區(qū)塊鏈是怎么工作的

■ 林小新

區(qū)塊鏈的工作原理

簡單描述區(qū)塊鏈的工作原理，A想要發(fā)送錢給B，這筆交易在網絡上以一個區(qū)塊作為代表，該區(qū)塊廣播給網絡里所有的參與者，參與者同意交易有效，該區(qū)塊被添加到鏈上，這條鏈提供永久和透明的交易記錄，資金從A轉移到B。全網一本帳，每個人都可以查找。

我們能看到的是這個分布式的數(shù)據(jù)庫里，記賬不是由個人或者某個中心化的主體來控制的，而是由所有節(jié)點共同維護、共同記賬的。所有的單一節(jié)點都無法篡改，想篡改一個記錄，需要同時控制整個網絡超過51%的節(jié)點或計算能力才可以，而區(qū)塊鏈中的節(jié)點無限多且無時無刻都在增加新的節(jié)點，這基本上是不可能完成的事情。

區(qū)塊鏈的本質是一個互相驗證的公開記賬系統(tǒng)，這個系統(tǒng)所做的事情，就是記錄所有賬戶發(fā)生的所有交易。每個賬號的每筆數(shù)額變化都會被記錄在全網總賬本中。而且每個人手上都有一份完整的賬本，每個人都可以獨立統(tǒng)計出有史以來比特幣系統(tǒng)每個賬號的所有賬目，也能算出任意賬號當前余額是多少。

由于所有數(shù)據(jù)公開透明，任何人都可以去查看它的源代碼，人們便會信任這套去中心化的系統(tǒng)，而不擔心里面是否隱藏著什么陰謀。

區(qū)塊鏈的6層模型

區(qū)塊鏈的基礎模型分為6層：數(shù)據(jù)層、網絡層、共識層、激勵層、合約層與應用層。每層分別完成一個核心功能，相互配合，實現(xiàn)一個去中心化的信任機制。

1.數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)區(qū)塊、鏈式結構、時間戳、哈希函數(shù)、Merkle樹和非對稱加密；

2.網絡層：點對點（P2P）網絡、傳播機制和驗證機制；

3.共識層：工作量證明（pow）、權益證明（pos和股份授權證明（dpos）；

4.激勵層：發(fā)行機制、分配機制；

5.合約層：腳本代碼、算法機制和智能合約；

6.應用層：可編程貨幣、可編程金融和可編程社會；

大多屬于技術范疇，不在過多的贅述。

區(qū)塊鏈的發(fā)展脈絡

區(qū)塊鏈1.0：以比特幣為代表的可編程貨幣，它更多是指數(shù)字貨幣領域的創(chuàng)新，如貨幣轉移、兌付和支付系統(tǒng)。

區(qū)塊鏈2.0：基于區(qū)塊鏈的可編程金融。它更多涉及一些合約方面的創(chuàng)新，特別是商業(yè)合同以及交易方面的創(chuàng)新，比如股票、證券、貸款、清算結算和所謂的智能合約等。

區(qū)塊鏈3.0：區(qū)塊鏈在其他行業(yè)的應用。它更多地對應人類組織形態(tài)的變革，包括健康、科學、文化和基于區(qū)塊鏈的司法、投票等。

區(qū)塊鏈的基本類型

公有鏈

公有鏈是指全世界任何人都可讀取、發(fā)送交易且交易能獲得有效確認的、也可以參與其中共識過程的區(qū)塊鏈。

公有鏈的幾個特點：

1.保護用戶免受開發(fā)者的影響，在公有鏈中程序開發(fā)者無權干涉用戶，區(qū)塊鏈可以保護其用戶；

2.訪問門檻低，任何人都可以訪問，只要有一臺能夠聯(lián)網的計算機就能夠滿足基本的訪問條件；

3.所有數(shù)據(jù)默認公開，公有鏈中的每個參與者可以看到整個分布式賬本的所有交易記錄。

私有鏈

私有鏈是指其寫入權限僅在一個組織手里的區(qū)塊鏈，目的是對讀取權限或者對外開放權限進行限制。

私有鏈的幾個特點：

1.交易速度非常之快，一個私有鏈的交易速度可以比任何其他的區(qū)塊鏈都快，甚至接近了并不是一個區(qū)塊鏈的常規(guī)數(shù)據(jù)庫的速度。這是因為就算少量的節(jié)點也都具有很高的信任度，并不需要每個節(jié)點來驗證一個交易。

2.給隱私更好的保障，私有鏈使得在那個區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)隱私政策像在另一個數(shù)據(jù)庫中似的完全一致；不用處理訪問權限和使用所有的老辦法，但至少說，這個數(shù)據(jù)不會公開地被擁有網絡連接的任何人獲得。

3.交易成本大幅降低甚至為零，私有鏈上可以進行完全免費或者至少說是非常廉價的交易。如果一個實體機構控制和處理所有的交易，那么他們就不再需要為工作而收取費用。

4.有助于保護基本的產品不被破壞，銀行和傳統(tǒng)的金融機構使用私有鏈可以保證它們的既有利益，以至原有的生態(tài)系統(tǒng)不被破壞。

聯(lián)盟鏈

聯(lián)盟鏈是指其共識過程受到預選節(jié)點控制的區(qū)塊鏈。只針對某個特定群體的成員和有限的第三方，其內部指定多個預選節(jié)點為記賬人，每個塊的生成由所有的預選節(jié)點共同決定。

聯(lián)盟鏈的幾個特點：

1.交易成本更便宜。交易只需被幾個受信的高算力節(jié)點驗證就可以了，而無需全網確認。

2.節(jié)點可以很好地連接，同時故障可以迅速通過人工干預來修復，并且允許使用共識算法減少區(qū)塊時間，從而更快完成交易。

3.如果讀取權限受到限制，可以提供更好的隱私保護。

4.更靈活，如需要的話，運行私有區(qū)塊鏈的共同體或公司可以很容易地修改該區(qū)塊鏈的規(guī)則，還原交易，修改余額等。

區(qū)塊鏈的共識機制

區(qū)塊鏈共識機制的目的是解決信任的問題，解決兩個完全陌生人之間的信任問題。通過特殊節(jié)點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認。

區(qū)塊鏈上的共識機制有很多種，不是每一種都適合所有具體應用場景的，共識需要在具體的應用場景下討論。這里討論最常見的三種共識機制：

1.工作量證明

簡稱Pow，通常只能從結果證明，因為監(jiān)測工作過程通常是繁瑣且低效的，比特幣在區(qū)塊生成過程中是使用pow機制。

Pow依賴機器進行數(shù)學運算來獲取記賬權，資源消耗大、共識機制高、可監(jiān)管性弱，同時每次達成共識需要全網共同參與運算，性能效率比較低，容錯性允許全網50%節(jié)點出錯。

Pow的優(yōu)點：完全去中心化，節(jié)點自由進出。

Pow的缺點：目前比特幣已經吸引全球大部分的算力，其他再使用Pow共識機制的區(qū)塊鏈應用很難獲得相同的算力來保障自身的安全，挖礦造成大量的資源浪費，共識達成的周期較長。

2.權益證明

簡稱POS，權益證明機制的運作方式是，當創(chuàng)造一個新區(qū)塊時，礦工需要創(chuàng)建一個“幣權”交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。

權益證明機制根據(jù)每個節(jié)點擁有代幣的比例和時間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點的挖礦難度，從而加快尋找隨機數(shù)的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網絡中的節(jié)點進行挖礦運算。因此，PoS機制并沒有從根本上解決PoW機制難以應用于商業(yè)領域的問題。

POS的優(yōu)點：在一定程度上縮短了共識達成的時間，不再需要大量消耗能源去挖礦。

POS的缺點：還是需要挖礦，本質上沒有解決商業(yè)應用的痛點；所有的確認都只是一個概率上的表述，而不是一個確定性的事情，理論上有可能存在其他攻擊影響。

3.股份授權證明

簡稱DPOS，類似于董事會投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點，進行代理驗證和記賬。

DPOS的工作原理是每個股東按其持股比例擁有相應的影響力，51%股東投票的結果將是不可逆且有約束力的，其挑戰(zhàn)是通過及時而高效的方法達到“51%批準”。為了達到這個目標，每個股東可以投票權授予一名代表，獲票數(shù)最多的前100位代表按既定時間表輪流產生區(qū)塊，每位代表分配一個時間段來生產區(qū)塊。

DPOS的投票模式可以每30 s產生一個新區(qū)塊，并且在正常的網絡條件下，區(qū)塊鏈分叉的可能性極其小，即使發(fā)生也可以在幾分鐘內得到解決。

互聯(lián)網解決了傳統(tǒng)商業(yè)很多不能解決的問題，區(qū)塊鏈能夠解決很多互聯(lián)網不能解決的問題，尤其是信息泛濫，信任缺失的問題，這些都是商業(yè)的基礎。