关于比特币和区块链,你所知道的都对吗?

链链未来  2019-09-11  比特币/比特币(BitCoin)栏目  

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     关注区块链,就是关注未来。

   

  对于当下最流行的数字货币货币——比特币,有非常多的专业的介绍性文章,也有人试图通过漫画来解读,但是始终或不得要领,或生涩难懂。

  比特币是世界上第一个通过密码学,而非中央银行发行的电子加密货币。因为其发行总量固定,无中央银行干预,让许多”民主人士“认为这是极为先进的民主思想技术革命。

  然而去中心化的系统带来了一些新问题:

  没有政府背书和资产担保,货币信任、交易真实性成了问题。

  每个人都有权了解这个世界在发生什么,信息一旦变化,所有数据库需要同步更新,平等对称。

  没有集中决策,为了信息对称,如何达成共识,变成了难题。

  三大问题:“交易信任”、“数据对称”、“共识达成”。

  解决办法:“非对称加密”、“P2P网络”、“共识机制”。

  中本聪用以上三种方法,构架出了区块链技术结构,让比特币的发行流通构想得以实现。

  什么是区块链  ?

  

  

  “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的新型应用模式。”

  用大白话来说,区块链就是一种去中心化的分布式账本数据库。这种分布式账本的好处就是,买家和卖家可直接交易,不需要任何中介。人人都有备份,哪怕你这份丢失了,也不受影响。

  区块链(blockchain)是比特币使用的一种特殊的数据库,是比特币存在的基础。任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点。

  区块链由一个个区块(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:区块头和区块体。

  区块头(Head):记录当前区块的元信息

  其中包含:

  生成时间;

  上一个区块的 Hash;

  区块体的Hash。

  区块体(Body):实际交易数据

  其中比较重要的概念是“Hash”,所谓 Hash 是对任意内容,计算出一个长度相同的特征值。而且保证,只要原始内容不同,对应的 Hash 一定是不同的,比特币区块用的SHA256加密算法。

  每个区块的 Hash 都是不一样的,通过 Hash 标识区块。

  如果区块的内容变了,它的 Hash 一定会改变。

  什么是比特币?

  

  

  比特币的概念最初由中本聪在2008年提出,根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的P2P网络。比特币是一种P2P形式的数字货币。

  论文:

  《A Peer-to-Peer Electronic Cash System》

  通俗的讲,比特币是一种总量恒定的数字货币,和互联网一样具有去中心化、全球化、匿名性等特性。向地球另一端转账比特币,就像发送电子邮件一样简单,低成本,无任何限制。因此比特币常被用于跨境贸易、支付、汇款等领域。

  比特币总量为2100万枚;

  平均10分钟诞生一个区块;

  被写入区块的交易按照手续费高低排优先级;

  区块的大小只有1MB,一笔交易大概是500字节左右,因此一个区块最多只能包含2000多笔交易;

  挖到新区块的矿工将获得奖励,一开始(2008年)是50个比特币,然后每4年减半,目前(2019年)是12.5个比特币;

  一笔交易确认需要等待6个区块

  比特币网络每10分钟,最多只能处理2000多笔交易,换算一下,就是处理速度为3~7笔/秒。

  也就是说,比特币区块链每秒最多只能处理7笔交易,要是交易数据再大点,可能连7笔都达不到。而支付宝一秒处理12万笔交易,这本应在1秒处理的12万笔交易,比特币需要10小时。

  每4年奖励减半,那么到了2140年,矿工将得不到任何奖励,比特币的数量也将停止增加。这时,矿工的收益就完全依靠交易手续费了。

  1. 如何把交易写入区块链——“挖矿”?

  

  “挖矿”指的是:把网络上待确认的交易写入新区块,并获得比特币奖励的过程。

  “矿工”是用GPU等硬件设备进行数据计算的一群人,正是这群人,把交易者的数据一笔一笔记入帐中。“挖矿”的机器叫“矿机”;成规模“挖矿”的场地叫“矿厂”。

  回顾挖矿历史,比特币挖矿总共经历了以下五个时代:CPU(20MHash/s)→GPU(400MHash/s)→FPGA(25GHash/s)→ASIC(3.5THash/s)→大规模集群挖矿(3.5THash/s*X)。

  “挖矿”道理其实很简单,想要挖到新区块必算出符合要求的哈希值。你可能会有一个疑问,计算一个哈希值为什么这么难?

  原来正确的哈希值是有一定要求的:

  (1)Difficulty

  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515798个区块的难度系数是 3462542391191.56,而第100000个区块链难度可只有14484.162361。

  (2)Target

  区块链协议规定,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target)。

  Target = Targetmax/ Difficulty

  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,这就是采矿如此之慢的根本原因。

  (3)Nonce

  区块头里面还有一个 Nonce 值,记录了 Hash 重算的次数。

  第 515798 个区块的 Nonce 值是213587466,即计算了 2.1 亿次,才得到了一个有效的 Hash,该区块才能加入区块链。

  (4)难度系数的动态调节

  实际上,新的区块有时候几分钟就可能被算出来,有的可能需要几小时。为了保证新区块在10分钟左右的时间内产生,并且考虑到硬件设备的升级,中本聪将Difficulty每2016个区块调整一次以保证新区块平均产生时间在10分钟。

  2. 关于挖矿方法争论——共识机制 

  “挖矿”这种行为的本质是寻求达到某一共识,再把信息写入区块的劳动。这种共识决策其实不只比特币所使用的一种方法。

  目前主流共识机制目前有:

  POW(Proof of Work)、POS (Proof of Stake)、DPOS(Delegated Proof of Stake)

  (1)POW(Proof of Work)

  一句话介绍:干的快,收的越多。

  工作量证明协议。比特币所用共识机制。它要求发起者进行一定量的运算,也就意味着需要消耗计算机一定的时间。

  优点:

  算法简单,容易实现;

  节点间无需交换额外的信息即可达成共识;

  破坏系统需要投入极大的成本。

  缺点:

  浪费能源;

  区块的确认时间难以缩短;

  新的区块链必须找到一种不同的散列算法,否则就会面临比特币的算力攻击;

  容易产生分叉,需要等待多个确认;

  永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性。

  (2)POS (Proof of Stake)

  一句话介绍:持有越多,获得越多。

  权益证明:最早在 Peercoin 系统中被实现,类似现实生活中的股东机制,拥有股份越多的人越容易获取记账权。在POW中,如果用户花费2000美元购买硬件设备,当然会获得两倍算力来挖矿;同样,在POS机制中投入两倍的代币作为押金,就有两倍大的机会获得产生新区块的权利。

  优点:

  在一定程度上缩短了共识达成的时间;

  不再需要大量消耗能源挖矿。

  缺点:

  还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点。

  (3)DPOS (Delegated Proof of Stake)

  一句话介绍: 选出代表,高效运算。

  Dan Larimer发明的这种新共识算法,被称为股份授权证明机制(DPoS),应用于比特股和Steemit社区。

  每个股东按其持股比例选定代表,每个股东将选票授予一名代表。获票数最多的前100位代表加1位随机代表,按既定时间表轮流产生区块,每名代表分配到一个时间段来生产区块,所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。

  该模式可以每30秒产生一个新区块,每次单人有序生产区块在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小,即使发生也可以在几分钟内得到解决。

  优点:高效。

  缺点:整个共识机制还是依赖于代币,很多商业应用是不需要代币存在的。

  

  区块链技术性强,技术分支也越来越多,这里也只聊了九牛一毛。

  从业务上看,应用却已经很多:网易星球、阿里的麻吉宝。然而目前给人的感觉都还是为了做区块链而区块链,需求的还没有真正出现。

  目前德国、英国、日本等政府认可比特币的价值,和此前加密猫的诞生,推着币价一度走高。不过,区块链和比特币到底是钻石还是郁金香,等待验证还有很多。

  

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作者:未来
来源:链链未来

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