区块链是嘛?

阅读  ·  发布日期 2017-12-23 13:43  ·  陌小呆
比特币是区块链,但是区块链并不是比特币。
于是,在区块链的这个问题回答里,提到“矿工”,“挖矿”,“最长链”,“分叉”等等词的,其实都不准确。
因为讲比特币的人很多,懂比特币的人也很多,但是具体到区块链,现在并没有一个很清楚的定义说什么是区块链,基本上所有的介绍里都是这样的:

比特币——〉区块链是比特币的底层技术。或者比特币——〉

比特币是一种区块链。具体到什么是区块链的问题,目前没有看到很好的定义和介绍,更多的是大而化之地讲区块链的意义在哪里的空泛文章,要不然就是一水的矿工和挖矿。所以我来从纯理论角度说一下我个人对区块链的定义:
1,区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库(系统)。
2,区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。
3,区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。

具有以上三个性质的系统,就是区块链。

1、区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库(系统)。
这里的要点有两个:
(1)分布式,(2)非安全环境。

首先,这是一个分布式的,去中心化的系统。所以,有一个中心服务器或者节点的,不是区块链。节点都是安全的,无恶意的,那这不是区块链。同理,从应用的角度讲,如果你的应用必须要使用中心节点(例如要用超级计算机做深度学习)或者没必要考虑节点不安全的情况(例如某个安全的工厂里的传感器),那么并不需要考虑区块链技术。

至于后面的词“数据库”,目前大部分成熟的区块链都是数据库,例如比特币就是一个分布式账本,而账本其实就是数据。然后,根据数据的格式,又可以分三种——1,数据是完全不相关的,只是达成的共识,没有有效无效之分;2,数据有某些逻辑结构,例如账本中,一笔交易实际上除了金额,还有输入和输出,连接到之前的交易,这些数据需要通过逻辑验证(例如交易中,节点需要验证输入的交易是否有效);3,数据拥有图灵完备的逻辑,而验证的时候需要通过节点使用算力运算,每笔交易可以有不同的输出和状态,每个节点要做的不仅仅是验证交易的真实性和输入的正确性,还要根据交易里的逻辑读入数值,进行验算然后再验证结果。

比特币的系统就是第二种,又叫分布式账本;以太坊是第三种。第三种可以支持智能合约。

用比特币举例的话,1,它是一个完全去中心化的系统,2,它放在一个非安全的环境,它并不要求所有使用比特币的人都没有恶意。

2、区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。
这个是误解最多的部分,因为很多人一提到区块链就只觉得是这个。诚然,这部分很重要,而且确实区块链也因此得名,但这只是区块链的定义的一部分。

这个部分的两个核心要点是:(1)密码学哈希函数,(2)非对称加密。

3、区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。

共识算法的目的,就是让所有节点对于新增区块达成共识,也就是说,所有人都要认可新增的区块。对于有中心的系统,这事很简单,中心说什么大家同意就好了,但是放到去中心化系统里,尤其是当有些节点有恶意的时候,这东西非常复杂。

这个问题被搁置了很久,直到比特币的诞生——中本聪从某种意义上简化了这个问题,在比特币中,同样是共识问题,中本聪引入了一个重要的假设——奖励,他之所以能这样做的原因是,他考虑的是一个数字货币,也就是说共识这个东西是有价值的。

于是在这样的系统上,他提出了工作证明机制。
所有挖矿,矿工,最长链,分叉等等等等,都可以归结为一句话:
说话是要有代价的,说真话是有好处的,说假话是要扣钱的……

这就是目前两类共识算法的核心区别:BFT共识模型:恶意节点可以干任何事。

比特币共识模型:模型中有公认的“价值”,每个节点说话都需要一定代价,诚实节点会受到奖励,而恶意节点由于只付出代价而收不到奖励,变相受到了惩罚。

简单来说,BFT共识和比特币共识的区别可以这么理解:
BFT共识:
来,大家开个会讨论一下集思广益啊,讨论出大家都满意的结果为止。
问题:开会的效率大家都懂,人越多越不容易出结果。只能用于少数节点,用于上千个节点的话……大家想象一下一天开一次人大的场景。

比特币共识:
你的诗念得不错,组织已经决定了,今天就你来当领导了,做得好有奖,做不好扣钱。
问题:奖励几千块钱还好,奖励几分钱谁好好干?

而区块链也就因此被分成了泾渭分明的两类,很多人都听过什么公有链私有链联盟链,但是,如果你们以为这是根据应用区分的就大错特错,其实,这两种区块链最本质的区别,还是因为共识模型或者说算法不同——BFT算法没法应用于大量节点,所以用BFT算法的就没法做公有链。而比特币共识得有个价值体系,这东西去做私有链联盟链就很不靠谱,因为一个单纯逐利的人的假设还算靠谱,但是如果对象是公司的话,公司的利益就太复杂了,不能简单认为他们只追逐区块链上那点价值。

1,公有链,以比特币,以太坊和所有虚拟货币为代表,都采用比特币共识,共识算法基本上都采用工作证明机制,也就是挖矿那些,这种机制其他回答里已经讲得够清楚了,就略过。工作证明一切都好,除了费电……费多少电呢?比特币的话,差不多和一个百万人级别的城市那么多。此外以太坊的创始人特别喜欢权益证明,似乎很快要小范围投入使用(100个区块里一个用权益证明)。但是目前为止,大家对这东西的可靠性还持观望态度。

2,私有链和联盟链。以IBM的hyperledger-fabric,以及一大堆其他的类似于tendermint,甚至R3 corda和ripple为代表,都用BFT共识。其实这方面的应用已经很多了,问题是,
1,目前基本上所有应用给人的感觉都还是为了做区块链而区块链,真的觉得这东西好到不可或缺的应用还基本没有。
2,由于为了区块链而区块链,其实很多场景的安全性和可靠性还值得怀疑,这点经常被被公有链的支持者诟病。

嘛,以上就是个人定义的区块链了,顺带概述一下现在区块链领域的发展。所有人都在讲比特币,都在讲挖矿,都在讲工作证明……工作证明不能说过时,也的确是现在公有链唯一可靠的共识算法,但是这东西确实是业界除了比特币死忠之外谁都不想要的东西好吗……