区块链概述---如何简单的理解区块链技术
区块链技术被认为是继蒸汽机、电力、互联网之后,下一代颠覆性的核心技术。 如果说蒸汽机释放了人们的生产力,电力解决了人们基本的生活需求,互联网彻底改变了信息传递的方式,那么区块链作为构造信任的机器,将可能彻底改变整个人类社会价值传递的方式。
以前是靠信誉、靠百年老店、权威机构等,区块链利用技术建立了新的信任方式,这是可以被量化的,从技术的角度实现的,所以说区块链成为了下一个信任的基石。区块链最核心的革命特性是改变千百年来落后的信用机制。
最近经常看到或听到区块链和比特币的关键词,但是对于像我这中菜鸟级别的如何简单通俗的理解区块链呢?
1.区块链的举例
区块链的本质是一个分布式的公共账本,任何人都可对这个账本进行核查,但不存在单一的用户可以对它控制。在区块链系统中的参与者共同维持账本的更新:它只能按照严格的规则和共识进行修改。
但是存在以下问题:
假设过了很长一段时间,凭空创造的查克拉已经在这个系统中流通了起来,大家都开始认可了查克拉。但是这个系统中一共就只有10个查克拉,于是有人动了坏心思,他在人群中高呼“我有10个查克拉!”怎么办?大家是直接在本本上记下他有10个查克拉么,这样不是人人都可以伪造查克拉了么?
“凭啥?”
“凭啥你喊一句话我就帮你记?我的小本本不要钱么?”。为了激励大家帮我传话和记账,我决定给第一个听到我喊话并且记录在小本本上的人一些奖励:第一个听到我喊话并记录下来的人,你就凭空得到了1个查克拉,这个查克拉是整个系统对你幸苦记账的报酬,而你记录了这句话之后,要马上告诉其它人你已经记录好了,让别人放弃继续记录这句话,并给你自己的记录编号让别人有据可查,然后你再把我的话加上你的记录编号一起喊出来,供下一个人记账。
当这个规则定下以后,这个系统中一定会出现一批人,他们开始竖着耳朵监听周围发出 的声音,以抢占第一个记账的权利。比如概念 “比特币挖矿”。毕竟1比特币=1K-nK美元。 比特币挖矿机,就是用于赚取比特币的电脑,这类电脑一般有专业的挖矿芯片, 多采用烧显卡的方式工作,耗电量较大。用户用个人计算机下载软件然后运行特定算法, 与远方服务器通讯后可得到相应比特币,是获取比特币的方式之一。 |
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“听谁的?”
这会导致怎样的情况呢?按照我们的设想,应该每个人的小本本上记录的东西都是一样的,都是一条可以把所有信息串联起来的链条。但是在这一刻,他们小本本上记录的东西不一样了?以后还怎么确定交易和信息的真实性?
为了解决这个问题,又追加了新的规则,增加记录编码的难度,即比特币挖矿难度,保证记录的唯一性(保证节点之间的同步)。”不知道用唯一性是否准确?
2.区块链的应用
区块链几乎可以应用到任何领域,在金融、物流、公共服务等领域都有大量案例。中国央行早在2016年就表态支持区块链。2016年11月,中国政府正式把区块链列入十三五规划纲要中。 比如贵州超过3000亿的脱贫脱贫攻坚基金,要通过300多个单位的运作,惠及493万贫困人口,如何确保扶贫资金募款,投资,使用管理等环节正确运作呢?区块链具有多方共识,交易溯源,不可篡改等技术特点,使它在确保信息可信、安全、可追溯等方面具有传统技术不可比拟的优势。以城市为单位,第一个发布区块链白皮书的就是贵阳市。 |
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如果仔细观察,我们会发现马云最近两年在公共场所提及最多的概念便是信用体系。互联网在未来不会是创业主体,而是像空气一样成为我们生活的一部分。 蚂蚁金融便是马云最为看重的业务体系,在马云的构想下,未来人们的生活将无现金,并可以用信用兑换商品。这一实现,十分需要一种革命性的信用机制。这一机制在2016年的支付宝App里已经悄然 上线---蚂蚁区块链 |
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3.从技术角度简单理解区块链
(1)区块链的本质
区块链是一种特殊的分布式数据库。 首先,区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息,都可以写入区块链,也可以从里面读取,所以它是数据库。 其次,任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点。区块链的世界里面,没有中心节点(去中心化),每个节点都是平等的,都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步,保证区块链一致。 |
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(2)区块链的最大特点
区块链没有管理员,它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员,但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核,也实现不了,因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。
没有了管理员,人人都可以往里面写入数据,怎么才能保证数据是可信的呢,这就是区块链奇妙的地方。
(3)区块
区块链由一个个相连的区块(block)组成。区块很像数据库的记录,每次写入数据,就是创建一个区块。 每个区块包含两个部分:
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(4)Hash 的不可修改性
区块与 Hash 是一一对应的,每个区块的 Hash 都是针对”区块头”(Head)计算的。
Hash = SHA256(区块头)
区块头包含很多内容(包括上一个区块的Hash、当前区块体的Hash等,见上图)。这意味着,如果当前区块的内容变了,或者上一个区块的 Hash 变了,一定会引起当前区块的 Hash 改变。
如果有人修改了一个区块,该区块的 Hash 就变了。为了让后面的区块还能连到它,必须同时修改后面所有的区块,否则被改掉的区块就脱离区块链了。Hash 的计算很耗时,同时修改多个区块几乎不可能发生,除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。
正是通过这种联动机制,区块链保证了自身的可靠性,数据一旦写入,就无法被篡改。这就像历史一样,发生了就是发生了,从此再无法改变。
(5)采矿
由于必须保证节点之间的同步,所以新区块的添加速度不能太快。试想一下,你刚刚同步了一个区块,准备基于它生成下一个区块,但这时别的节点又有新区块生成,你不得不放弃做了一半的计算,再次去同步。因为每个区块的后面,只能跟着一个区块,你永远只能在最新区块的后面,生成下一个区块。所以,你别无选择,一听到信号,就必须立刻同步。
所以,区块链的发明者故意让添加新区块,变得很困难。他的设计是,平均每10分钟,全网才能生成一个新区块,一小时也就六个。
这种产出速度不是通过命令达成的,而是故意设置了海量的计算。也就是说,只有通过极其大量的计算,才能得到当前区块的有效 Hash,从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大,所以快不起来。
这个过程就叫做采矿(mining),因为计算有效 Hash 的难度,好比在全世界的沙子里面,找到一粒符合条件的沙子。计算 Hash 的机器就叫做矿机,操作矿机的人就叫做矿工。
(6)难度系数
你可能会有一个疑问,人们都说采矿很难,可是采矿不就是用计算机算出一个 Hash 吗,这正是计算机的强项啊,怎么会变得很难,迟迟算不出来呢?(比特币挖矿机,就是用于赚取比特币的电脑,一般有专业的挖矿芯片,多采用烧显卡的方式工作)
原来不是任意一个 Hash 都可以,只有满足条件的 Hash 才会被区块链接受。这个条件特别苛刻,使得绝大部分 Hash 都不满足要求,必须重算。
区块头包含一个难度系数(difficulty)这个值决定了计算 Hash 的难度。举例来说,第100000个区块的难度系数是 14484.16236122。
区块链协议规定,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target)。显然,难度系数越大,目标值就越小。
(7)难度系数的动态调节
就算采矿很难,但也没法保证,正好十分钟产出一个区块,有时一分钟就算出来了,有时几个小时可能也没结果。总体来看,随着硬件设备的提升,以及矿机的数量增长,计算速度一定会越来越快。
为了将产出速率恒定在十分钟,区块链发明者还设计了难度系数的动态调节机制。他规定,难度系数每两周(2016个区块)调整一次。如果这两周里面,区块的平均生成速度是9分钟,就意味着比法定速度快了10%,因此难度系数就要调高10%;如果平均生成速度是11分钟,就意味着比法定速度慢了10%,因此难度系数就要调低10%。
难度系数越调越高(目标值越来越小),导致了采矿越来越难。
(8)区块链的分叉
即使区块链是可靠的,现在还有一个问题没有解决:如果两个人同时向区块链写入数据,也就是说,同时有两个区块加入,因为它们都连着前一个区块,就形成了分叉。这时应该采纳哪一个区块呢? 现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为”六次确认”)。按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认。 现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为”六次确认”)。按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认。 |
为了保证数据的可靠性,区块链也有自己的代价。一是效率,数据写入区块链,最少要等待十分钟,所有节点都同步数据,则需要更多的时间;二是能耗,区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算,这是非常耗费能源的。
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