2019年「区块链战争」的号角已经吹响,各位勇士们,准备好了吗?

019年「区块链战争」的号角已经吹响,各位勇士们,准备好了吗?"

区块链的主要特性

区块链技术通过「去中心化」的特性解决了两个问题。

一是解决数据破坏问题,以保障数据的可用性(Availbility)。

举个例子,一家公司的所有数据都存在一个「中心化」的数据库里,如果你要让这家公司挂掉其实很简单,直接对它们的数据库进行破坏就行。

而区块链的「去中心化」特性则很好地解决了这个问题——以比特币为例,每个参与的节点上,都有比特币创始至今所有的交易数据。所以就算某个节点遇到破坏因素(包括但不限于硬盘驱动器损坏、自然灾害、电源故障、磁干扰等),完整数据还是可以从任意其他节点找回。比特币采用区块链技术,但是区块链并不等同于比特币;全篇基于比特币底层区块链技术讲述,所以,部分模型可能不适用于以太坊等。另外,由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式,中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入,如果让你觉得困惑,可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后,也是受限于自己知识结构的不完整,这篇文章会随着我对区块链更深入认识后,随时进行修订,最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。

2019年「区块链战争」的号角已经吹响,各位勇士们,准备好了吗?

首先不要把区块链想的过于高深,他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统,区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上(中心化的特征),区块链认为,任何有能力架设服务器节点的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的节点,并连接到区块链网络中,成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点;一旦加入,该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务(去中心化、分布式的特征)。与此同时,对于在区块链上开展服务的人,可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作,最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步,从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。

中心化?

回忆一下你在网上购买一本书的流程:

  1. 第一步,你下单并把钱打给支付宝
  2. 第二步,支付宝收款后通知卖家可以发货了;
  3. 第三步,卖家收到支付宝通知之后给你发货;
  4. 第四步,你收到书之后,觉得满意,在支付宝上选择确认收货;
  5. 第五步,支付宝收到通知,把款项打给卖家。流程结束。
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你会发现,虽然你是在跟卖家做交易,但是,所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于:万一哪个环节出问题,卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助,让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型,它的价值显著,就是建立权威,通过权威背书来获得多方的信任,同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。

你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任,同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”,真的可以嘛?!

假如说,支付宝程序发生重大BUG,导致一段时间内的转账记录全部丢失,或者更彻底一点,支付宝的服务器被ISIS恐怖组织的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去,这个时候,你就成了刀殂上的鱼肉;支付宝有良心,会勉为其难承认你刚刚转账的事实,但他不承认你也没辙,因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。

上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威,也就意味着逐渐丧失自己的话语权。

去中心化?

那么去中心化的形态是什么样子呢?还是拿刚才那个例子继续,我们构建一个极简的去中心化的交易系统,看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。

  1. 第一步,你下单并把钱打给卖家;
  2. 第二步,你将这条转账信息记录在自己账本上;
  3. 第三步,你将这条转账信息广播出去;
  4. 第四步,卖家和支付宝在收到你的转账信息之后,在他们自己的账本上分别记录;
  5. 第五步,卖家发货,同时将发货的事实记录在自己的账本上;
  6. 第六步,卖家把这条事实记录广播出去;
  7. 第七步,你和支付宝收到这条事实记录,在自己的账本上分别记录;
  8. 第八步,你收到书籍。至此,交易流程走完。
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刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生,因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录,支付宝的账本服务器坏了,对不起卖家的账本还存在,我的账本还存在;这些都是这笔交易真实发生的铁证。

当然,在这套极简的交易系统中,你已经发现了诸多漏洞和不理解,比如说三方当中有一个是坏人,他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办;又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述,因为暂时跟主线不相关,感兴趣的同学可以去Google或者百度一下,你只需要知道,在我们下面即将展开讲到的区块链系统中,通过巧妙的设计,足以解决上述存在的BUG。

既然话已说到这份上,相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——

  1. 分布式存储,通过多地备份,制造数据冗余
  2. 让所有人都有能力都去维护共同一份数据库
  3. 让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为
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在我看来,你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西,外人看起来高大上、深不可测,但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然,这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。

如果你差不多认同上面的观点,那我们应该基本上可以达成共识,分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接,形成一张密密麻麻的网络;以巧妙的机制,通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。

哈哈,说的轻巧,“交易数据这么重要的东西,在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递,数据的一致性和安全性谁来保证,如果说互相监督,他们到底怎么做到?”

从全球节点到交易数据

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这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时,文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照:

  1. 首先,将区块作为最小单位体,讲述极简区块链系统是如何运转的;
  2. 接着,进入到比区块更小单位体——交易记录,理解区块链是如何处理数据的;
  3. 最后,将所有知识点柔和在一起,重回到区块和区块链,完整讲述整个工作流程。

革命性技术区块链,存在的一些弊端。

(1)所有关注者都能意识到的效率问题

大部分人都有理想化倾向,认为区块链的去中心化是一个神奇概念,社会也需要这样一个系统,从而免除中心化压迫;不过站在非神话区块链视角,以现阶段看,完全去中心化也不是没有弊端,其采用的分布式存储技术,由于是让每一个节点保存一份数据库,且网络中发生的任何一笔交易需要其它节点认证和记录,这导致区块链的系统工作效率十分之低。

对比一下更加直观。尤其是在一些数据交换频繁场景,比如普通的支付交易,和VISA 平均5万笔/秒、支付宝峰值20w笔/秒比较,比特币的 6-7笔/秒和以太坊的约20笔/秒实在是存在巨量差异。这意味着在大规模交易面前区块链系统的承压能力仍需大幅提高,并且解决这样的技术型难题,短期内很难实现。

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(2)共识机制业内都没有达成共识

某种角度,区块链行业因为落地和应用需要,做出了一定的妥协和改变,其强调的“去中心化”,在不少项目上都变成了“多中心化”,比如超级节点,这也是无可厚非。

但是,基于其分布式账本策略,这代表着需要很多主体记账且需要他们达成共识,然后目前阶段,业界在共识协议层面都存在分歧,且一些主流机制也有着硬性缺点,这可能会在后续发展中产生很大问题。

比如主流的pow ( Proof of Work),这种依赖机器进行数学运算来获取记账权的机制,资源消耗相比其他类别都高,同时每次达成共识需要全网共同参与运算,性能效率同比较低;又比如另一种PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance),也称实用拜占庭容错,此种机制有时候在系统上协调计算机或成员计算机时,可能会因系统错误而交换错的讯息,从而会有影响系统最终一致性的情况。

所以,仅仅是共识机制一项,区块链都还有很长路要走。

(3)效率和共识机制的平衡问题

前面两项分别说到效率和共识,但其实还有两者的平衡问题。也许前文会有人反驳,说现在一些的创新区块链技术,能达到每秒交易上千笔;但注意了,这个突破并不是区块链技术的进步,它可能是以牺牲一定的共识强度作为代价。两者的平衡到今天为止都很难把控。

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(4)51%攻击问题

很多人都觉得针对区块链51%的攻击,是一种可能,不具有太多的现实意义。然而就2018年这一年,几类加密货币都遭到了所谓的51%攻击,Verge、比特币黄金(BTG)相继成为受害者,这恰恰表明一个事实:都说区块链安全,但它也不是牢不可破。

个人理解,目前区块链的51%攻击,可能只能针对PoW机制的加密货币,是恶意矿工控制此类型区块链网络50%以上的哈希率后对网络发动的攻击。最重要的是,除了接管区块链网络可以让恶意矿工逆转交易、停止支付或防止新交易确认等,这些人还可以“double spending”,也就是“双花”, 从而从网络获取“免费”资金,然后拿到交易平台出售以换取其他加密货币,使攻击实现“兑现”。

所以,虽然51%攻击针对较大型区块链项目威胁不大,因为受到实现成本太高等因素影响;但相对一些山寨币和小型项目来说则大为不同,它的攻击成本远比想象中要低,安全性风险可能不容忽视。

(5)资源消耗弊端

这个问题一直存在。由于区块链的运作较为依赖网络节点贡献的算力,这些算力主要用于解决SHA256 哈希和随机数搜索,除此之外并不产生任何实际社会价值。因此这些算力资源属于资源浪费一类,除此还有大量的电力资源。

需要声明,这个问题绝非吹毛求疵,如果未来区块链会广泛应用,这个弊端也会被无限倍放大,而如何解决区块链运作而带来的资源占用和浪费,更应该是提前需要解决的重点弊端之一。

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还是拿数据说话。以挖矿为例,比特币的能源消耗问题根据最新排名,它的挖矿年耗电量预计约48.37太瓦时(TW,万亿瓦时),超过了全球用电量排名第54位的国家伊拉克。

然而,比特币还只是一个代表,其它名目繁多的币和区块链应用都具有同样的问题,因为他们均是基于共识机制运作;其中的POW机制因为应用广泛更能说明问题,就像一场赛跑,100个人冲上去,只有1个人能成功,其余99人都是失败者,而这99个人的努力,不会给这个社会带来任何效益,这属于巨大的资源浪费。

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