”的过程阻止多个区块链的存在。在区块链的多个不同副本的存在下,共识协议将采用可用的最长链。区块链上的更多用户意味着可以更快地将块添加到链的末尾。按照这种逻辑,记录的区块链将始终是大多数用户信任的区块链。共识协议是区块链技术的最大优势之一,但也允许其最大的弱点之一。

从理论上讲,黑客有可能利用被称为51%攻击的多数规则。这是怎么回事,比如说比特币网络上有500万台计算机,这绝对不足以说明问题,但这个数字很容易划分。

为了在网络上实现多数,黑客需要控制至少250万台和其中一台计算机。在这样做时,攻击者或攻击者组可能会干扰记录新事务的过程。他们可以发送一个交易,然后反转它,看起来好像他们还有他们刚刚花的硬币。此漏洞称为双重支出,数字相当于一个完美的假冒产品,并使用户能够两次使用他们的比特币。

这种攻击对于比特币规模的区块链来说极难执行,因为它需要攻击者来控制数百万台计算机。当比特币于2009年首次成立并且其用户数量达到数十个时,攻击者可以更容易地控制网络中的大部分计算能力。区块链的这种定义特征被标记为刚刚起步的加密货币的一个弱点。

用户对51%攻击的恐惧实际上可能会限制区块链上的垄断。“纽约时报”记者纳撒尼尔·波普尔在“数字黄金:比特币以及不合适和百万富翁试图重塑金钱的内幕故事”中写道,一群名为“ Bitfury ” 的用户如何将数千台高性能计算机汇集起来区块链的竞争优势。他们的目标是挖掘尽可能多的街区并赚取比特币,当时价值约为700美元。

然而到2014年3月,Bitfury的定位超过了区块链网络总计算能力的50%。该组织没有继续增加对网络的控制,而是选择自我调节,并发誓永远不会超过40%。Bitfury知道,如果他们选择继续加强对网络的控制,比特币的价值会随着用户卖掉他们的硬币而下降,以备51%的攻击可能性。

换句话说,如果用户对区块链网络失去了信心,那么该网络上的信息就会变得毫无价值。然后,区块链用户只能在开始亏钱之前将计算能力提高到一定程度。

区块链的使用

区块链上的区块存储有关货币交易的数据,我们已经解决了这个问题。但事实证明,区块链实际上是一种非常可靠的存储其他类型交易数据的方式。事实上,区块链技术可用于存储有关房地产交易的数据,供应链中的停止,甚至是候选人的投票。

专业服务网络Deloitte调查了七个国家的1,000家公司,他们将区块链整合到他们的业务运营中。他们的调查发现,目前已有34%的区块链系统投入生产,另有41%的人预计将在未来12个月内部署区块链应用程序。此外,近40%的受访公司表示他们将在未来一年投资500万美元或以上的区块链。

以下是目前正在探索的区块链的一些最受欢迎的应用。

银行:也许没有哪个行业能够将区块链集成到其业务运营中而不是银行业。金融机构只在营业时间内运营,每周五天。这意味着如果你试图在周五下午6点存入一张支票,你可能要等到周一早上看到这笔钱打到了你的账户。即使您确实在营业时间内存款,由于银行需要结算的交易量很大,交易仍需要1-3天才能确认。

另一方面,区块链从不睡觉。通过将区块链集成到银行,消费者可以在短短10分钟内看到他们的交易处理,基本上是将区块链添加到区块链所需的时间,无论一周中的哪个时间或某天。使用区块链,银行还有机会更快速,更安全地在各机构之间交换资金。

例如,在股票交易业务中,结算和清算过程最多可能需要三天(或者更长时间,如果银行在国际上进行交易),这意味着货币和股票在那段时间内被冻结。考虑到所涉金额的大小,即使货币在运输的几天也会给银行带来巨大的成本和风险。

法国咨询公司凯捷(Capgemini)估计,通过基于区块链的应用,消费者每年可以节省高达160亿美元的银行和保险费。

Cryptocurrency:区块链构成比特币等加密货币的基石。正如我们之前探讨的那样,美元等货币受到中央机关(通常是银行或政府)的监管和核实。

在中央权威体系下,用户的数据和货币在技术上是他们银行或政府的心血来潮。如果用户的银行崩溃或他们居住在政府不稳定的国家,他们的货币价值可能会有风险。

这些是比特币所带来的担忧。通过在计算机网络中传播其操作,区块链允许比特币和其他加密货币在不需要中央权限的情况下运行。这不仅降低了风险,还消除了许多处理和交易费用。

医疗保健:医疗保健提供者可以利用区块链安全地存储患者的医疗记录。当生成并签署医疗记录时,可以将其写入区块链,从而为患者提供无法更改记录的证据和信心。这些个人健康记录可以使用私钥进行编码并存储在区块链中,这样他们只能由某些人访问,从而确保隐私

财产记录:如果您曾经在当地的记录办公室工作过,那么您就会知道记录产权的过程既麻烦又低效。今天,必须将物理契约交付给当地录音办公室的政府雇员,在那里手动输入县的中央数据库和公共索引。

在财产纠纷的情况下,对财产的索赔必须与公共索引相协调。这个过程不仅昂贵且耗时 - 而且还充满了人为错误,每个不准确都会导致跟踪财产所有权的效率降低。区块链有可能消除扫描文档和跟踪本地记录办公室中的物理文件的需要。如果在区块链上存储和验证财产所有权,业主可以相信他们的契约是准确和永久的。

智能合约:智能合约是一种计算机代码,可以构建到区块链中,以便于,验证或协商合同协议。智能合约在用户同意的一系列条件下运作。满足这些条件时,协议条款将自动执行。比方说,我是用智能合约租给你我的公寓的。我同意在您支付保证金后立即向您出示入门密码。

我们两人都会将我们的部分交易发送给智能合约,该合约将在租赁当日保留并自动兑换我的门票以支付您的保证金。如果我在租赁日期之前没有提供门禁密码,那么智能合约将退还您的保证金。这消除了使用公证人或第三方调解员通常伴随的费用。

供应链:供应商可以使用区块链记录他们购买的材料的来源。这将使公司能够验证其产品的真实性,以及健康和道德标签,如“有机”,“本地”和“公平贸易”。

投票:区块链投票有可能消除选举舞弊并提高选民投票率,每次投票都将作为一个区块存储在区块链中,使得它们几乎不可能被篡改。区块链议定书还将保持选举过程的透明度,减少进行选举所需的人员,并为官员提供即时结果。

区块链的优点

尽管其复杂性,区块链作为一种分散形式的记录保存的潜力几乎没有限制。从更高的用户隐私和更高的安全性,到降低处理费用和更少的错误,区块链技术可以很好地看到超出上述范围的应用程序。

准确性:区块链网络上的交易由数千或数百万台计算机网络批准。这消除了几乎所有人类参与验证过程,从而减少了人为错误并提供了更准确的信息记录。即使网络上的计算机出现计算错误,也只会对区块链的一个副本进行错误处理。为了将该错误传播到区块链的其余部分,需要至少51%的网络计算机 - 这几乎是不可能的。

成本:通常,消费者向银行付款以验证交易,公证人签署文件或部长执行婚姻。区块链消除了对第三方验证的需求,并消除了相关成本。例如,企业所有者在接受使用信用卡付款时会产生少量费用,因为银行必须处理这些交易。另一方面,比特币没有中央权力,几乎没有交易费用。

权力下放:区块链不会将其任何信息存储在中心位置。相反,区块链被复制并分布在计算机网络上。每当将新块添加到区块链时,网络上的每台计算机都会更新其区块链以反映更改。通过在网络中传播信息,而不是将其存储在一个中央数据库中,区块链变得更难以篡改。如果区块链的副本落入黑客的手中,则只会损害单个副本的信息,而不是整个网络。

效率:通过中央机构进行的交易可能需要几天才能解决。例如,如果您在星期五晚上尝试存入支票,则在星期一早上之前,您实际上可能无法在帐户中看到资金。虽然金融机构每周五天都在营业时间内运营,但区块链每周七天,每天24小时运作。交易可以在大约十分钟内完成,并且可以在几个小时后被认为是安全的。这对于跨境交易特别有用,由于时区问题以及所有各方必须确认付款处理这一事实通常需要更长时间。

隐私:许多区块链网络作为公共数据库运行,这意味着任何具有互联网连接的人都可以查看网络的交易历史列表。虽然用户可以访问有关交易的详细信息,但他们无法访问有关进行这些交易的用户的识别信息。像比特币这样的区块链网络是匿名的,而实际上它们只是保密的,这是一种常见的误解。

也就是说,当用户进行公共交易时,他们称为公钥的唯一代码被记录在区块链上,而不是他们的个人信息。虽然一个人的身份仍然与他们的区块链地址相关联,但这可以防止黑客获取用户的个人信息,就像银行被黑客攻击时一样。

安全性:一旦记录了交易,其真实性必须由区块链网络验证。区块链上的数千甚至数百万台计算机急于确认购买的细节是否正确。在计算机验证了事务之后,它以块的形式添加到区块链中。区块链上的每个块都包含自己唯一的哈希值,以及前面块的唯一哈希值。当以任何方式编辑块上的信息时,该块的哈希码会改变 - 但是,块之后的哈希码不会。

透明度:即使区块链的个人信息保密,但技术本身几乎都是开源的。这意味着区块链网络上的用户可以根据需要修改代码,只要他们拥有大部分网络的计算能力支持它们。将数据保存在区块链开源上也会使数据更加难以篡改。例如,在任何给定时间,区块链网络上有数百万台计算机,任何人都不可能在没有被注意的情况下进行全部更改。

采用区块链的挑战

虽然区块链有很大的好处,但采用区块链也存在重大挑战。今天区块链技术应用的障碍不仅仅是技术问题。真正的挑战是政治和监管,在很大程度上,更不用说将区块链集成到当前商业网络所需的定制软件设计和后端编程的数千小时。

成本:虽然区块链可以为用户节省交易费用,但该技术远非免费。例如,比特币用于验证交易的“工作证明”系统消耗大量的计算能力。在现实世界中,比特币网络上数百万台计算机的功率接近丹麦每年消耗的功率。

根据最近的一项研究,所有这些能源都需要花钱,采购单个比特币的成本因地点而异,从531美元到惊人的26,170美元不等。根据美国的平均水电费,这个数字接近4,758美元。尽管挖取比特币的成本,用户仍然会提高电费,以验证区块链的交易。

那是因为当矿工为比特币区块链添加一个区块时,他们会获得足够的比特币以使他们的时间和精力值得。然而,当谈到不使用加密货币的区块链时,矿工需要付费或以其他方式激励来验证交易。

效率低下:比特币是区块链可能效率低下的完美案例研究。比特币的“工作证明”系统大约需要十分钟才能在区块链中添加新块。按照这个速度,估计区块链网络每秒只能管理7个事务(TPS)。

虽然其他加密货币如以太坊(20 TPS)和比特币现金(60 TPS)表现优于比特币,但它们仍然受到区块链的限制。对于上下文,Legacy品牌Visa可以处理24,000 TPS。

隐私:虽然区块链网络的机密性可以保护用户免受黑客攻击并保护隐私,但它也允许在区块链网络上进行非法交易和活动。引用最多的区块链用于非法交易的例子可能是丝绸之路,一个在线的“黑暗网络”市场,从2011年2月开始运营,直到2013年10月被FBI关闭。

该网站允许用户浏览网站而不被跟踪,并在比特币中进行非法购买。目前的美国法规禁止在线交换的用户,例如基于区块链的用户,完全匿名。在美国,在线交易所必须在开户时获取有关其客户的信息,验证每个客户的身份,并确认客户不会出现在任何已知或可疑的恐怖组织名单上。

安全性:多国央行,包括美联储,在加拿大央行和英国央行,已经展开调查数字货币。根据2015年2月的英格兰银行研究报告,“还需要进一步研究,以设计一个可以利用分布式账本技术的系统,同时不影响中央银行控制其货币的能力,并保护系统免受系统性攻击。”

易感性:较新的加密货币和区块链网络容易受到51%的攻击。由于获得区块链网络的大部分控制所需的计算能力,这些攻击极难执行,但纽约大学计算机科学研究员Joseph Bonneau表示可能会发生变化。Bonneau 去年发布了一份报告,估计51%的攻击可能会增加,因为黑客现在可以简单地租用计算能力,而不是购买所有设备。

区块链的未来是什么

区块链于1991年首次被提议作为一个研究项目,很容易进入二十年代末期。与其大多数千禧一代一样,区块链在过去二十年中已经在公众监督中得到了公平的评价,世界各地的企业都在猜测这项技术的能力以及未来几年的发展方向。

随着该技术的许多实际应用已经被实施和探索,区块链终于在27岁时为自己命名,在很大程度上是因为比特币和加密货币。作为全球每个投资者的口号流行语,区块链可以使商业和政府运作更加准确,高效和安全。

当我们准备进入区块链的第三个十年时,不再是传统公司是否会接受这项技术的问题,而是一个时间上的问题。

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