区块链凭什么改变这个世界？从它的工作原理谈起

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比特币曾经被认为是一种令人震惊的产品，但现在全世界都为之疯狂。

自经济衰退以来，加密虚拟货币备受追捧，被称为解决传统金融体系不公平和腐败问题的良药。支持者相信，随着这种并行货币的快速发展，它将直接与引发经济危机的机构竞争，并最终击败后者。比特币的非官方口号是我们值得信赖的加密技术，这无疑指向了中间人、银行家和不值得信赖的第三方。

在传统操作中，当您用支票支付抵押贷款时，金融机构和其他相关方之间会建立一系列协议，以确保资金从您的账户转移到其他人的账户。在这个过程中，银行会记录账户中的每一分钱，以确保您的钱始终安全无虞。

比特币的出现是试图用密码和代码(即分散化)取代这些中间商提供的服务。更具体地说，它使用区块链的分布式安全数据库，这使得在将比特币的所有权从一个人转移到另一个人的过程中，交易过程完全委托给一组计算机，而不管他们在哪里。

现在，就在第一个区块链建成八年后，人们试图将其应用于除货币流通以外的其他程序和过程，并取得了不同程度的成功。这使得人们对区块链的好奇和热情不断升温。

那么，除了虚拟货币，区块链还能自动化哪些协议？还有什么其他不必要的中间人可以去除？

例如，区块链能否将司机和乘客联系起来，为双方提供一个透明的支付平台？您能否瞄准电视节目、电影和其他数字媒体的存储库和信任平台，同时跟踪版税并为内容创作者提供收入？当飞机不能按时起飞时，你能检查一下航运公司的航班状况，并向乘客支付双方同意的赔偿基金吗？

如果答案是肯定的，这意味着区块链技术将最终淘汰优步、网飞和世界上每一家空航空公司的保险供应商。

以上三个应用方案绝不是简单的空思想，它们已经成为一个名为ethereum的区块链平台中潜在应用方向的一小部分。在区块链领域，以太网也有自己的加密虚拟货币，即以太网。(稍后将进一步阐述以太网)

此外，许多公司正在积极推进区块链项目:例如，微软正在向其客户提供相关工具，以登陆azure cloud实验性区块链应用程序；Ibm、英特尔和许多其他供应商也在合作开发一个名为hyperledger的开源区块链解决方案。与此同时，许多大型银行开发了自己的技术版本，以努力保持领先地位。更不用说比特币了，作为历史上第一个也是最成功的区块链项目，它目前的应用方向已经远远超出了设计师最初的想象。

但纵观全局，这些新的区块链项目在实践中并没有被大规模采用。更准确地说，没有任何区块链概念或战略给任何行业带来颠覆性的变化。根据blockchain.info发布的数据，全球每天只有37.5万人使用比特币。然而，投资者手中的资金却源源不断地涌入，这使得各种建议更像是漂浮在投机和阴谋暗流中的冰块，不断地相互碰撞，相互削弱。

在最后的热度下降之后，哪个区块链平台可以继续存在，哪个将永远消失？为了做出准确的预测，我们必须了解区块链技术的真正含义和功能。从最符合逻辑的角度来看，比特币无疑是最理想的讨论起点。

以比特币为例，谈谈区块链是如何运作的。

2009年，一个匿名黑客(或一群黑客)以中本聪的名义发布了第一个真正的数字货币。这项技术的工作原理是，在这个基础上，货币将只是一种会计工具或提供抽象价值、所有权分配和交易手段的方法。

历史上，上述所有任务都需要现金来完成。只要你有实物硬币，你就有所有权，交易可以通过不同个人之间的协商来完成。只要很难复制现金，就没有必要完全解释哪个人拥有哪部分货币供应，或者不同的持有者是否使用过相同的50元钞票。

然而，如果我们能够把账单上的每一个人的名单拼凑在一起，我们就会发现名单之间的物理表示将变得没有必要。因为银行和支付处理者通过在封闭系统内跟踪和处理交易，已经将我们的部分实物货币转化为数字记录。

在这方面，比特币通过建立一个单一的通用数字分类账(所谓的区块链)完成了这一转变。由于只有最后添加的新信息才能改变，所以它的结构被视为一个链。每个新添加的环(或块)包含一组新的事务，并且这些事务将参考先前的事务链来执行。例如，如果C向D支付一枚比特币，并且交易存在于链的末端，那么另一端指向B向C支付的比特币，然后反向，A向B支付比特币，依此类推。

与传统金融机构维护的分类账不同，比特币的区块链将被复制到世界上所有联网的计算机上，任何有资源将计算机与互联网连接的人都可以访问它。

在这个网络中，还有一类被称为矿工的参与者，他们的职责是检测来自用户的交易请求，并总结和验证相关信息，以便将其作为新的块添加到区块链。

验证是检查某人是否拥有交易所需的比特币，以及他是否在其他地方使用过。区块链比特币的所有权由一对密钥决定:第一个被称为公钥，区块链的任何人都可以查看；第二个被称为私钥，由区块链的真正主人严格保密。这两个密钥之间有一种特殊的数学关系，这种关系确保了它们可以组合成有用的数字签名信息。

让我们看一下具体的工作原理:正如上面的例子，C接收一条消息，并将其与自己的私钥相结合，经过一系列计算，它可以得到一个长数字。任何拥有原始信息和相应公钥的人都可以使用自己的计算过程来证明这个长数字实际上是用正确的私钥创建的。

应该注意的是，在比特币中，用于交易签名的私钥来自与比特币最近一次支付相对应的公钥。交易处理完成后，这些比特币将被分配一个新的公钥。

在这个过程中，矿工的主要作用是确保新交易的不可逆转性，从而确保它是最终的结果，不能被篡改。

只有当我们邀请任何人和每一个人参与分类账时，我们才能确保整个区块链的不可逆转性。如果比特币区块链是由某个司法管辖区内的一家银行的一个已知验证者操作的，那么以强制方式保证交易结果将非常简单，任何不遵守规则的人都不会有所隐瞒。

然而，在比特币中，没有中央权威机构来执行这些规则。在中国、东欧、冰岛、委内瑞拉等地，各种各样的矿业公司受不同文化的驱动，根据不同的法律体系和监管要求，在全球范围内匿名运营。这意味着没有其他证据证明比特币代码的存在，更不用说追究它的责任了。为了确保正确的使用行为，比特币采用了所谓的工作证明方案。

工作证明如何确保区块链的正常运作？

首先，分析公众区块链试图通过工作证明解决的问题。在这个开放的对等网络中，矿工们将接收交易信息，并收集它们来创建新的区块。他们实际上是在相互竞争，因为第一个创建有效区块的人可以获得报酬(比特币)。在这种情况下，关键是如何防止矿工删除刚刚添加到区块链的区块。虽然这种方法不能窃取比特币，但它可以多次使用同一个比特币。例如，我可以去一个不知名的商家，用比特币买一杯咖啡。如果我是一名矿工，我可以输入我自己版本的区块链比特币，取消交易，并将修改后的区块链发送给我的同行，这意味着似乎已经花光的比特币已经被重新存入我自己的口袋。

为了避免这种情况，比特币网络上的所有矿工都拥有相同的区块链拷贝，所有的改变和交易都是不可逆转的。同时，为了让所有参与者保持同步，比特币挖掘软件需要极高的计算资源或能力。因为只有这样，它才能以更高的成本完成添加新块甚至更改记录中的块等操作。

此外，任何试图添加新块的矿工也必须提供密码证明。为了生成证据，挖掘者需要通过多轮散列函数来消化新的块。多轮哈希函数是一个计算过程，它可以接收任意长度的数据块，并将其简化为由字母和数字组成的固定长度且没有特定含义的字符串。为了使这个过程更加困难，区块链还要求生成的哈希值以一定数量的零开始。困难在于，我们无法预测任何给定数据集将呈现什么样的哈希值，因此挖掘者需要对已验证的块重复执行计算，并在每次数据集中插入一个随机数。当该数字改变时，也将产生与之对应的新的散列值结果。只有当最后的矿工得到正确的零小时数时，他们的任务才算完成。

第一个发现满足要求的散列值的挖掘者将向其他挖掘者宣布这个新块，然后后者将检查它并将其添加到存储在计算机上的完整区块链中。为了完成所有这些任务，矿工们将获得新的比特币和其他采矿费作为奖励。

我们将哈希值视为锁定链中特定块的一种方式。举一个更生动的例子:如果你有一把需要钥匙才能关闭的锁，而且你也有大量可用的钥匙，但你不知道哪把能和这把锁匹配，你必须一把一把地试试。当最终找到正确的钥匙时，你可以把它插入锁中，让任何人检查这个匹配的正确性。

从理论上讲，这项工作和矿工获得的奖励是对良好行为的激励。比特币矿商将在这一服务网络上大举投资，包括提供计算资源和购买硬件。因此，基本的想法是，他们不应该采取任何行动(包括任何行动，如双重支付)，可能导致损害或贬值的货币完整性。

这种操作还受到另一种保护机制的限制，因为改变旧块的内容的成本将被添加到区块链中每个新块的创建中。创建新块时，它将包含前一个块。对旧块的任何更改都将使所有后续块的哈希值无效。因此，我们不可能将锻造的砌块插入到原始砌块中，而不重复砌块之后已经完成的所有工作。如上所述，最后一把锁的设计依赖于所有以前的锁，所以在区块链更换任何一把锁都意味着为它后面的每把锁找到一把新钥匙。

通过迫使矿工提供昂贵的证据并为他们的工作付费，中本聪建立了第一个实用的点对点数字现金。但是除此之外，他还解决了另一个困扰计算机科学家几十年的问题:一致性。比特币在过去的八年中从未离线，这意味着它找到了一种方法来激励潜在的不可信任的参与者处理交易并获得可靠的结果。因此，任何有互联网连接的人都可以查看和添加数据链接，而不会受到攻击的影响。

如何将区块链技术应用到其他领域？

事实证明，这样的制度可能不仅适用于金融领域。当挖掘者执行事务验证时，他们实际上运行一个数据处理程序，支持或反对事务请求。然而，如果他们能运行更复杂的程序，比如社交媒体网络中的软件，会怎么样呢？如果区块链被用于简单的货币交易以外的数据，比如在线论坛上的信息，会发生什么？

上面提到的Ethereum是由2013年多伦多一名19岁的计算机专业学生vitalik buterin设计的。其目的是延续比特币在货币领域的成就，同时将其扩展到其他领域。

以太网自己的货币“以太网”不同于比特币，因为以太网用户交易被称为“智能合同”，可以无限复杂地编写。之后，用户可以通过向程序发送加载了指令的事务来与其他矿工通信。

实际上，这意味着任何人都可以将软件程序嵌入交易中，并确保在区块链的使用寿命内不会被更改或访问。理论上，ethereum可以带来可以取代facebook、twitter、Uber、spotify甚至任何其他数字服务的解决方案。这些新版本对审计人员来说将是完美和完全透明的，并且可以在没有创始人参与的情况下无限期运行。

什么是许可证分类账？

就在布特林试图利用区块链技术建造一套延伸到整个世界的超级计算机时，另一种趋势将这种技术推向了另一个方向，那就是走向中本聪自己所推崇的封闭可控的迭代之路。

2014年9月，包括巴克莱(Barclays)、高盛(Goldman Sachs)和摩根大通(JP Morgan Chase)在内的多家金融机构成立了r3联盟，探讨如何通过区块链技术提高银行间的支付效率。

这些机构意识到，像比特币和以太博物馆这样的开放式区块链结构显然与它们自身的需求背道而驰。这种密码货币主要关注用户的匿名性，在开放的区块链，用户由字母和数字组成的公共地址来代表，他们没有任何可以提供真实身份的迹象。包括美国在内的许多国家的银行法都禁止匿名。

从法律角度来看，金融机构有理由保护客户数据，并控制此类数据向其他国家或地区的流出。鉴于开放式区块链网络中的每台计算机都将复制整个交易记录，因此在使用这些交易记录链时不可能遵循监管机构提出的要求。

因此，区块链技术中的许可证分类账方法应运而生。也就是说，在许可的分类帐中，添加块的人的身份是已知的，并且系统中的数据只能由选定的人查看。由于创建新区块的权利是由运行代码的人决定的，而不是由随机分配机制决定的，因此不需要投资于提供采矿或支付加密货币的工作证书的工作。

这种系统适用于区块链参与者之间信任度较低的情况，但他们希望模拟中立的第三方服务(如银行进行国际电汇结算时)。

2016年，r3 Alliance发布了第一个许可的分类账方案corda。然而，就在几个月内，corda迎来了它的竞争对手JP摩根大通，该公司离开了r3 Alliance，并公布了自己的许可分类帐法定人数。

目前，授权分类账方法也已经超越银行和金融机构，并逐步扩展到其他行业，特别是那些需要负责监控客户敏感数据的领域。许多相关项目是由hyperledger提供的工具构建的。(hyperledger目前正在为希望使用智能合同但对开放区块链犹豫不决的企业开发产品，如以太网和比特币。(

那么，智能合同将如何运作？

无论区块链技术最终如何呈现，运行在其上的智能合同都需要各种支持技术。目前，在区块链的帮助下，这些互补技术正在迅速发展，并对区块链技术本身的发展产生了至关重要的影响。

康奈尔大学ic3协调员Ari juels说:一旦你得到了聪明的合同，你将面临一系列的问题。这些问题主要分为以下几类:

首先，区块链不能存储大量数据。对于大多数项目来说，这显然是一个问题。例如，有人建议将区块链技术用于现场视频广播，但它根本无法容纳大量视频数据。

其次，在区块链签订智能合同的另一个问题是，区块链本身并不清楚现实世界会发生什么。如果你的智能合同是空航班保险系统，它必须知道我们的航班什么时候起飞和降落。然而，区块链科技从来没有能力在设计层面上查询网站。因此，它需要积极注入它所知道的关于外部世界的一切。

理想情况下，开发人员将为区块链设计一个数据存储和访问方案(但应该注意的是，现有的缺陷绝不能重新引入，尤其是最不可靠的对象人类。毕竟，区块链的初衷是完全屏蔽人类接触。为此，开发者必须充分考虑和探索可信方的概念。

静态数据的存储问题可以通过分布式文件共享服务来解决，如协议实验室创建的星际数据库或storj实验室的分散式云存储系统。这些系统已经帮助世界各地的人们腾出更多的空闲空房间来存放他们的磁盘，我相信它们也将适用于基于区块链技术的智能合同系统。因为其中的数据总是以冗余的方式存储在世界各地的多台计算机上，从而实现了总是可用且难以跟踪的属性。

至于将实时数据输入区块链，这可以通过区块链开发者所说的预言来实现。这些服务可以以可靠的方式查询实时数据源，并将它们发送到区块链以完成馈送。

在ic3，juels实现了一个名为“城镇危机”的自动化预言。它负责确保注入区块链的数据来自可信来源，并且没有被篡改。它在英特尔处理器上使用可信的软件芯片。这些芯片运行加密屏蔽后的代码，但它们仍然可以证明程序是按照既定的方式执行的。

区块链技术的融资潜力来自哪里？

如果现代社会所依赖的许多数字服务需要在区块链上重建，那么我们将不得不为需要完成的工程和研究任务付费。

但是，如果我们想创建一个技术解决方案，一旦成功，它将摧毁许多企业所依赖的宝贵数据，那该怎么办？理想情况下，像以太博物馆这样开放的区块链会信任创建数据的人，并允许他选择如何共享数据。在这样的环境中，没有一个企业可以通过向客户出售其浏览行为、购买历史或位置数据来继续生存。区块链企业不能限制知识产权，因为开放区块链的节目可以被每个参与者随意观看。

然而，区块链企业潜在的融资机制已经出现:一个主要的新趋势是在第一轮公开发行(ipo)中首次发行货币(ico)。

当与ico项目团队设计智能合同时，用户必须持有特定的密码货币才能使用该应用程序。项目团队将创造一批这样的货币，并在发行前在公开市场上出售。

这有点像现实中，当有人走进自助洗衣店，却发现它只能用定制的硬币来运行机器。因此，不是简单地面对投资者，密码货币所有者将向公众出售大量这种货币，然后根据洗衣服务的价值来收取它们。

截至目前，已有5亿多美元以货币销售的形式涌入区块链企业手中。如此可观的投资引起了一些观察家的抱怨。然而，许多人认为ico作为一种新的投资工具，与其实际应用一样具有颠覆性。

专注于区块链技术研发的新基金公司placeholder的创始人乔尔·莫内格罗说:“金钱不是万恶之源，但公平才是万恶之源。”

Blockchain初创企业经常引用他的观点，即创始人和员工应该获得股权，以鼓励他们囤积财富，而不是改进产品。

另一方面，特定应用的密码货币不再是一种金融工具，而只是一种获取技术的手段。因此，使用该服务的人越多，获得该服务所需的资金就越多。

Hacera的levi总结说，时代变了，变化很快。三、四年前，我们的一些早期采用者有两只手空空，但凭着他们自己的信念和加密货币市场的蓬勃发展，他们现在已经获得了可观的财富。我们还需要进一步扩展以太网和以太网的运营模式，而企业需要更多地分发和保护他们的敏感数据。目前，我们面临着一种新的不同类型的挑战:考虑到已经投入的巨额资金，我不知道有多少前辈和新晋者愿意坚持自己的事业，继续努力工作，以便利用这些改变了自己的技术来进一步改变世界。

|来源:ieee频谱；；作者:摩根·e·派克；；汇编:技术行者

来源：搜狐微门户