什么是区块链?一文读懂区块链

顾延笙 2021-03-31 13:47:52 阅读数:233

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比特币

近年来#区块链#技术越来越热,有些人痴迷于数字货币,有的人在推动“区块链+”,火热的背后是泡沫还是寂寞,今天我们就详细聊聊区块链。全文3000字,结论在最后。

一、区块链的由来

区块链概念最早是从比特币衍生出来的。

比特币(Bitcoin)诞生于2008年,是由一个名叫中本聪(Satoshi Nakamoto)的人首次提出,这个人非常神秘,至今没有他的任何准确信息。在提出后不久,比特币就诞生了。

比特币以及其他数字货币的核心技术称为区块链技术。区块链(Blockchain)在信息技术里是一种数据结构或数据存储方式。它创新性地组合了密码技术、点对点(P2P)网络、分布式部署等技术,可以称其为一个划时代的理念。

二、区块链技术概述

1.1区块链的结构

如下图所示:

典型的区块链是由一系列区块构成,区块由前鉴(Pre-Hash)、成块时间(Block Time)和记录组成。

前鉴,类似于档案上的封条,用于保证区块的内容不被更改。区块链的每一个块,通过计算机运算,形成一个Hash值(即封条),并把它存到第二个块的前鉴中。这个Hash值是唯一的,块的内容发生改变,Hash值也会发生变化,这样就保证块的内容不可被更改。区块链设计的巧妙之处就在于,后一个块保存了前一个块的Hash值,块与块之间相互链接,就形成了区块链。

成块时间用于记录一个区块形成的时间。

记录,用于记载所有需要被保存的信息,可以是交易信息,也可以是一句话或者其他。

1.2运行机制

除了精密的结构设计,区块链还需要一套严谨的机制保障区块链稳定运行,也是区块链的核心创新点,解决信任问题。

区块链采用分布式的存储架构,区块链的数据完整保存在区块链网络的所有节点上。形象的比喻就是,我把一份档案复印了无数份,保存到世界的不同地方。任何想要篡改记录的人,都必须修改每一个节点的记录,在节点足够多的情况下,这种篡改是无法实现的,这就是区块链防篡改的奥秘。

1.3挖矿

前面讲过,区块链是一个一个块链接而成的,后一个块是怎么生成的呢?

要想把记录加入区块链上,就必须满足区块链规定的要求,找到符合标准的块,这一过程俗称为挖矿。因为挖矿的人很多,为了解决区块链同步以及伪造链攻击,必须增加挖矿难度,增加难度的方法叫做POW(Proof of Work,即工作量证明)算法,具体算法感兴趣的可以搜索一下。这一算法将一次简单运算,变成了数亿次的重复运算,大幅增加运算难度。

挖矿的过程是重复和运气,最先挖出此区块的矿工,将告知所有节点,并把此区块上链,矿工将得到奖励(即各种数字货币),所有的矿工重新开始计算下一个区块。由于显卡非常擅长重复简单运算,深受旷工喜爱,导致现在高端显卡的价格水涨船高。

当然,这里还要说明一点,POW算法甚至挖矿过程并不是必需的,POW算法是共识算法的一种,其他共识算法也可以用于区块链。

1.4比特币(数字货币)与区块链的关系

比特币等数字货币是基于区块链技术之上的应用,比特币制定了一套规则,每计算出一个区块,就获得一定的比特币,每个区块上记录着比特币以及比特币的交易信息。通俗来说,比特币就是区块链上的一条记录。

1.5区块链技术总结

经过上面的分析,我们总结区块链的几个特点:

一是区块链可以用来存储数据或信息;

二是区块链存储的信息几乎不可以被更改(除非逐个修改区块Hash);

三是区块链的每一个节点都是平等的,没有控制端和客户端的区别,即通常所说的去中心化。

二、与区块链相关的其他技术

2.1智能合约

智能合约(Smart contract)技术在90年代提出,是根据预先拟定的协议,基于计算机形成的自动化程序,全程无需人为干预。智能合约有效的降低了交易成本。通俗来讲,我们在网络上购物,需要商家、买家和支付宝三方参与,如果商家和买家的交易过程足够可信,那么类似支付宝的第三方就无需参与,极大节约交易成本。

因为信任的问题无法解决,智能合约仅停留在理论上,而区块链技术正好弥补了信任不足的问题。

2.2多重共识算法

共识算法也称为共识机制,是用于解决分布式部署中的数据同步问题。例如,上述区块链网络中,一个节点同时收到两个区块的入链请求,节点应该加入哪一个,这就需要共识算法来判断。常见的共识算法有:权威证明(Proof of authority)、人格证明(Proof of personhood)、空间证明(Proof of space)、权益证明(Proof of stake)、工作量证明(Proof of work)等,具体就不介绍了。

2.3分布式容错机制

容错机制是为了解决分布式节点网络中,数据错误、恶意攻击等问题。

三、区块链的应用

当前,区块链的最主要的应用是比特币等数字货币,区块链的价值尚未完全挖掘,在可以预见的情况下,区块链并不适合较为细节的应用场景,比如网购、转账等,而在解决组织或机构间信任上发挥作用。

一是解决国际信任问题。在跨境贸易、国际合作、货币结算、股票期货交易等方面建立平等的信任关系,进一步推动全球化发展。比如有专家提出“在一带一路范围里面先推区块链”。

二是基于区块链的数据共享。以政务数据共享为例,在政府内部建立政务区块链,传统的数据共享需要建设复杂的交换机制,而基于区块链的共享机制,能够准确的记录公民和法人的信息,每个部门只需建立本地节点并加入区块链网络,将本部门的记录更新到链上,区块链上的节点部门基于智能合约就可以获取所有的共享数据,而无需复杂的确认和审核。

三是作为存证,在知识产权、交易记录、办事登记等场景下,将区块链作为存证凭据。在当前的普遍应用下,所谓的区块链均由强势权利方主导,缺乏多方参与形成共识,难以形成信任。基于多方互信,共建共享的联盟链是未来的应用方向。

四、区块链发展政策

政策层面,区块链技术被提升到前所未有的高度。

2019年10月24日下午,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。强调区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用,要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。

在“十四五”规划纲要(草案)中,又将区块链列入规划之中:“培育壮大人工智能、大数据、区块链、云计算、网络安全等新兴数字产业,提升通信设备、核心电子元器件、关键软件等产业水平。”

“推动智能合约、多重共识算法、非对称加密算法、分布式容错机制等技术创新,以联盟链为重点发展区块链服务平台和金融科技、供应链管理、政务服务等领域应用方案,完善监管机制。”

需要注意的是,国家区块链应用采取备案制,根据《区块链信息服务管理规定》,“区块链信息服务提供者应当在提供服务之日起十个工作日内通过国家互联网信息办公室区块链信息服务备案管理系统填报服务提供者的名称、服务类别、服务形式、应用领域、服务器地址等信息,履行备案手续”。

五、总结

1.区块链是一种链式存储结构,可以用于记录数据,类似档案或记事本。

2.基于信任和共识建立的区块链,数据不可被更改,就像档案涂改无效。

3.比特币是基于区块链技术的应用,与区块链不可混为一谈。

4.区块链技术是当下中国高度支持的数字技术,也是未来的发展方向。

5.未来,区块链技术在国际合作、数据共享、金融交易、可信认证等领域有着广泛应用,也是财富增长的密码。

6.当前区块链的应用很不成熟,让你加入区块链发财的一定是骗局。

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