读书 | 初步探讨一下区块链的底层技术

007冷凝  2019-01-28  新手入门/区块链知识栏目  

  

  今天是农历腊月二十三,中国传统的小年,北京路上的行人已经越来越少,更多也都是拎着行李箱准备回家过年的,农历新年在很多中国人传统观念中才算是新的一年,很多金融机构也都是赶在春节前发年终奖,甚至有些机构还会给员工发开门利是,都是想讨个好彩头。

  2018年我投入了很多精力在研究Fintech以及在金融领域的应用,在这岁末之际,就再和大家聊聊未来对金融服务行业最有深远意义的一项技术革新——区块链,希望节后我的一个新项目也可以顺利立项。

  说到区块链,不得不先说说比特币,正是因为比特币的出现,才让区块链大行其道,有了长足而深远地发展。2008年11月,一位名叫中本聪的家伙在一个隐秘的密码学讨论小组上发表了一篇题为《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》的研究报告,首次提出比特币的概念,标志着比特币的诞生。

  但中本聪是谁,估计也成为了这个世纪全球最大的谜题之一,就连提名诺贝尔经济学奖都未能让他露面,他将极客的神秘感发挥到了极致。但我认为,如果他只是个人的话,至少他是位经济学家,也有很强的数学功底,同时还是为密码学天才,很多世界上顶尖级的科学家都是跨界高手。

  自从我知道有区块链这项技术以后,我就知道了分布式账本、去中心化,分布式解决的是去中心化的信任问题,账本是一个个连接起来的区块,但怎么实现分布式账本、去中心的网络一直是我心头的疑惑,经过一段时间的探索,我也有了一些更为深入的认识。

  区块链技术的大厦是四大底层核心技术支撑起来的,包括:区块链账本、共识机制、密码算法、网络路由。

  区块链账本。账本,财务的人应该是熟悉的,账本就是把一段时间的交易记录按照财务记账方法记录下来,区块链账本就是把每十分钟的交易记录写入一个区块中,就拿比特币来说,就是在每十分钟之内比特币发生了哪些买卖和转让等,再按照时间顺序将一个个区块连接起来,区块链账本算是区块链的外形和骨架。

  共识机制,我觉得这个概念应该算是几项技术中最难理解、最核心的技术。在讲共识机制前,我们先来聊聊“拜占庭将军问题”,是指东罗马帝国时期,几个只能靠信使来传递信息的围攻城堡的联盟将军,如何防止不会被其中已叛徒的将军欺骗、迷惑从而作出错误的决策。为了解决这个问题,数学家设计了一套算法,让将军们在接到上一位将军的信息之后,加上自己的签名再转发给除自己之外的其他将军。在这样的信息连环周转中,将军们可以在不找出叛徒的情况下达成共识,从而保证得到的信息和作出的决策是正确的。
这应该是区块链技术共识机制的基本原理,在区块链中,没有中心化机构记录全网的交易记录,如何保证每个节点的账本都是完整、准确的就显得尤为重要,这就是区块链要解决的共识机制。

  比特币的共识机制,主要要解决两个问题,一是谁来记账的问题,二是其他节点如何同步数据,确保账本完整准确的问题。解决这两个问题分别是通过工作量证明和密码算法实现的。工作量证明简单讲是一种激励机制,就是给率先算出区块唯一哈希的节点得到这个区块的奖励,而记账权的获取就需要靠每个节点计算机的算力进行暴力破解,然后矿工们争着计算出区块的哈希特定唯一值,俗称“挖矿”。

  比特币之所有有价值,也是因为它的发行是有上限的,预计到2140年全部发行完成。比特币一开始对每个区块记账权的奖励是50个比特币,将近每四年,记账权的奖励减半,现在每个区块的奖励应该为12.5个比特币,挖矿也变得越来越难。

  而密码算法则有两部分,一方面是区块与区块之间通过Hash值首尾相连,每一区块区块头中均有自己的Hash值,Hash值本身没有业务含义,也不会体现出区块中的交易记录,就是通过Hash算法生成的随机数,类似人的身份证件号码,用于标识某一区块,而下一区块中必须包括上一区块的Hash值,这样可以确保每一区块的信息不会被随意篡改,如果改动某一区块的交易记录,该区块的Hash值就会发生变化,也需要同步改动下一区块中该Hash值,这样就确保了每一节点的账本都是准确的,而不可以随便被篡改。

  另一方面则是对公钥和私钥的使用,是通过算法获取的一对秘钥。比特币不像法币,有纸质载体,它是一种虚拟的数字货币,就是要靠公钥和私钥,通常来讲,公钥用于加密,而私钥用于解密。公钥可对全节点公开,公开后无任何风险。而钱包地址,可理解为Cyberspace中的银行卡账号,可对全节点公开,公开后无任何风险,本质是一串字符串。公钥和私钥就像古代君王将军调兵遣将的虎符,成对出现。用公钥加密的数据只有对应的私钥可以解密,用私钥加密的数据只有对应的公钥可以解密。

  网络路由,功能模块比较简单。区块链是一个分布式网络,这些网络节点之间如何来彼此进行连接通信呢?靠的就是网络路由。比如我们上学的时候,认识周围的同学,就是先认识同桌,同桌再介绍他的前坐后坐,互相之间都是通过彼此介绍来认识的,这个其实就是网络路由的雏形。在分布式网络结构中,不存在一个指定的中心服务器,大家没法通过一个服务器来直接交换彼此的身份信息,就只能依靠彼此联系并传播信息。在区块链中,这个功能一般会定义成一种协议,称为“节点发现协议”。

  除了发现节点外,更重要的一个功能就是同步数据,节点要保持自己的账本数据是最新的,就必须要实时更新自己的数据,从哪更新呢?既然没有服务器下载,那就是通过临近节点了,通过向临近节点发送数据请求来获取最新数据,节点彼此都充当服务者和被服务者,通过这种方式,网络中的每一个节点都会在某一时刻达成数据上的一致。网络路由可以说是区块链中的触角,通过大量的触角将每一个节点连入网络,从而形成一个功能强大的区块链共识网络。

  如果说AI技术解决的是生产力的问题,那么区块链一定是在解决生产关系的问题,以往的新技术都会让硅谷特别亢奋,而区块链则将给华尔街带来史无前例的冲击。我能预见到未来五到十年,随着区块链应用逐渐深入,一定会有越来越多的金融服务消失或被颠覆,而我们能做的,就是积极迎接这一时代的巨大变革,只有变革,才能打破旧的生产关系,建立新的秩序,也只有变革,才能实现阶层的跨越。

  (图片来源于网络)

   小年之际,提前给大家拜个早年,恭祝大家新春快乐,阖家幸福安康!

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作者:007冷凝
来源:007冷凝

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