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区块链的起源

  • 起源
  • 2018-07-25
简介 区块链(Blockchain)是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。通俗一点说,区块链技术就指一种全民参与记账的方式,系统中每个人都可以来进行记账

区块链(Blockchain)是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。通俗一点说,区块链技术就指一种全民参与记账的方式,系统中每个人都可以来进行记账,系统会评判这段时间内记账最快最好的人,把他记录的内容写到账本,并将这段时间内账本内容发给系统内所有的其他人进行备份。这样系统中的每个人都了一本完整的账本。这种方式,我们就称它为区块链技术。
区块链的概念来源于比特币,它是由中本聪在2008年发表的比特币白皮书《比特币:一种点对点的电子现金系统》而提出,他这样写道:“我们非常需要这样一种电子支付系统,它基于密码学原理而不基于信用,使得任何达成一致的双方,能够直接进行支付,从而不需要第三方中介的参与。杜绝回滚支付交易的可能,这就可以保护特定的卖家免于欺诈;而对于想要保护买家的人来说,在此环境下设立通常的第三方担保机制也可谓轻松加愉快。在这篇论文中,我们将提出一种通过点对点分布式的时间戳服务器来生成依照时间前后排列并加以记录的电子交易证明,从而解决双重支付问题。只要诚实的节点所控制的计算能力的总和,大于有合作关系的攻击者的计算能力的总和,该系统就是安全的。”


区块链特点


去中心化+不可篡改+可追溯+匿名性+自治性构筑区块链核心应用能力

特点一:去中心化。去中心化意味着,在区块链网络中分布着众多的节点,节点与节点之间可以自由连接进行数据、资产、信息等的交换,而无需通过第三方中心机构。例如我们目前常规的转账需要通过银行这个中心机构,在区块链网络中,我们将能实现直接点对点的转账。

特点二:不可篡改。区块链使用了密码学技术来保证区块链上的信息不被篡改,主要用到的是密码学中的哈希函数以及非对称加密。

特点三:可追溯。区块+链的形式保存了从第一个区块开始的所有历史数据,连接的形式是后一个区块拥有前一个区块的HASH值,区块链上任一一条记录都可通过链式结构追溯本源。

特点四:匿名性。由于节点之间的交换遵循固定的算法,其数据交互是无需信任的(区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效),因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任,对信用的累积非常有帮助。

特点五:自治性。区块链采用基于协商一致的规范和协议(比如一套公开透明的算法)使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据,使得对“人”的信任改成了对机器的信任,任何人为的干预不起作用。


一、 区块链的连接

矿工会根据工作量证明每过特定时间挖到新的区块(如比特币:根据难度系数,工作量证明算法全网算力大概10分钟左右才能产生一个新区块;难度系数会根据全网算力的增加而调整,永远保证大概10分钟产生一个新的区块)。节点会在”父区块哈希值“字段找出包含它的父区块的哈希值。这是节点已知的哈希值,也就是如下图中第277314块区块的哈希值。故这个区块是这个链条里的最后一个区块的子区块,因此现有的区块链得以扩展。节点将新的区块添加到链条的尾端,使区块链变长到一个新的高度277315。
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下图展示了三个区块的连接:

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 区块链比特币创世区块信息

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二、交易(Transactions)

我们定义,一枚电子货币(an electronic coin)是这样的一串数字签名:每一位所有者通过对前一次交易和下一位拥有者的公钥(Public key) 签署一个随机散列的数字签名,并将这个签名附加在这枚电子货币的末尾,电子货币就发送给了下一位所有者。而收款人通过对签名进行检验,就能够验证该链条的所有者。

2.1 复式记账薄式交易

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2.2 交易中的输入与输出

一笔数字货币的交易是一个含有输入值和输出值的数据结构。该数据结构植入了将一笔资金从初始点(输入值)转移至目标地址(输出值)的代码信息。数字货币交易的输入值和输出值与账号或身份信息无关。你应该将它们理解成一种被特定密钥信息锁定的一定数量的数字货币。只有拥有者这个密钥信息的人可以解锁。

交易流程图

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一般交易,最常见的交易形式是从一个地址到另一个地址的简单支持。这种交易也常常包含给支付者”找零“。

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集合型交易,是集合多个输入到一个输出的模式,相当于现实生活中将很多硬币和纸币兑换为一个 大额面钞。

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分散型交易,是将一个输入分配给多个输出,这类交易类似于老板给员工发工资的情形,从一个账号转账给多个账号。

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2.3 交易数据(Transactions Data)

下图为比特币的交易数据结构:

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三、工作量证明(Proof-of-Work
 
工作量证明(Proof Of Work,简称POW),简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等,也是通过检验结果的方式(通过相关的考试)所取得的证明。
工作量证明中包含了两层含义:
  1. 工作者需要完成的工作必须有一定的量,这个量由工作验证者给出;
  2. 验证者可以迅速的检验工作量是否达标,注意这里的检验完成过程必须简单;
区块链的一个关键点就是,一个人必须经过一系列困难的工作,才能将数据放入到区块链中。正是这种困难的工作,才使得区块链是安全和一致的。此外,完成这个工作的人也会获得奖励(这也就是通过挖矿获得币)。
在比特币中,这个工作的目的是为了找到一个块的哈希,同时这个哈希满足了一些必要条件。这个哈希,也就充当了证明的角色。因此,寻求证明(寻找有效哈希),就是实际要做的事情。
工作量证明的算法可以大概描述为:在一个时间段同时有多台服务器对这一段时间的交易进行打包,打包完成后连带区块Header信息一起经过SHA256算法进行运算。在区块头以及奖励交易coinbase里各有一个变量nonce,如果运算的结果不符合难度要求,那么就调整nonce的值继续运算。如果有某台服务器率先计算出了符合难度值的区块,那么它可以广播这个区块。其他服务器验证没问题后就可以添加到现有区块链上,然后大家再一起竞争下一个区块。这个过程也称为挖矿
 
四、区块链常用术语比特币
 

1、Blockchain——区块链

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。是一个共享的分布式账本,其中交易通过附加块永久记录。
 

2、Block——区块

在比特币网络中,数据会以文件的形式被永久记录,我们称这些文件为区块。一个区块是一些或所有最新比特币交易的记录集,且未被其他先前的区块记录。
 

3、区块头

区块头里面存储着区块的头信息,包含上一个区块的哈希值(PreHash),本区块体的哈希值(Hash),以及时间戳(TimeStamp)等等。
 

4、中本聪

自称日裔美国人,日本媒体常译为中本哲史,此人是比特币协议及其相关软件Bitcoin-Qt的创造者,但真实身份未知。
 

5、加密货币

加密货币是数字货币(或称虚拟货币)的一种。是一种使用密码学原理来确保交易安全及控制交易单位创造的交易媒介。
 

6、Node——节点

由区块链网络的参与者操作的分类帐的副本。
 

7、Oracles    

Oracle通过向智能合约提供数据,它现实世界和区块链之间的桥梁。
 

8、去中心化

去中心化是一种现象或结构,必须在拥有众多节点的系统中或在拥有众多个体的群中才能出现或存在。节点与节点之间的影响,会通过网络而形成非线性因果关系。
 

9、共识机制

共识机制是通过特殊节点的投票,在很短的时间内完成对交易的验证和确认;对一笔交易,如果利益不相干的若干个节点能够达成共识,我们就可以认为全网对此也能够达成共识。
 

10、Pow——工作量证明

Proofof Work,是指获得多少货币,取决于你挖矿贡献的工作量,电脑性能越好,分给你的矿就会越多。

 

11、PoS——权益证明

Proofof Stake,根据你持有货币的量和时间进行利息分配的制度,在POS模式下,你的“挖矿”收益正比于你的币龄,而与电脑的计算性能无关。
 

12、智能合约

智能合约是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易,这些交易可追踪且不可逆转。
 

13、时间戳

时间戳是指字符串或编码信息用于辨识记录下来的时间日期。国际标准为ISO 8601。
 

14、图灵完备

图灵完成是指机器执行任何其他可编程计算机能够执行计算的能力。一个例子是Ethereum虚拟机(EVM)。
 

15、51%攻击

当一个单一个体或者一个组超过一半的计算能力时,这个个体或组就可以控制整个加密货币网络,如果他们有一些恶意的想法,他们就有可能发出一些冲突的交易来损坏整个网络。
 

16、Dapp——去中心化应用

是一种开源的应用程序,自动运行,将其数据存储在区块链上,以密码令牌的形式激励,并以显示有价值证明的协议进行操作。
 

17、DAO——去中心化自治组织

可以认为是在没有任何人为干预的情况下运行的公司,并将一切形式的控制交给一套不可破坏的业务规则。
 

18、DistributedLedger——分布式账本

数据通过分布式节点网络进行存储。分布式账本不是必须具有自己的货币,它可能会被许可和私有。
 

19、DistributedNetwork——分布式网络

处理能力和数据分布在节点上而不是拥有集中式数据中心的一种网络。
 

20、预言机

预言机是一种可信任的实体,它通过签名引入关于外部世界状态的信息,从而允许确定的智能合约对不确定的外部世界作出反应。预言机具有不可篡改、服务稳定、可审计等特点,并具有经济激励机制以保证运行的动力。


21、零知识证明

零知识证明由S.Goldwasser、S.Micali及C.Rackoff在20世纪80年代初提出的。它指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下,使验证者相信某个论断是正确的。
 

22、PrivateKey——私钥

私钥是一串数据,它是允许您访问特定钱包中的令牌。它们作为密码,除了地址的所有者之外,都被隐藏。
 

23、PublicKey——公钥

是和私钥成对出现的,公钥可以算出币的地址,因此可以作为拥有这个币地址的凭证。
 

24、AES——高级加密标准

密码学中的高级加密标准(Advanced Encryption Standard,AES),又称Rijndael加密法,是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
 

25、Wallet——钱包

一个包含私钥的文件。 它通常包含一个软件客户端,允许访问查看和创建钱包所设计的特定块链的交易。
 

26、冷钱包

通俗来说冷钱包就是将数字货币进行离线下储存的钱包,玩家在一台离线的钱包上面生成数字货币地址和私钥,再将其保存起来。而冷钱包是在不需要任何网络的情况下进行数字货币的储存,因此黑客是无法进入钱包获得私钥的。
 

27、SPV——轻钱包

轻钱包依赖比特币网络上其他全节点,仅同步与自己相关的数据,基本可以实现去中心化。
 

28、全节点

全节点是拥有完整区块链账本的节点,全节点需要占用内存同步所有的区块链数据,能够独立校验区块链上的所有交易并实时更新数据,主要负责区块链的交易的广播和验证。
 

29、Byzantinefailures——拜占庭将军问题

拜占庭将军问题是由莱斯利·兰伯特提出的点对点通信中的基本问题。含义是在存在消息丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的方式达到一致性是不可能的。因此对一致性的研究一般假设信道是可靠的,或不存在本问题。
 

30、超级账本

超级账本(hyperledger)是Linux基金会于2015年发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目。通过创建通用的分布式账本技术,协助组织扩展、建立行业专属应用程序、平台和硬件系统来支持成员各自的交易业务。

 

31、闪电网络

闪电网络的目的是实现安全地进行链下交易,其本质上是使用了哈希时间锁定智能合约来安全地进行0确认交易的一种机制,通过设置巧妙的“智能合约”,使得用户在闪电网络上进行未确认的交易和黄金一样安全。
 

32、P2P——对等网络

即对等计算机网络,是一种在对等者(Peer)之间分配任务和工作负载的分布式应用架构,是对等计算模型在应用层形成的一种组网或网络形式。
 

33、Mining——挖矿

挖矿是获取比特币的勘探方式的昵称。利用电脑硬件计算出币的位置并获取的过程称之为挖矿。
 

34、矿工

尝试创建区块并将其添加到区块链上的计算设备或者软件。在一个区块链网络中,当一个新的有效区块被创建时,系统一般会自动给予区块创建者(矿工)一定数量的代币,作为奖励。
 

35、矿池

是一个全自动的挖矿平台,使得矿工们能够贡献各自的算力一起挖矿以创建区块,获得区块奖励,并根据算力贡献比例分配利润(即矿机接入矿池—提供算力—获得收益)。
 

36、公有链

完全开放的区块链,是指任何人都可读取的、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认的、全世界的人都可以参与系统维护工作,任何人都可以通过交易或挖矿读取和写入数据。
 

37、私有链

写入权限仅面向某个组织或者特定少数对象的区块链。读取权限可以对外开放,或者进行任意程度地限制。
 

38、联盟链

共识机制由指定若干机构共同控制的区块链。
 

39、主链

主链一词源于主网(mainnet,相对于测试网testnet),即正式上线的、独立的区块链网络。
 

40、侧链

楔入式侧链技术(pegged sidechains),它将实现比特币和其他数字资产在多个区块链间的转移,这就意味着用户们在使用他们已有资产的情况下,就可以访问新的加密货币系统。

 

41、跨链技术

跨链技术可以理解为连接各区块链的桥梁,其主要应用是实现各区块链之间的原子交易、资产转换、区块链内部信息互通,或解决Oracle的问题等。
 

42、硬分叉

区块链发生永久性分歧,在新共识规则发布后,部分没有升级的节点无法验证已经升级的节点生产的区块,通常硬分叉就会发生。
 

43、软分叉

当新共识规则发布后,没有升级的节点会因为不知道新共识规则下,而生产不合法的区块,就会产生临时性分叉。
 

44、Hash——哈希值

一般翻译做"散列",也有直接音译为"哈希"的。简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。
 

45、哈希率

假设挖矿是解一道方程题,而且只有把每个整数代入才能算出来,那么哈希率就是每秒处理数据的速度。
 

46、hashtree——哈希树

哈希树是一种树形数据结构,每个叶节点均以数据块的哈希作为标签,而非叶节点则以其子节点标签的加密哈希作为标签。
 

47、SHA256

SHA-256是比特币一些列数字货币使用的加密算法。然而,它使用了大量的计算能力和处理时间,迫使矿工组建采矿池以获取收益。
 

48、Kyc

KYC是Know Your Customer的缩写,意思是了解你的客户,在国际《反洗钱法》条例中,要求各组织要对自己的客户作出全面的了解,以预测和发现商业行为中的不合理之处和潜在违法行为。


 
 

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