首页 > 区块链 阅读:2,820

区块链是什么?超级详细,看了无师自通!

< 上一页区块链 加密数字货币前传下一页 >

区块链技术是由比特币创造的,本文也将从比特币开始进行引导,一步一步告诉大家什么是区块链。如果你想立马知道区块链是什么,也可以直接转到文章末尾的区块链定义
区块链,可能是当下最有前景又充满分歧的技术与经济趋势。它给数字世界带来了“价值表示”和“价值转移”两项全新的基础功能。其潜力正在显现出来,但当下它又处于朦胧与野蛮生长的阶段。

对比互联网的发展史,现在的区块链可能相当于 1994 年的互联网,即互联网刚刚进入大众视野的时期,那也是第一波互联网革命萌芽的时期。谷歌、亚马逊、Facebook、腾讯、阿里巴巴、优步、滴滴,甚至现在市值超万亿的苹果都得益于那一时刻。

现在区块链技术可能带来互联网的二次革命,把互联网从“信息互联网”带向“价值互联网”。在区块链的对照之下,人们发现,最初被形象地称为“信息高速公路”的互联网处理的是“信息”,而区块链能处理的是“价值”。

变革即将发生,未来已来。我们又一次处于革命的起点——价值互联网的变革,而要理解价值互联网的未来,我们先要搞明白区块链技术是什么。

让我们回到10年前,从中本聪(Satoshi Nakamoto)发明比特币的那一刻说起。

比特币的诞生

2009年1月3日,在位于芬兰赫尔辛基的服务器上,至今匿名的神秘技术极客中本聪生成了第一个比特币区块,即所谓的比特币创世区块(genesis block)。

在创世区块的备注中,中本聪写入了当天英国《泰晤士报》的头版头条标题:

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”
“《泰晤士报》,2009年1月3日,财政大臣站在第二次救助银行的边缘”

这样做,他记录了比特币系统启动和创世区块生成的时刻,又借这句话表达了对当时全球金融体系的暗讽。2009 年年初,全球金融体系刚经历了 2008 年金融危机的冲击,看起来摇摇欲坠。

在生成创世区块时,按自己设定的规则,中本聪获得了 50 个比特币奖励,这是最早的 50 个比特币。从创始区块开始,在比特币的账本上每 10 分钟就有新的数据区块被增加上去,新的比特币被凭空发行出来。比特币的去中心网络开始运转,扩展到现在的由数万个节点组成的全球网络。

在比特币的创世时刻,它的三个组成部分都出现了,即加密数字货币(cryptocurrency)、分布式账本(distributed ledger)、去中心网络(decentralized network),如下图所示。

比特币的三个组成部分
图1:比特币的三个组成部分

2008 年 10 月 31 日,中本聪向一个密码学邮件列表的所有成员发送了一个电子邮件,标题为“比特币:点对点电子现金论文”。
他写道:“我一直在研究一个新的电子现金系统,它完全是点对点的,无须任何的可信第三方。”比特币的起源应远早于这个日期,中本聪曾说,他从 2007 年 5 月就开始为比特币项目编程。2008 年 8 月,他注册了 bitcoin.org 域名,这是现在比特币项目的官方网址。

在邮件中,他附上了比特币白皮书的链接,论文题为“比特币:一个点对点电子现金系统”(Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System)。中本聪在2008年发表的这篇论文可能是互联网发展史上最重要的论文之一,其他重要论文有利克里德写的开启互联网前身阿帕网的“计算机作为一种通信设备”(1968年)、蒂姆·伯纳斯-李写的万维网协议(WWW)建议书“信息管理:一个建议”(1989年)、谷歌联合创始人谢尔盖·布林与拉里·佩奇写的搜索引擎论文(1998年)等。

可以合理地推测,中本聪不是一个学院派的研究型学者,他可能是一个做实际软件工程开发的工程师,因为他不只设计了比特币系统,还把它开发出来,让它在互联网上运行起来。他可能是先开发了软件,才写了上面提到的重量级论文,来解释自己的设计。

2008 年 11 月 16 日,中本聪公布了比特币系统的源代码。在发布白皮书、将软件代码开源后,在 2009 年 1 月 3 日这一区块链的创世时刻,最终他在互联网上上线了比特币网络。之后,中本聪和几个开发者在网上一起讨论想法,继续开发迭代。随着比特币网络的成熟,他的活动开始减少,比特币系统逐渐进入自治运转的状态。最终,在发明比特币系统 3 年后,自 2011 年 11 月后,中本聪永远不再出现。他成了一个永远匿名的传奇,没人知道他是谁,他只留下了自己的创造。

中本聪为什么创造比特币

在创造比特币的过程中,中本聪发明了区块链技术,区块链是源自比特币的底层技术。那么,他为什么要创造比特币?他想解决什么难题?

现在,比特币常被称为一种“加密数字货币”,人们常很关注其中的“货币”二字。其实,比特币并不具备现在各国法定货币的特征,它只是一种数字形式的特殊商品。比特币现在的市场价格和暴涨暴跌也影响着人们对它的看法,人们把它类比为黄金、郁金香等各种投资、投机标的。

但如果回到中本聪创造它的时刻,我们会看到,比特币的出现是源于技术极客想解决的一个技术难题:“在数字世界中,如何创造一种具有现金特性的事物?”“比特币:一个点对点电子现金系统”这个标题体现出了中本聪想解决的难题:他想创造在数字世界中可用的电子现金,它可以点对点也就是个人对个人交易,交易中不需要任何中介参与。

来对比看看。在物理世界中,一个人可以把现金纸币给另一个人,不需要经过诸如银行、支付机构、见证人等中介机构。

但由于数字文件是可复制的,复制出来的电子文件是一模一样的,因而在数字世界中,我们不能简单地用一个数字文件作为代表价值的事物。同时,我们在支付机构中有多少钱,并没有像一张张钞票一样的数字文件可以代表,钱仅是中心化数据库中的记录。

在数字世界中,当一个人要把现金转给另一个人时,必须要有中介机构的参与。比如,我们通过支付宝转账的过程是:支付宝在一个人的账户记录里减掉一定金额,在另一个人的账户记录中增加一定金额。

在数字世界中,如何创建一个无须中介或者说去中心化的数字现金,一直是一个难题。由于数字文件可以完美复制,如果没有一个中心化数据库做记录,那如何避免一个人把一笔钱花两次?

这就是所谓的双重支付或双花问题(double spending)。在比特币出现之前,我们熟悉的主要电子现金系统(如PayPal、支付宝等)都是依靠中心化数据库来避免双花问题,这些可信第三方中介不可或缺,见图 2。

比特币是点对点的现金,无须任何中介
图2:比特币是点对点的现金,无须任何中介

但在另一条道路即去中介或去中心化的电子现金这条路径上,有很多技术极客一直在做着各种尝试,只是一直未能获得最终的成功。

到了 2008 年,中本聪借鉴和综合前人的成果,特别是现在常被统称为密码朋克(cypherpunk)的群体的成果,改进之前各类中心化和去中心化的电子现金,加上自己的独特创新,创造了比特币这个点对点电子现金系统,在无须中介的情况下解决了双花问题。

特别地,比特币这个电子现金系统是同时去中介化和去中心化的:
  • 个人与个人之间的电子现金无须可信第三方中介的介入,这是去中介化。
  • 这个电子现金的货币发行也不需要一个中心化机构,而是由代码与社区共识完成,这是去中心化。

要注意的是,这个“电子现金”中的现金指的并非货币,它只是在解决难题的过程中被借用来在数字世界中代表价值的说法。这样说是为了便于理解,在现实中,最常见的代表价值的事物是现金。

最初,比特币这个用以表示价值的电子现金并没有价格。比特币系统只是在逻辑上可行的系统,是解决了一个难题的技术玩具。2010 年 5 月 22 日,在一个网络论坛上,有一个程序员用 1 万枚比特币换了两张棒约翰比萨的代金券,比特币第一次有了一个公允价格:1 万枚比特币价格为 25 美元。为了纪念这一天,每年的 5 月 22 日变成了区块链世界的一个节日——比特币比萨节。

此后,比特币虽然从来都不是货币,但逐渐地有了价值与价格。比特币的价格在自由市场交易中被确定,又持续、反复地大幅波动。但是,不管是从早期的 1132 美元跌掉一半,还是在 2017 年年底快速上涨到接近 2 万美元,又在几个月内跌到只有三分之一,比特币系统和它底层的区块链技术都保持稳定。

中本聪设计和编码实现的比特币电子现金系统至今已运转近十年。比特币系统已经从一个技术玩具变成一个运转得近乎完美的系统,并且看起来还将长期稳定地运转下去。

从比特币系统中发现区块链

在物理世界中,现金是一张张纸币,但其背后有着一整套与货币相关的金融体系:中央银行、银行、印钞厂、信用卡组织,以及后来出现的第三方网络支付机构等。

在数字世界中,想要创造一种去中介化、去中心化的“电子现金”,同样要设计一套完整的系统。这一系统要能解决以下一系列问题:
  • 这种“现金”如何公平、公正地发行出来,不被任何中心化的机构或个人控制?
  • 如何实现像在物理世界中一样,一个人可以直接把现金递给另一个人,无须任何中介的协助?
  • 这种电子现金如何“防伪”?在数字世界中,这个问题可转换为,一笔电子现金如何不被花费两次?

中本聪设计和开发了比特币系统,完美地解决了这些问题。说起比特币,人们常指的是比特币这种做价值表示的电子现金。其实,作为电子现金的比特币只是比特币系统的表层,比特币系统包括三层,见图3:
  • 最上一层是比特币这种电子现金。这是整个系统的应用层。
  • 中间一层的功能是发行比特币与处理用户间的比特币转移。这一层也叫比特币协议(bitcoin protocol),是整个系统的应用协议层。
  • 最底层是比特币的分布式账本和去中心网络。这一层也被称为比特币区块链(bitcoin blockchain),是整个系统的通用协议层。

比特币系统的三层命名(应用层、应用协议层、通用协议层)源自知名区块链研究者梅兰妮·斯万,她也提出了被广泛引述的一种阶段划分:区块链 1.0 是货币、区块链 2.0 是合约、区块链 3.0 是应用。
梅兰妮·斯万(Melanie Swan)著有《区块链:新经济蓝图及导读》(Blockchain:Blueprint for a new economy)。应用层、应用协议层、通用协议层的分类参见她的演讲。
一张图看清比特币与区块链
图3:一张图看清比特币与区块链

比特币系统实现的去中心化的点对点电子现金,其发行与转账靠的是中间的比特币协议层。类比现实货币系统,这一层的角色相当于中央银行(发行货币)与银行(处理转账)等金融机构。

来深入看看名为“比特币协议”的这一层。比特币系统架构图又常被进一步细分为五层(见图4),它对应的是比特币协议和比特币区块链两个部分。在这个五层架构中,比特币协议层被细分为:应用层、激励层和共识层。

比特币系统架构图
图4:比特币系统架构图

在设计比特币系统时,中本聪创造性地把计算机算力竞争和经济激励相结合,形成了工作量证明(proof-of-work,POW)共识机制,让挖矿计算机节点在计算竞争中完成了货币发行和记账功能,也完成了区块链账本和去中心网络的运维。这就形成了一个完整的循环:矿机挖矿(算力竞争),完成去中心化记账(运转系统),获得比特币形式的经济激励(经济奖励)。

比特币的工作量证明共识机制是承上启下的一层,连接了上层应用与下层技术:在其上的层次为电子现金的发行、转账、防伪;在其下的层次,去中心网络的节点达成一致,更新分布式账本。

之后在讨论区块链的现在与未来时,我们会不断地回到比特币系统的设计上来,它是一个简单又精妙的系统,融合技术和经济因素,是区块链所有创新的源头。

区块链的定义

至此,相信读者已经大概能明白了区块链是什么了,最后,再让我们从不同的角度给区块链下一个定义吧。

第一种区块链的定义(比较通俗)

比特币:一种加密数字货币;区块链:一种基础技术。

区块链是一种源自于“比特币”的底层技术。换句话说,比特币是区块链技术的第一个大获成功的应用。

第二种区块链的定义

区块链是数字世界中进行“价值表示”和“价值转移”的技术。区块链硬币一面是表示价值的加密数字货币或通证,另一面是进行价值转移的分布式账本与去中心网络。

分布式账本与去中心网络也常被称为“链”,它可被视为一个软件平台;而表示价值的通证常被称为“币”。

通证存储在链上,通过链上的代码(主要形式的智能合约)来管理,它是可编程的。

区块链是什么
图5:区块链的两种定义

【讨论】当我们说区块链时,我们在说什么

比特币系统包括三层:比特币、比特币协议、比特币区块链,即比特币的分布式账本与去中心网络。那么,从比特币系统来对照看,说区块链时,我们说的可能是什么?

从比特币系统看区块链是什么
图6:从比特币系统看区块链是什么

区块链这个说法包括四种可能性,所覆盖的范围逐步变大,见上图:
  • 可能性之一,区块链指的是比特币的数据结构,即由数据块(block)连接形成的链(chain),这也被称为“分布式账本”。在比特币白皮书中,中本聪分别提及了区块和链,但后来它们才被组合成了区块链(blockchain)这个新词。
  • 可能性之二,区块链指的是比特币的分布式账本和去中心网络的组合。对应于比特币系统,它指的是整个第三层比特币区块链。
  • 可能性之三,区块链指的是比特币系统的第二层(比特币协议)和第三层(比特币区块链)的组合。它包括分布式账本、去中心网络和比特币协议。
  • 可能性之四,区块链指的是整个比特币系统,包括所有三层,既包括价值表示的比特币,也包括了背后支撑的整个系统。从这个范围看,是把区块链看成一个既包括技术部分,又包括经济部分的完整系统。

大众在提及区块链时,常指的是第四种最大的范围,即“账本+网络+协议+货币”。在产业中,人们在提到区块链时,通常指的是第三种范围,即“账本+网络+协议”。而很多软件开发者在说起区块链时通常指的是第二种范围“账本+网络”,即分布式账本加去中心网络。

现在,包括我在内的很多人都有一种看法是,将基于区块链的价值表示物都称为通证,并把比特币等代币(coin)视为通证的一个特定种类。通常而言,提及加密数字货币、通证、代币时,我们指的都是基于区块链的、在数字世界中进行价值表示的事物。如果采用“通证”说法,区块链的最大范围包括的则是“账本+网络+协议+通证”。

相关文章推荐:
< 上一页区块链 加密数字货币前传下一页 >

QQ交流群