李逍遥

区块链技术的原理通俗浅析

李逍遥 区块链 2018-06-20

 区块链技术的原理通俗浅析 区块链
 

2008年,一位署名为中本聪的学者发表了一篇名为《比特币:一种点对点的电子现金系统(Bitcoin: A Peer-To-Peer Electronic CashSystem)》的论文,详细介绍了比特币背后的区块链技术,从而引起了学界对区块链技术的一番热议。

那么区块链到底是什么?在2016年,我国的工业和信息化部信息化和软件服务业司发布了《中国区块链技术和应用发展白皮书》,首次官方定义区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用模式。

根据这个定义,我们可以简单地从分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法这四个方面来对区块链技术有一个基本的认识。

分布式存储

首先,这里的数据存储模式为把有关的数据按照录入的时间顺序串联成一条条“数据链”,这些信息链囊括了所有用户需要的信息;然后,这些“数据链”分布储存在每一个用户的终端,另而言之,每一个用户都是数据中心,这就是分布式存储的含义,从而也体现了区块链去中心化的思想。

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点对点传输

即P2P网络,网络内的节点能被其他对等节点直接访问而无需经过中间体。区块链网络内任何两个用户都可以直接进行数据交互,无需任何中介介入,这也是体现其无中介化的特点。

共识机制

这是区块链网络去中心化的信用构建最核心的思想。理解共识机制要与其分布式储存的认识结合起来。区块链的数据是按照“数据链”的格式进行存储,当某条“数据链”新增一些数据时,这些数据就会按照录入时间的顺序接入到该“数据链”中,然后新的数据链再“广播”到其他节点,进行新一轮的分布存储。

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那么问题来了,当许多个节点同时广播一条记录同样信息的“新数据链”时,区块链的其他网络节点又该选择那一条“链”进行存储?

1.少数服从多数,以最长链为共识。

首先,区块链网络会自动排除掉与大部分数据链相异的数据链,理论上讲,如果一个数据链与网络中51%的节点中存储的数据链不同,就无法被广播存储到每一个节点中;其次,再挑选剩下的数据链中最长的那一条作为最终储存链,然后其他较短的数据链中未被录入的新数据则再按新的时间顺序重新录入。整个网络就是这样彼此反复运行,最终所有人的节点存储的数据都是经过相互验证达到共识、客观。一般而言,在电子信息高度精密化的网络下,这种交易信息录入时间完全一致的概率是极低的。

2.工作量证明机制

与之相配套的就是工作量证明机制,工作量证明机制是为了验证数据链的独一无二而设置的,每一条数据链的“身份证”就是它的工作量。

什么是工作量证明机制?在每一条数据链在诞生时,区块链系统同时也会根据设置好的程序自动设置一个与之配套的算法公式,每一条独一无二的数据链对应着一个独一无二的算法公式,从而计算机的CPU在运行这个算法公式产生的工作量(耗费的电量)也是独一无二的。通俗地来讲,每一条独一无二的数据链在使用时消耗的能源(即电量)都是不同的,运行产生的工作量不同可以证明数据链的独一无二。这样一是可以防止数据存储的冗杂,二是可以防止黑客恶意破坏和造假。

因为存在这样的一种共识机制,所以,当存在有人想恶意篡改、破坏区块链的数据进行造假时,他面临的最大的困难就是需要一台CPU性能远超所有用户的电脑(比如:天河一号)或者同时拥有并控制许多台计算机(理想状态下就是拥有的数量超过参与区块链网络的计算机总量的51%),如果无法在CPU的算法上跑赢网络中的大多数人,否则在录入数据时就无法达到理论上的控制。

例如,一个人想要通过生孩子获得大量军队去占领一个地区,要么他老婆生孩子的速率非常快,别人一次生一个,她能一次生几百个;要么他拥有千百个老婆,每个即使一次只能生一个,也能在一天就生下几百个人。

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在一个区块链运行初期,由于数据链的录入数量还不够多,数据链的“长度”不够,确实容易被篡改,也比较容易开发新的数据链;可是随着运行时间的延长,参与者数量的增多,各种数据链逐渐被开发出来,数据链的“长度”也越来越长,篡改原有数据链、开发新链的难度也会成几何倍数增加。总的来讲,一条数据链越长,破坏其的难度就越大。(比特币等各种电子货币)

加密算法

这里主要是运用密码学与哈希算法相结合的运用,是区块链运行的具体算法模式,涉及的专业性过强,金融学者不易讨论,这里不详讲。总之,区块链技术的信息传输是一种非对称加密技术即加密和解密使用不同密钥的加密算法,加密密钥是解密密钥的充分不必要条件。

应用范围:

区块链技术应用发展可以分为四个阶段:白皮书阶段、存储备份阶段、征信阶段、合约级应用阶段。现为第二个阶段。

基于上述相关技术理念,区块链在实际比较理想的运用就是结合智能化合约作为一种契约工具,比如,甲、乙两个用户要缔约某项契约,然后他们通过区块链网直接点对点连接,契约主要内容达成之后,在生效之前,双方的数据库进行对接验证有关契约条件是否属实,数据验证属实之后契约达成,双方身份信息匿名处理后,相关信息自动进行全网广播,并存储到专门记录的数据链中。

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这种模式在P2P借贷平台大有可为!

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