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筑巢數字:區塊鏈是什么,如何簡單易懂地介紹區塊鏈?

03-28

區塊鏈本質上是一個去中心化的分布式賬本數據庫。其本身是一串使用密碼學相關聯所產生的數據塊,每一個數據塊中包含了多次比特幣網絡交易有效確認的信息。 這是區塊鏈的定義,因此要逐步了解區塊鏈,我們需要 一步步了解如下東西。

去中心化

先來考慮一個中心化集中式處理的過程。你要在某寶上買一部手機,交易流程是:你將錢打給支付寶-支付寶收款后通知賣家發貨-賣家發貨-你確認收貨-支付寶把錢打給賣家。

圖1: 中心化集中式交易模式

在這個過程中,雖然你是在和賣家交易,但是這筆交易還牽扯到了除了你和賣家的第三方,即支付寶,你和賣家的交易都是圍繞支付寶展開。因此,如果支付寶系統出了問題便會造成這筆交易的失敗。并且雖然你只是簡單 的買了一個手機,但是你和賣家都要向第三方提供多余的信息。因此考慮極端情況,如果支付寶跑路了或者是拿了錢不卻不承認你的交易或者是支付寶所在的城市因為開G20把所有人都趕走了(?),那么你就悲劇了。

而去中心化的處理方式就要顯得簡單很多,你只需要和賣家交換錢和手機,然后雙方都聲稱完成了這筆交易,就OK了。

可以看出在某些特定情況下,去中心化的處理方式會更便捷,同時也無須擔心自己的與交易無關的信息泄漏。

其實如果只考慮兩個人的交易并不能把去中心化的好處完全展示出來,設想如果有成千上萬筆交易在進行,去中心化的處理方式會節約很多資源,使得整個交易自主化、簡單化,并且排除了被中心化代理控制的風險。

去中心化是區塊鏈技術的顛覆性特點,它無需中心化代理,實現了一種點對點的直接交互,使得高效率、大規模、無中心化代理的信息交互方式成為了現實。

當然,上述的例子有一個很大的潛在問題:沒有了權威的中心化代理,怎樣保證每筆交易的準確性和有效性呢?比如:如果沒有了權威的中心化代理,張三某一天借了我100塊錢,但是不還錢還不承認怎么辦?這里就引出 了區塊鏈的其它特性。

兩個基礎難題

在去中心化以后,整個系統中沒有了權威的中心化代理,信息的可信度和準確性便會面臨問題。

問題1:類兩軍問題

第一次聽說這個問題居然是在TCP的課上,大致說的是有兩個相距很遠的軍隊要傳遞信息,紅軍派遣一個信使去跟藍軍說:“你他娘的把意大利炮拿出來!”。藍軍收到信息后又派了一個信使去紅軍說:“收到指令!”。 然后紅軍又派一個信使去藍軍說:“知道你收到指令了!”。然后藍軍又派一個信使去紅軍說:“知道你知道我收到指令了!”。然后紅軍又派一個信使去藍軍說:“知道你知道我知道你收到指令了!”……然后就沒完沒了 了。

圖2:在分布式計算中在異步系統和不可靠的通道上達到一致性是不可能的

在這種情況下,因為是點對點的通信,雙方不可能在這種情況下達到信息的一致性。嚴謹一點,就是“在分布式計算上,試圖在異步系統和不可靠的通道上達到一致性是不可能的”。

問題2:拜占庭將軍問題

拜占庭羅馬帝國在軍事行動中,采取將軍投票的策略來決定是進攻還是撤退,也就是說如果多數人決定進攻,就上去干。但是軍隊中如果有奸細(比如將軍已經反水故意亂投票,或者傳令官叛變擅自修改軍令),怎么保證 最后投票的結果真正反映了忠誠的將軍的意愿呢?

拜占庭將軍問題反映到信息交換領域中來,可以理解為在一個去中心的系統中,有一些節點是壞掉的,它們可能向外界廣播錯誤的信息或者不廣播信息,在這種情況下如何驗證數據傳輸的準確性。區塊鏈技術的誕生現在讓 我們來一步一步在去中心化的系統中解決這些問題,見證區塊鏈技術雛形的誕生。

區塊鏈技術的誕生

現在讓我們來一步一步在去中心化的系統中解決這些問題,見證區塊鏈技術雛形的誕生。

1.我們先來建立一個去中心化的系統,為了方便理解,我們來看一個簡單的去中心化借貸模型:如果A借了B 100塊錢,這個時候,A在人群中大喊“我是A,我借給了B 100塊錢!”,B也在人群中大喊“我是B,A借給了我 100塊錢!”,此時路人甲乙丙丁都聽到了這些消息,因此所有人都在心中默默記下了“A借給了B100塊錢”。你看,這個時候一個去中心化的系統就建立起來了,這個系統中不需要銀行,也不需要借貸協議和收據,嚴格來說 ,甚至不需要人與人長久的信任關系(比如B突然又改口說“我不欠A錢!”,這個時候人民群眾就會站出來說“不對,我的小本本上記錄了你某天借了A100塊錢!”)。

圖3:去中心化借貸模型

2.可能你已經發現了,在上述的模型中,所謂的“100塊錢”已經不重要了?;瘓浠八?,任何東西都可以在這個模型中交換,甚至你可以憑空杜撰一個東西,只要大家承認,你就可以讓你杜撰的東西流通。比如:我在人群 中高喊一聲“我創造了10個查克拉!”,我甚至不需要知道查克拉是什么,也不需要關心世界上是不是真的有查克拉,只要大家都聽到,然后在自己的小本本上記下“LaiW3n有10個查克拉”,于是我就真的有100個查克拉了。 從此以后,我便可以聲稱我給了某人1個查克拉,只要路人甲乙丙丁都收到并且承認了這一信息,那我就算完成了這次交易,哪怕世界上沒有查克拉。

你現在腦海中是不是浮現出了三個字——“比特幣”?由于真正的區塊鏈和比特幣比我上述的模型復雜太多,細節也豐富太多,因此以下還是以查克拉舉例,畢竟本文是Blockchain for Babies.

3.假設過了很長一段時間,我憑空創造的查克拉已經在這個系統中流通了起來,大家都開始認可了查克拉。但是這個系統中一共就只有10個查克拉,于是有人動了壞心思,他在人群中高呼“我有10個查克拉!”怎么辦?大 家是直接在本本上記下他有10個查克拉么,這樣不是人人都可以偽造查克拉了么?

為了防止這種現象發生,我決定在我創造查克拉的時候給我的查克拉打上標記(更準確地說,我是給我喊的那句“我創造了10個查克拉”打上標記,比如標記為001),這樣以后在每一筆交易的時候,我在高喊“我給了某 某1個查克拉!”的時候,會附加上額外的一句話:“這1個查克拉的來源是記為001的那條記錄,我的這句話標記為002!”。我們再抽象一點,某人喊話的內容的格式就變成了:“這句話編號xxx,上一句話的編號是yyy,我 給了某某1個查克拉!”,這樣就解決了偽造的問題。其實上述模型就變成一個簡化的中本聰第一版比特幣區塊鏈協議:

 

圖4:查克拉模型和中本聰第一版區塊鏈協議對比圖

好了,看到這里你基本已經能夠生動形象又不涉及任何細節地向你的弱智室友解釋區塊鏈了。但是也許你的室友是一個有打破沙鍋問到底精神求是學子,因此你最好繼續準好回答以下這幾個問題。

1. “憑啥?”

你室友可能會問:“憑啥你喊一句話我就幫你記?我的小本本不要錢么?”。為了激勵大家幫我傳話和記賬,我決定給第一個聽到我喊話并且記錄在小本本上的人一些獎勵:第一個聽到我喊話并記錄下來的人,你就憑空得 到了1個查克拉,這個查克拉是整個系統對你幸苦記賬的報酬,而你記錄了這句話之后,要馬上告訴其它人你已經記錄好了,讓別人放棄繼續記錄這句話,并給你自己的記錄編號讓別人有據可查,然后你再把我的話加上你的記 錄編號一起喊出來,供下一個人記賬。

當這個規則定下以后,這個系統中一定會出現一批人,他們開始豎著耳朵監聽周圍發出的聲音,以搶占第一個記賬的權利。對的,你腦海中是不是又浮現出了“比特幣挖礦”的字眼?

值得一提的是,關于比特幣挖礦, @玲瓏邪僧舉了一個很形象的例子:

單身汪們要找女票,國民岳母說我有好多女兒,這樣吧我給你們出點題目,解出一個就給其中一個姑娘的微信號。單身汪們瘋狂競爭,想破腦袋去解題。只要其中一只汪解出一道題,就立馬得意洋洋地昭告天下,示威全部 單身汪,這個姑娘是我的啦,你們放棄吧。其他單身汪們即使不服也沒有辦法,惆悵懊惱也不是個事兒啊,還是麻溜地立馬去解下一道題目吧。這只喜贏姑娘的幸運小汪被岳母認可后還能得到25個貨幣單位的彩禮,簡直人生 贏家。

2. “聽誰的?”

在這個系統中,如果我和另一個人C幾乎同時地喊出一句:“為了艾澤拉斯!”。由于聽眾所處的位置不同,一定會有人先聽到我說的那句話,而另外一些人則先聽到C的那句話,如果我們規定只能有一個人說出這句話,那 到底這句話是誰說的?

如果不加任何條件,那么上述的情況一定會這樣發展:一部分人認為這句話是我說的,在聽到這句話之后開始記賬,之后他們所做的所有事情都是基于這個事實,并且隨著這個信息一次次的傳下去,這條信息鏈會越來越深 ;而另外一群認為是C先說這句話的人,也會按照這樣的趨勢發展。這樣,原本是一條唯一的信息鏈,在我們喊出“為了艾澤拉斯”這句話之后,分叉了???

圖5:“區塊鏈”分叉

這會導致怎樣的情況呢?按照我們的設想,應該每個人的小本本上記錄的東西都是一樣的,都是一條可以把所有信息串聯起來的鏈條。但是在這一刻,他們小本本上記錄的東西不一樣了!這還玩毛???以后還怎么確定交易 和信息的真實性???

為了解決這個問題,我又追加了新的規則:每個人在記錄小本本的時候,需要脫鞋然后用腳拿筆,在小本本上用正楷體書寫!有了這個規定,由于用腳寫字難度很大,每個人至少需要10分鐘才能寫完,而且由于每個人用腳 寫字的熟練度不通,寫完這句話所用的時間也不同,因此一定會有人先寫完然后高呼“我寫完了!那句話是LaiW3n喊的!”,這樣其它正在寫這句話的人便會停筆,然后在小本本上重新開始寫“那句話是來文寫的,上一句的 編號是xxx”。

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