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            区块链概述---如何简单的理解区块链技术

            时间: 2018-11-02    点击率: 1725


            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冠亚体育官方网站-欢迎您,电力解决了人们基本的生活需求冠亚体育官方网站-欢迎您,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。

            以前是靠信誉冠亚体育官方网站-欢迎您、靠百年老店、权威机构等冠亚体育官方网站-欢迎您,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??吹交蛱角榱春捅忍乇业墓丶?冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,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。

            举例:如果A借了B 100块钱冠亚体育官方网站-欢迎您,这个时候,A在人群中大喊“我是A,我借给了B 100块钱!”,B也在人群中大喊“我是B,A借给了我100块冠亚体育官方网站-欢迎您!”此时路人甲乙丙丁都听到了这些消息,因此所有人都在心中默默记下了“A借给了B100块钱”。这个系统中不需要银行,也不需要借贷协议和收据冠亚体育官方网站-欢迎您,严格来说冠亚体育官方网站-欢迎您,甚至不需要人与人长久的信任关系(比如B突然又改口说“我不欠A钱!”,这个时候人民群众就会站出来说“不对冠亚体育官方网站-欢迎您,我的小本本上记录了你某天借了A100块钱!”)。

                   这是一个去中心化的系统,整个系统中没有了权威的中心化代理,信息的可信度和准确性便会面临问题。

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                   可能你已经发现了,在上述的模型中,所谓的“100块钱”已经不重要了?;痪浠八?,任何东西都可以在这个模型中交换,甚至你可以凭空杜撰一个东西,只要大家承认,你就可以让你杜撰的东西流通冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您。比如:我在人群中高喊一声“我创造了10个查克拉!”,我甚至不需要知道查克拉是什么,也不需要关心世界上是不是真的有查克拉,只要大家都听到冠亚体育官方网站-欢迎您,然后在自己的小本本上记下“LaiW3n有10个查克拉”,于是我就真的有100个查克拉了。从此以后,我便可以声称我给了某人1个查克拉,只要路人甲乙丙丁都收到并且承认了这一信息冠亚体育官方网站-欢迎您,那我就算完成了这次交易冠亚体育官方网站-欢迎您,哪怕世界上没有查克拉冠亚体育官方网站-欢迎您。又比如:“比特币”,区块链是比特币的底层技术,真正的区块链和比特币比上述的模型复杂太多,细节也丰富太多。

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                   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冠亚体育官方网站-欢迎您,大家都开始认可了查克拉。但是这个系统中一共就只有10个查克拉冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您?

                   为了防止这种现象发生,决定在我创造查克拉的时候给我的查克拉打上标记(更准确地说冠亚体育官方网站-欢迎您,我是给我喊的那句“我创造了10个查克拉”打上标记,比如标记为001),这样以后在每一笔交易的时候冠亚体育官方网站-欢迎您,我在高喊“我给了某某1个查克拉!”的时候,会附加上额外的一句话:“这1个查克拉的来源是记为001的那条记录冠亚体育官方网站-欢迎您,我的这句话标记为002冠亚体育官方网站-欢迎您!”。我们再抽象一点,某人喊话的内容的格式就变成了:“这句话编号xxx,上一句话的编号是yyy,我给了某某1个查克拉!”冠亚体育官方网站-欢迎您,这样就解决了伪造的问题。其实上述模型就变成一个简化的中本聪第一版比特币区块链协议。

                  看到这里基本已经能够生动形象又不涉及任何细节地解释区块链了。但是任然存在以下疑问:

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               “凭啥冠亚体育官方网站-欢迎您?”

                 “凭啥你喊一句话我就帮你记?我的小本本不要钱么冠亚体育官方网站-欢迎您?”。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冠亚体育官方网站-欢迎您,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,供下一个人记账冠亚体育官方网站-欢迎您。

                   当这个规则定下以后冠亚体育官方网站-欢迎您,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

            的声音冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,

            多采用烧显卡的方式工作冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,是获取比特币的方式之一。

             

            “听谁的冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您?”

                   在这个系统中冠亚体育官方网站-欢迎您,如果我和另一个人C几乎同时地喊出一句:“为了艾泽拉斯!”。由于听众所处的位置不同,一定会有人先听到我说的那句话冠亚体育官方网站-欢迎您,而另外一些人则先听到C的那句话冠亚体育官方网站-欢迎您,如果我们规定只能有一个人说出这句话,那到底这句话是谁说的?

                   如果不加任何条件,那么上述的情况一定会这样发展:一部分人认为这句话是我说的,在听到这句话之后开始记账冠亚体育官方网站-欢迎您,之后他们所做的所有事情都是基于这个事实,并且随着这个信息一次次的传下去冠亚体育官方网站-欢迎您,这条信息链会越来越深冠亚体育官方网站-欢迎您;而另外一群认为是C先说这句话的人冠亚体育官方网站-欢迎您,也会按照这样的趋势发展。这样冠亚体育官方网站-欢迎您,原本是一条唯一的信息链,在我们喊出“为了艾泽拉斯”这句话之后,分叉了?

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                   这会导致怎样的情况呢冠亚体育官方网站-欢迎您?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冠亚体育官方网站-欢迎您?以后还怎么确定交易和信息的真实性?

                   为了解决这个问题,又追加了新的规则冠亚体育官方网站-欢迎您,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)冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您。”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493万贫困人口冠亚体育官方网站-欢迎您,如何确保扶贫资金募款,投资,使用管理等环节正确运作呢冠亚体育官方网站-欢迎您?区块链具有多方共识冠亚体育官方网站-欢迎您,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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                  如果仔细观察冠亚体育官方网站-欢迎您,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?;チ谖蠢床换崾谴匆抵魈?,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冠亚体育官方网站-欢迎您。任何需要保存的信息,都可以写入区块链冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,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)冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,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:

            • 区块头(Head):记录当前区块的元信息

            • 区块体(Body):实际数据

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               区块头包含了当前区块的多项元信息

            • 生成时间

            • 实际数据(即区块体)的 Hash

            • 上一个区块的 Hash

            • ......

                  Hash 就是计算机可以对任意内容冠亚体育官方网站-欢迎您,计算出一个长度相同的特征值冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您。区块链的 Hash 长度是256位,不管原始内容是什么冠亚体育官方网站-欢迎您,最后都会计算出一个256位的二进制数字冠亚体育官方网站-欢迎您。而且可以保证,只要原始内容不同,对应的 Hash 一定是不同的。

            举例来说冠亚体育官方网站-欢迎您,字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0(十六进制)冠亚体育官方网站-欢迎您,转成二进制就是256位,而且只有123能得到这个 Hash。

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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等冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您,见上图)冠亚体育官方网站-欢迎您。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冠亚体育官方网站-欢迎您。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%以上的计算能力冠亚体育官方网站-欢迎您。

            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,从此再无法改变冠亚体育官方网站-欢迎您。

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            (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冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,再次去同步。因为每个区块的后面冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您,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,你别无选择冠亚体育官方网站-欢迎您,一听到信号,就必须立刻同步冠亚体育官方网站-欢迎您。

            所以,区块链的发明者故意让添加新区块,变得很困难冠亚体育官方网站-欢迎您。他的设计是冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,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,迟迟算不出来呢冠亚体育官方网站-欢迎您?(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 都可以冠亚体育官方网站-欢迎您,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。

            区块链协议规定冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target)冠亚体育官方网站-欢迎您。显然,难度系数越大,目标值就越小。

            Hash 的有效性跟目标值密切相关,只有小于目标值的 Hash 才是有效的,否则 Hash 无效冠亚体育官方网站-欢迎您,必须重算。由于目标值非常小,Hash 小于该值的机会极其渺茫,可能计算10亿次,才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。

            区块头里面还有一个 Nonce 值,记录了 Hash 重算的次数。第     100000 个区块的 Nonce 值是   274148111冠亚体育官方网站-欢迎您冠亚体育官方网站-欢迎您,即计算了 2.74 亿次,才得到了一个有效的 Hash,该区块才能加入区块链。

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            (7)难度系数的动态调节

            就算采矿很难冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您。总体来看,随着硬件设备的提升,以及矿机的数量增长冠亚体育官方网站-欢迎您,计算速度一定会越来越快冠亚体育官方网站-欢迎您。

            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冠亚体育官方网站-欢迎您。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%冠亚体育官方网站-欢迎您,因此难度系数就要调高10%;如果平均生成速度是11分钟冠亚体育官方网站-欢迎您,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?。?,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,也就是说冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您。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,一小时就可以确认冠亚体育官方网站-欢迎您。

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            为了保证数据的可靠性,区块链也有自己的代价冠亚体育官方网站-欢迎您。一是效率冠亚体育官方网站-欢迎您,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冠亚体育官方网站-欢迎您,这是非常耗费能源的。

            内容来自公众号Linux爱好者和下面链接

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