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分布式賬本有何神奇之處？區(qū)塊鏈就憑它搞定信任難題！一、區(qū)塊鏈定義區(qū)塊鏈技術自身仍然在飛速發(fā)展中，目前還缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和標準。wikipedia給出的定義為：A blockchain originally, block chain is a distributed database that maintains a continuously-growing list of data records hardened against tampering and revision. It consists of data structure blockswhich hold exclusively data in initial blockchain implementations, and both data and programs in some of the more recent implementationswith each block holding batches of individual transactions and the results of any blockchain executables. Each block contains a timestamp and information linking it to a previous block.最早區(qū)塊鏈技術出現(xiàn)在比特幣項目。作為比特幣背后的分布式記賬平臺，區(qū)塊鏈在無集中式監(jiān)管的情況下，穩(wěn)定運行了近八年時間，支持了海量的交易記錄，并未出現(xiàn)嚴重的漏洞。注：比特幣歷史上唯一已知的漏洞事件曾導致比特幣的惡意增發(fā)，但問題很快被發(fā)現(xiàn)并修正，相關非法交易被撤銷。公認的最早關于區(qū)塊鏈的描述性文獻是中本聰所撰寫的比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，但該文獻重點在于討論比特幣系統(tǒng)，實際上并沒有明確提出區(qū)塊鏈的定義和概念。在其中，區(qū)塊鏈被描述為用于記錄比特幣交易的賬目歷史。記賬技術歷史悠久，現(xiàn)代復式記賬系統(tǒng)（Double Entry Bookkeeping）是由意大利數(shù)學家盧卡帕西奧利，1494 年在Summa de arithmetica, geometrica, proportioni et proportionalit一書中最早制定。復式記賬法將對賬驗證功能引入記賬過程，提升了記賬的可靠性。從這個角度來看，區(qū)塊鏈是首個自帶對賬功能的數(shù)字記賬技術實現(xiàn)。更廣泛意義地看，區(qū)塊鏈屬于一種去中心化的記錄技術。參與到系統(tǒng)上的節(jié)點，可能不屬于同一組織，彼此互不信任；區(qū)塊鏈數(shù)據由所有節(jié)點共同維護，每個參與維護節(jié)點都能復制獲得一份完整記錄的拷貝。跟傳統(tǒng)的數(shù)據庫技術相比，其特點應該包括： 維護一條不斷增長的鏈，只可能添加記錄，而發(fā)生過的記錄都不可篡改； 去中心化，或者說多中心化，無集中的控制，實現(xiàn)上盡量分布式； 可以通過密碼學的機制來確保交易無法抵賴和破壞，并盡量保護用戶信息和記錄的隱私性。更進一步的，還可以將智能合約跟區(qū)塊鏈結合到一起，讓其提供除了交易功能外更靈活的合約功能，執(zhí)行更為復雜的操作（實際上，比特幣區(qū)塊鏈已經支持簡單的腳本計算）。這樣擴展之后的區(qū)塊鏈，已經超越了單純數(shù)據記錄的功能了，實際上帶有點“普適計算”的意味了。從技術特點上，可以看到現(xiàn)在區(qū)塊鏈技術的三種典型應用場景：二、基本原理區(qū)塊鏈的基本原理理解起來并不難?；靖拍畎ǎ?交易：對賬本狀態(tài)的改變，如添加一條記錄； 區(qū)塊：記錄一段時間內發(fā)生的交易和狀態(tài)，是對當前賬本狀態(tài)的一次共識； 鏈：由一個個區(qū)塊按照發(fā)生順序串聯(lián)而成，是狀態(tài)變化的日志記錄。如果把區(qū)塊鏈作為一個狀態(tài)機，則每次交易就是試圖改變一次狀態(tài)，每次生成區(qū)塊就是參與者對于其中包括的所有交易改變狀態(tài)的結果確認。在實現(xiàn)上，首先假設存在一個分布式的數(shù)據記錄本（這方面的技術相對成熟），這個記錄本只允許添加、不允許刪除。其結構是一個線性的鏈表，由一個個“區(qū)塊”串聯(lián)組成，這也是其名字“區(qū)塊鏈”的來源。新的數(shù)據要加入，必須放到一個新的區(qū)塊中來加入。而這個塊（以及塊里的交易）是否合法，可以通過一些手段快速檢驗出來。維護節(jié)點都可以提議一個新的區(qū)塊，然而必須經過一定的共識機制來對最終選擇的區(qū)塊達成一致。具體以比特幣為例來看如何使用了區(qū)塊鏈技術？客戶端發(fā)起一項交易后，會廣播到網絡中并等待確認。網絡中的節(jié)點會將一些等待確認的交易記錄打包在一起（此外還要包括此前區(qū)塊的哈希值等信息），組成一個候選區(qū)塊。然后，試圖找到一個 nonce 串放到區(qū)塊里，使得候選區(qū)塊的 hash 結果滿足一定條件（比如小于某個值）。一旦算出來這個區(qū)塊在格式上就合法了，就可以進行全網廣播。大家拿到提案區(qū)塊，進行驗證，發(fā)現(xiàn)確實符合約定條件了，就承認這個區(qū)塊是一個合法的新區(qū)塊，被添加到鏈上。當然，在實現(xiàn)上還會有很多的細節(jié)。比特幣的這種基于算力的共識機制被稱為 Proof of Work（PoW）。目前，要讓 hash 結果滿足一定條件并無已知的啟發(fā)式算法，只能進行暴力嘗試。嘗試的次數(shù)越多，算出來的概率越大。通過調節(jié)對 hash 結果的限制，比特幣網絡控制約 10 分鐘平均算出來一個合法區(qū)塊。算出來的節(jié)點將得到區(qū)塊中所有交易的管理費和協(xié)議固定發(fā)放的獎勵費（目前是 12.5 比特幣，每四年減半）。也即俗稱的挖礦。很自然會有人問，能否進行惡意操作來破壞整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)或者獲取非法利益。比如不承認別人的結果，拒絕別人的交易等。實際上，因為系統(tǒng)中存在大量的用戶，而且用戶默認都只承認他看到的最長的鏈。只要不超過一半（概率意義上越少肯定越難）的用戶協(xié)商，最終最長的鏈將很大概率上是合法的鏈，而且隨著時間增加，這個概率會越大。例如，經過 6 個塊后，即便有一半的節(jié)點聯(lián)合起來想顛覆被確認的結果，其概率將為 $frac126 = 1.6%$，即低于 $frac160$ 的可能性。注：熟悉Git的人，應該會贊嘆兩者在設計上的異曲同工之妙。三、區(qū)塊鏈分類根據參與者的不同，可以分為公開（Public）鏈、聯(lián)盟（Consortium）鏈和私有（Private）鏈。公開鏈，顧名思義，任何人都可以參與使用和維護，典型的如比特幣區(qū)塊鏈，信息是完全公開的。如果引入許可機制，包括私有鏈和聯(lián)盟鏈兩種。私有鏈，則是集中管理者進行限制，只能得到內部少數(shù)人可以使用，信息不公開。聯(lián)盟鏈則介于兩者之間，由若干組織一起合作維護一條