区块链三问

编者每月观察区块链动态，无非是要不断追问和回答一下三大问题：区块链具体如何运作？区块链核心内容是什么？三、区块链技术的六大核心算法是什么？

第一、区块链具体是如何操作？比特币(BitCoin)的概念最初由中本聪在2009年提出，你把它理解成数字货币即可。我们以比特币交易为例来看看区块链具体是如何操作的：1、把每笔交易在全网广播。让全网承认有效，必须广播给每个节点。2、矿工节点接收到交易信息后，都要拿出账簿本记载该次交易。一旦记录，就不可撤销，不能随意销毁。矿工节点是通过电脑运行的比特币软件对交易的进行确认的。为了鼓励矿工的服务，对于其所记录和确认的交易，系统为矿工提供25个比特币作为奖励。奖励只有一份，那就看谁记录的快呗。为了减少这种情况，系统会出一道十分钟的运算题，谁能最快解出值，谁就将获得记录入账权利，并赢得奖励。前述区块链中所运用算法并不是简单的计算题，而是使用哈希散列(Hash)算法。哈希散列是密码学里的经典技术，可以用来验证有没有人篡改数据内容。3、获得记账权的矿工将向全网广播该笔交易，账簿公开，其他矿工将核对确认这些账目。交易达到6个确认以上就成功记录在案了。矿工记录的时候，还会将该笔交易盖上时间戳，形成一个完整时间链。4、当其它矿工对账簿记录都确认无误后，该记录就确认合法，矿工们就进入了下一轮记账权争夺战。矿工的每个记录，就是一个区块(block)，会盖上时间戳，每个新产生的区块严格按照时间线形顺序推进，形成不可逆的链条(chain)，所以叫做区块链(Blockchain)。而且每个区块都含有其上一个区块的哈希值，确保区块按照时间顺序连接的同时没有被篡改。这时候我们再看对区块链的原始定义就能理解了：区块链是一种分布式数据库，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每个数据块都包含了一次网络交易信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。若两个人同时上传，虽然这个概率很小，但是若发生，我们就看最后的区块链哪条更长，短的那条就失效。这就是区块链中的“双花问题”(同一笔钱花两次)。对于要制作虚假交易，除非你说服了全网里超过51%的矿工都更改某一笔账目，否则你的篡改都是无效的。网络中参与人数越多，实现造假可能性越低。这也是集体维护和监督的优越性，伪造成本最大化。说服51%的人造假还是灰常灰常难的。

第二、区块链核心内容是什么？1、去中心化——这是区块链颠覆性特点，不存在任何中心机构和中心服务器，所有交易都发生在每个人电脑或手机上安装的客户端应用程序中。实现点对点直接交互，既节约资源，使交易自主化、简易化，又排除被中心化代理控制的风险。2、开放性——区块链可以理解为一种公共记账的技术方案，系统是完全开放透明的，账簿对所有人公开，实现数据共享，任何人都可以查账。开放效果类似这样：3、不可撤销、不可篡改和加密安全性——区块链采取单向哈希算法，每个新产生的区块严格按照时间线形顺序推进，时间的不可逆性、不可撤销导致任何试图入侵篡改区块链内数据信息的行为易被追溯，导致被其他节点的排斥，造假成本极高，从而可以限制相关不法行为。

第三、区块链技术的六大核心算法如何？1、拜占庭协定。拜占庭帝国拥有巨大的财富，周围10个邻邦垂诞已久，但拜占庭高墙耸立，固若金汤，没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败，同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强，至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻，但实际过程出现背叛，那么入侵者可能都会被歼灭。于是每一方都小心行事，不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。在这个分布式网络里：每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识。2、非对称加密技术。在上述拜占庭协定中，如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢？其实这只要加入一个成本就可以了，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。在如今看来，非对称加密技术完全可以解决这个签名问题。非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥。这两个密钥就是我们经常听到的”公钥”和”私钥”。公钥和私钥一般成对出现，如果消息使用公钥加密，那么需要该公钥对应的私钥才能解密；同样，如果消息使用私钥加密，那么需要该私钥对应的公钥才能解密。3、容错问题。我们假设在此网络中，消息可能会丢失、损坏、延迟、重复发送，并且接受的顺序与发送的顺序不一致。此外，节点的行为可以是任意的：可以随时加入、退出网络，可以丢弃消息、伪造消息、停止工作等，还可能发生各种人为或非人为的故障。我们的算法对由共识节点组成的共识系统，提供的容错能力，这种容错能力同时包含安全性和可用性，并适用于任何网络环境。4、Paxos算法(一致性算法)。Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是，在一个分布式数据库系统中，如果各节点的初始状态一致，每个节点都执行相同的操作序列，那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列，需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中，是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型：共享内存和消息传递。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。5、共识机制。区块链共识算法主要是工作量证明和权益证明。拿比特币来说，其实从技术角度来看可以把PoW看做重复使用的Hashcash，生成工作量证明在概率上来说是一个随机的过程。开采新的机密货币，生成区块时，必须得到所有参与者的同意，那矿工必须得到区块中所有数据的PoW工作证明。与此同时矿工还要时时观察调整这项工作的难度，因为对网络要求是平均每10分钟生成一个区块。6、分布式存储。分布式存储是一种数据存储技术，通过网络使用每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在网络中的各个角落。所以，分布式存储技术并不是每台电脑都存放完整的数据，而是把数据切割后存放在不同的电脑里。就像存放100个鸡蛋，不是放在同一个篮子里，而是分开放在不同的地方，加起来的总和是100个。

把握以上三个问题，各位就可以登堂入室，深度探索区块链的最新动态了！