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區(qū)塊鏈的工作原理

簡(jiǎn)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(wǎng)絡(luò)上以一個(gè)區(qū)塊作為代表，該區(qū)塊廣播給網(wǎng)絡(luò)里所有的參與者，參與者同意交易有效，改區(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(zhuǎn)移到B。全網(wǎng)一本帳，每個(gè)人都可以查找。

我們能看到的是這個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)里，記賬不是由個(gè)人或者某個(gè)中心化的主體來(lái)控制的，而是由所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)、共同記賬的。所有的單一節(jié)點(diǎn)都無(wú)法篡改，想篡改一個(gè)記錄，需要同時(shí)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)超過51%的節(jié)點(diǎn)或計(jì)算能力才可以，而區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)無(wú)限多且無(wú)時(shí)無(wú)刻都在增加新的節(jié)點(diǎn)，這基本上是不可能完成的事情。

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一個(gè)互相驗(yàn)證的公開記賬系統(tǒng)，這個(gè)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(gè)賬號(hào)的每筆數(shù)額變化都會(huì)被記錄在全網(wǎng)總賬本中。而且每個(gè)人手上都有一份完整的賬本，每個(gè)人都可以獨(dú)立統(tǒng)計(jì)出有史以來(lái)比特幣系統(tǒng)每個(gè)賬號(hào)的所有賬目，也能算出任意賬號(hào)當(dāng)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(huì)信任這套去中心化的系統(tǒng)，而不擔(dān)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(chǔ)模型分為6層：數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層、應(yīng)用層。每層分別完成一個(gè)核心功能，相互配合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)去中心化的信任機(jī)制。

1. 數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)區(qū)塊、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、時(shí)間戳、哈希函數(shù)、Merkle樹、非對(duì)稱加密;
2. 網(wǎng)絡(luò)層：P2P(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))網(wǎng)絡(luò)、傳播機(jī)制、驗(yàn)證機(jī)制;
3. 共識(shí)層：pow(工作量證明)、pos(權(quán)益證明)、dpos(股份授權(quán)證明);
4. 激勵(lì)層：發(fā)行機(jī)制、分配機(jī)制;
5. 合約層：腳本代碼、算法機(jī)制、智能合約;
6. 應(yīng)用層：可編程貨幣、可編程金融、可編程社會(huì);

大多屬于技術(shù)范疇，不在過多的贅述。

區(qū)塊鏈的發(fā)展脈絡(luò)

• 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(lǐng)域的創(chuàng)新，如貨幣轉(zhuǎn)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(jié)算、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(yīng)用。它更多地對(duì)應(yīng)人類組織形態(tài)的變革，包括健康、科學(xué)、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?zhǔn)侵溉澜缛魏稳硕伎勺x取、發(fā)送交易且交易能獲得有效確認(rèn)的、也可以參與其中共識(shí)過程的區(qū)塊鏈。

公有鏈有這么幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 保護(hù)用戶免受開發(fā)者的影響，在公有鏈中程序開發(fā)者無(wú)權(quán)干涉用戶，區(qū)塊鏈可以保護(hù)其用戶;
2. 訪問門檻低，任何人都可以訪問，只要有一臺(tái)能夠聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)就能夠滿足基本的訪問條件;
3. 所有數(shù)據(jù)默認(rèn)公開，公有鏈中的每個(gè)參與者可以看到整個(gè)分布式賬本的所有交易記錄。

私有鏈

私有鏈?zhǔn)侵钙鋵懭霗?quán)限僅在一個(gè)組織手里的區(qū)塊鏈，目的是對(duì)讀取權(quán)限或者對(duì)外開放權(quán)限進(jìn)行限制。

私有鏈有這么幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 交易速度非常之快一個(gè)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(gè)區(qū)塊鏈的常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)的速度。這是因?yàn)榫退闵倭康墓?jié)點(diǎn)也都具有很高的信任度，并不需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證一個(gè)交易。
2. 給隱私更好的保障私有鏈?zhǔn)沟迷谀莻€(gè)區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)隱私政策像在另一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中似的完全一致;不用處理訪問權(quán)限和使用所有的老辦法，但至少說(shuō)，這個(gè)數(shù)據(jù)不會(huì)公開地被擁有網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行完全免費(fèi)或者至少說(shuō)是非常廉價(jià)的交易。如果一個(gè)實(shí)體機(jī)構(gòu)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(fèi)用。
4. 有助于保護(hù)基本的產(chǎn)品不被破壞，銀行和傳統(tǒng)的金融機(jī)構(gòu)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?zhǔn)侵钙涔沧R(shí)過程受到預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈。只針對(duì)某個(gè)特定群體的成員和有限的第三方，其內(nèi)部指定多個(gè)預(yù)選節(jié)點(diǎn)為記賬人，每個(gè)塊的生成由所有的預(yù)選節(jié)點(diǎn)共同決定。

聯(lián)盟鏈的幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 是交易成本更便宜。交易只需被幾個(gè)受信的高算力節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證就可以了，而無(wú)需全網(wǎng)確認(rèn)。
2. 是節(jié)點(diǎn)可以很好地連接，故障可以迅速通過人工干預(yù)來(lái)修復(fù)，并允許使用共識(shí)算法減少區(qū)塊時(shí)間，從而更快完成交易。
3. 是如果讀取權(quán)限受到限制，可以提供更好的隱私保護(hù)。四是更靈活，如果需要的話，運(yùn)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(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制的目的是解決信任的問題，解決兩個(gè)完全陌生人之間的信任問題。通過特殊節(jié)點(diǎn)的投票，在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)交易的驗(yàn)證和確認(rèn)。

區(qū)塊鏈上的共識(shí)機(jī)制有很多種，不是每一種都適合所有具體應(yīng)用場(chǎng)景的，共識(shí)需要在具體的應(yīng)用場(chǎng)景下去討論。這里我們來(lái)討論下最常見的三種共識(shí)機(jī)制：

1、工作量證明

簡(jiǎn)稱Pow，通常只能從結(jié)果證明，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)工作過程通常是繁瑣且低效的。比特幣在區(qū)塊生成過程中就使用了pow機(jī)制。

Pow依賴機(jī)器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)獲取記賬權(quán)，資源消耗大、共識(shí)機(jī)制高、可監(jiān)管性弱，同時(shí)每次達(dá)成共識(shí)需要全網(wǎng)共同參與運(yùn)算，性能效率比較低，容錯(cuò)性方面允許全網(wǎng)50%節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)。

• Pow的優(yōu)點(diǎn)：完全去中心化，節(jié)點(diǎn)自由進(jìn)出
• Pow的缺點(diǎn)：目前比特幣已經(jīng)吸引全球大部分的算力，其他再使用Pow共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得相同的算力來(lái)保障自身的安全，挖礦造成大量的資源浪費(fèi)，共識(shí)達(dá)成的周期較長(zhǎng)。

2、權(quán)益證明

簡(jiǎn)稱POS，權(quán)益證明機(jī)制的運(yùn)作方式是，當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)新區(qū)塊時(shí)，礦工需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“幣權(quán)”交易，交易會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。

權(quán)益證明機(jī)制根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有代幣的比例和時(shí)間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，從而加快了尋找隨機(jī)數(shù)的速度。這種共識(shí)機(jī)制可以縮短達(dá)成共識(shí)所需的時(shí)間，但本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行挖礦運(yùn)算。因此，PoS機(jī)制并沒有從根本上解決PoW機(jī)制難以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的問題。

• POS的優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間，不在需要大量消耗能源去挖礦。
• POS的缺點(diǎn)：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點(diǎn);所有的確認(rèn)都只是一個(gè)概率上的表述，而不是一個(gè)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(quán)證明

簡(jiǎn)稱DPOS，類似于董事會(huì)投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行代理驗(yàn)證和記賬。

DPOS的工作原理，每個(gè)股東按其持股比例擁有相應(yīng)的影響力，51%股東投票的結(jié)果將是不可逆且有約束力的，其挑戰(zhàn)是通過及時(shí)而高效的方法達(dá)到“51%批準(zhǔn)”。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，每個(gè)股東可以將其投票權(quán)授予一名代表。獲票數(shù)最多的前100位代表按既定時(shí)間表輪流產(chǎn)生區(qū)塊。每位代表分配一個(gè)時(shí)間段來(lái)生產(chǎn)區(qū)塊。

DPOS的投票模式可以每30秒產(chǎn)生一個(gè)新區(qū)塊，并且在正常的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)得到解決。

互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(chǔ)。