区块链分享

文章转载自薛国良老师的博客，点击跳转

区块链行业现状

• 政府关注
• 企业极力研究
• 学术取得共识
• 学校和培训机构设立学科
• 资方积极参与
• 争先恐后炒币
• 技术不完善
• 借区块链热点的传销和骗局横行

区块链为什么会有如此魅力，让全社会都在关注它？区块链技术是本质是不可篡改的、去中心化的公开账本，是记账方式的进步。记账是社会生产生活的基石，记账方式的进步，能推动社会进步。

记账就是确权

财富有各种各样的属性，最主要的属性，就是属于属性，也就是说这个财富是属于谁的。任何财富都有权利属于属性：

• 纸币通过实物确权
• 存款通过中心化银行记账确权
• 房产则通过中心化政府颁发房产证确权

财富转移

财富不流通没有价值，通过交易大家各取所需，才能过上幸福生活。每种财富转移方式，也跟确权方式紧密相连：

• 纸币：通过传递实物货币转移
• 存款：通过修改中心化账本转移
• 房产：通过中心化政府办理过户手续，来进行财富转移

比特币价值

作为货币，比特币可以和现金、银行存款作比较。

比特币是自由财富，它可以点对点的转移，不受中心节点管控，这很像现金；但比特币的转移不受地域限制，这很像中心化记账的存款。比特币结合了两者的优势，这是比特币价值所在。

比特币实现

通过上述分析，比特币是通过去中心化的存储网络来记录账本，并且在这个基础上，实现点对点的财富转移功能。比特币要实现以上功能有几个难点：

• 账本公开保存在网络上，如何保证正确性
• 当有新的转账产生时，谁来实施记账

区块链数据结构

比特币首次使用了区块链这种数据结构，这种数据结构通过哈希算法，锁定数据的方式，保证数据不被篡改。

区块链可以拆分成两个词语：区块、链。如果把区块链比做一本笔记本，那么区块就是笔记本的一页纸，这些纸上面记录了很多转账信息。为了保证区块所记录的转账信息不被篡改，每个区块都锁定上一块区块的内容。一旦某个区块被篡改，会出现连环雪崩效应，要修改后面所有的区块来掩盖非法修改。如果希望修改的区块能被其他节点认可，需要做繁重的运算来让其他节点确认，这基本不可能。

比特币系统认为，一旦区块被六个区块锁定，这个数据就不可能被篡改了。

哈希算法

哈希算法是一类算法，它的作用是获得数据的指纹（一个整数），常见的哈希算法有 RSA、RIPEMD160、SHA3 等等。对数据 x 进行哈希运算，得到结果 y，可以记作 $$ H(x) = y$$ 。

x 可以代表一个数，或者是任意大小(比如 2G 的文件)，无论是什么样的 x，通过哈希运算之后得到相应的整数 y。

如果有 $$ H(x_1) = y_1 $$ 和 $$ H(x_2) = y_2 $$ ，那么可以认为：

• 对于不同的 $$x_1$$和 $$x_2$$ ， $$y_1$$ 和 $$y_2$$ 是不同的。
• 如果 $$y_1$$和$$y_2$$相同，那么可以认为 $$x_1$$ 和 $$x_2$$ 是相同的。

哈希算法经常用来验证文件完整性，当我们从互联网下载一个很大的文件（比如系统安装盘），那么下载网站通常会提供一个 RSA 运算的哈希值，用于校验文件的完整性。当文件下载完毕之后，使用对应的哈希算法，计算该文件的哈希值，如果和下载网站提供的哈希值相同，那么意味着下载的文件是完整的。

哈希值在区块链中，其中一个作用是，在区块中保存上一个区块的哈希值，用于锁定上一块区块数据的完整性。

确权

比特币是比特币网络（或者叫做比特币系统）的记账单位，记账除了记录财富数量之外，还要记录财富属于谁这个属性，在比特币系统中，使用非对称加密技术来对比特币进行确权。

比特币系统没有中心节点，因此比特币系统开户，不需要到某个组织去登记，只需要自己随机生成一串密钥作为自己的账户，这个密钥我们称之为私钥。然后使用私钥，根据椭圆曲线非对称加密算法规则，生成私钥对应的公钥，再使用公钥，生成比特币钱包地址。用户可以将自己的钱包地址公布于众，用于接收比特币财产，在区块链中，使用钱包地址来进行确权。

使用钱包地址确权的比特币，只有对应的私钥，才能够将其解开，并进行再次转移。因此私钥是非常重要的信息，不可暴露给其他人或者丢失。如果私钥暴露或者丢失，意味着财富的不安全，并且无法找回密码。

非对称加密

加密算法很早就有，通过一些算法，将信息隐藏起来，早期加密依靠加密算法，也就是算法泄漏了，加密也就被破解了。现代加密保障不在于算法，在于密钥，算法是公开的，只要保存好密钥，就保证了加密安全。

有些算法，加密密钥和解密密钥是一致的，这种加密算法叫做对称加密，典型的对称加密算法有 AES (高级加密标准)。对称加密算法速度很快，不过密钥交换存在隐患。

1977年，三位数学家设计了 RSA 加密算法，这个加密算法的加密和解密使用不同的密钥。两个密钥分别称为私钥和公钥。使用公钥加密的密文，私钥可以解密；使用私钥加密的密文，公钥可以解密。如果你想进行加密通信，只要把公钥公布于世，私钥则之有自己持有，这样任何人都可以使用公钥进行加密之后，再进行传输，其他人使用公钥无法对数据进行解密，只有持有私钥的人才可以解密。

非对称加密基于这样的数学原理：$$f(x) = y$$ 的计算很简单，但是 $$ f(y) = x $$ 很难。只要符合这种情况的数学式，都可以作为非对称加密的基础。RSA 基于离散对数，后来数学家们发明了更难于破解的 ECC（椭圆曲线非对称加密算法），比特币中使用的就是 ECC 算法。

非对称加密算法虽然很厉害，但是一次能加密的数据有限，如果一个很大的文件需要使用非对称加密算法来进行加密，那么性能是很差的。在秘密通信过程中，非对称加密通常只用于交换对称加密的密钥。

数字签名

非对称加密还可以用于数字签名，当 A 发表一篇文章，然后使用哈希算法计算文章的哈希值，再用 A 的私钥对哈希值进行加密，加密的结果就是这篇文章的数字签名。其他人可以用 A 的公钥，来解密数字签名，如果解密的结果，正是这篇文章的哈希值，那么这篇文章一定是 A 写的，并且文章内容没有被篡改过。

数字签名可以保证数据不可抵赖，比如 A 发送转账信息给 B，然后 A 可以抵赖，说我没有发过，这个数据不知道谁发的。但是如果 A 发送的数据中，包含数字签名的话，那么 A 就不可以抵赖了。

签名过程：$$y = Sign(A, x) = Encrypt( Hash(x), A_{priKey} )$$

验证过程：如果 $$Decrypt(y, A_{pubKey}) == Hash(x)$$ 成立，那么可以称为，x 是 A 发布的信息，中间没人篡改。

转移、验证、记账

财富需要流动才有意义，如果 A 想将比特币财富转移给 B，这个过程，需要 A 的私钥和 B 的钱包地址才可以进行。A 通过脚本 S1 将自己的财富解锁，然后给需要转移部分财富，附上一段脚本 S2，S2 脚本只有 B 的私钥才能够执行。

如果 A 不是个诚实的人，那么他可以利用网络延迟，将自己的一份财富，同时转给 B 和 C，这种攻击被称为 双花 攻击。在中心化世界里，双花攻击的防护由中心节点完成。在比特币系统里，没有中心节点存在，为了避免这种攻击，比特币系统会选举一个临时的验证节点，来验证财富转移请求的合法性。选取临时节点的游戏规则是，哪个节点计算出哈希值符合规则，那么那个节点就拥有了此次记账的权利，所有比特币节点都尊重这个游戏规则，不尊重游戏规则的节点，将会被踢出比特币网络。

分叉

为了避免双花攻击，需要临时选取临时节点进行转账验证，这些竞争记账权的节点称之为矿工，竞争的过程称之为挖矿，竞争成功的矿工，可以为系统增加区块，并且在这个区块中，给自己奖励比特币。

如果两个矿工同时宣布挖矿成功，那么会出现两个后缀区块的情况，这种情况称之为分叉。比特币并不倾向两个分叉中的任何一个，而是搁置争议，继续运行，经过一段时间的竞争之后，总有一个链的长度会比另外一个链长，而比特币系统，只认可比较长的链。

渐进式共识的思维，在比特币中非常重要，对区块链未来的发展，也是很有指导意义的。

智能合约

上文中提到，比特币的转账，是通过脚本来执行的，如果丰富这些脚本功能，加上一些判断条件，那么转账就成为有条件的转移，这种条件是双方的某种约定，或者叫做合同。这种可编程的交易，用于规范和约定双方的行为，比当前世界中，纸质的合同更加有执行效率。比特币的脚本功能偏弱，因此才会有号称区块链 2.0 的以太坊的崛起。

比特币的伟大和欠缺

比特币是伟大的发明，创造了自由的货币体系，把传递消息的互联网升级为传递价值的区块链网络，并且这个网络在没有任何管理员管理的情况下，安静的运行了 10 年，没有大的事故发生。但是作为第一代区块链应用，比特币还是有考虑不周的情况：

• 比特币的开发和维护者，无法在系统运行过程中持续收益，导致了比特币软件升级乏力。
• 比特币为了体现去中心化，创始人都匿了，导致没有人管理和规划比特币系统未来。
• 比特币追求通过繁重的工作量证明来争夺记账权，避免了黑客攻击，但是耗费很多电力资源。
• 比特币繁重的工作是计算哈希值，而很多人通过近似作弊的手段，提高算力获益。
• 比特币为了提高安全性，动态调整哈希计算难度，将出块速度限制为 10 分钟左右，并且限制区块数据大小为 1 M，导致性能低下。

模仿者和创新者

由于比特币源代码是开源的，任何人可以轻松获得源代码，在比特币基础上，稍作修改，换个名字，发行一种新的虚拟货币，这种币称之为“山寨币”。最成功的“山寨币”是莱特币，目前在虚拟货币世界里，市值排名第七，它修改了出块时间和区块尺寸，交易速度加快，在 2013 年推出并获得认可和成功。

现在新的山寨币已经不太可能获得市场认可，因此一些山寨币，并没有创世块，而是从比特币的某一区块进行分叉，在分叉处实行新的游戏规则，并且承认之前比特币账户的资产，通过空投方式给这些比特币账户发送对应的新币，这些新币称之为“分叉币”，分叉币也是山寨币，不同的是它已经有相应的比特币用户了，相对容易获得市场任何。分叉币成功的典型是比特现金，目前市值排名第四。

还有一些程序员，参考比特币实现，重新调整游戏规则，并增加业务功能，这种虚拟货币不能称之为“山寨币”，而是一种新的公链，成功的典型是以太坊，目前以太坊市值仅次于比特币，被业界称之为“区块链 2.0”。

以太坊

以太坊很多和比特币一样，包括非对称加密算法的选择，工作量证明共识算法，它的伟大在于，完善了比特币的脚本功能，实现了图灵完备的智能合约功能。图灵完备的智能合约使得以太坊除了具有去中心化货币功能之外，还有合约功能。如果说比特币是全球账本，那么以太坊就是全球计算机。如果把比特币当成一本本子，那么以前记账全靠口算，而以太坊则是一本本子加上一个计算器。除了业务先进之外，以太坊的创始人作为一面旗帜，指导者以太坊前进的方向。在经济系统方面，以太坊引入 gas 概念，使得以太币有了使用价值，也比比特币更进一步。

区块链应用和发展

记账和传递价值

记账和传递价值，是区块链最基本的应用，比特币是典型，基于区块链的货币，是一种更好的货币。

智能合约

使用智能合约来约束人们的行为，并且在智能合约中，对不遵守合约的人，实施惩罚，这样可以降低信任成本，提高合作效率。

存储

区块链网络中的节点，都是物理电脑，这些电脑可以携带大规模存储，为区块链系统存储信息。信息保存到区块链上有诸多好处：

• 永远在线
• 价格便宜
• 数据安全
• 无法被监管

网络

网络属于另一个方面的基础建设，目前区块链网络是平等的对等网络，通信完全靠喊（广播），规划好网络，也就是建立局部网络通信，建立子网，用于提高区块链性能，是很重要的一个方向。

互联网

当区块链系统中的存储和网络规划完成时，互联网的许多应用会被迁移到区块链系统，阿里云等各种提供云存储和计算的公司成为历史，类似淘宝也会直接上区块链，并且物品是使用虚拟货币结算的。

物联网

如果区块链不和物相关，那么区块链应用永远在信息、虚拟领域发挥作用。当物联网和区块链关联起来，让更多的确权、交易，落地到物品上时，区块链将无处不在。

经济系统

不发币的区块链是没有生命力的，在区块链上有了币之后，就要考虑游戏规则，如果游戏规则不公平，那么对应的链很快没有用户。

区块链系统设计步骤：

1. 链必须有经济效益
2. 链产生的经济效益应该体现在链上的电子货币上
3. 确定参与系统的角色
4. 为每个角色的活动，定义奖励和惩罚措施
5. 分析、测试、验证
6. 回到第 4 步调整

经济系统设计其实类似游戏中的数值策划，把经济系统设计成为合理的系统，对于公链来说至关重要。