区块链知识科普

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行业历史背景

(1)比特币概况

区块链技术的首次也是最著名的应用是比特币(BitCoin ),一个在 2009年 1月初正式上线运行的去中心化数 字货币应用,他的创始人叫中本聪,但目前大家并不知道此人的真实身份。比特币不同于现代国家发行的货币,它 由分布式网络基于数学计算产生,总量恒定(2100万个,发行规律约为每四年减半),所有交易由全网节点共同记 账确保其不可篡改, 依靠密码学保障网络安全, 账户具有匿名性, 软件的代码开源, 更新与发展依靠网民社区自治。 (2)前比特币时代

虽然区块链技术的开端一般只追溯到 2008年中本聪发表的《比特币:一个点对点的电子现金系统》创世论文, 但是,区块链技术并非突然横空出世,而只是在前人不断艰难探索的基础上的集大成者。包括:经济学理论,如, 哈耶克的 《货币的非国家化》 , 凯恩斯的无客观本位货币与购买力理论, 弗里德曼的自动化系统取代中央银行设想; 博弈论,特别是 2005年诺贝尔经济学奖得主之一的托马斯·谢林的“共同知识(Common Knowledge)”概念;会 计学领域,由 Ian Grigg在 2005年提出的“三重记账法(Triple Entry Accounting)”;在计算机领域, BT 和 eMule 等 P2P 文件共享与传输技术,伯克利开放式网络计算平台(BONIC )的折叠蛋白质(Folding@home)和寻找外 星人(SETI@home)等网格计算项目,原本用于检测垃圾邮件的“可复用工作量证明(RPOW )”方法;密码学方面, 非对称椭圆曲线加密算法、哈希散列函数(Hash )、 Schnorr 数字签名算法、以及 Merkle Tree等具体方法的成熟 与广泛运用,为比特币区块链的诞生提供了必要条件。此外,最为重要的是各界人士特别是“密码朋克”们从 20世纪 80年代以来不断的尝试,其中最为有名的包括 e-gold (始于 1995年,如今却遗憾的早已被传销玩坏了)、早 期的 Ripple 支付和结算网络(始于 2004年)、 1990年大卫·乔姆(David Chaum)提出的 Ecash (注重隐私安全 的密码学网络支付系统)、 1998年密码学家戴伟(Wei Dai )提出的 B-money (被认为是比特币的精神先导)、 2005年尼克·萨博(Nick Szabo)提出的 Bitgold (非常类似于比特币的系统,但萨博不擅长编程,而后来的中本聪则 编程实现了比特币)。

(3)比特币热潮

随着系统本身的完善和相关知识不断普及, 比特币的知名度从极客圈慢慢向普通人群蔓延。 最重要的是, 当 2010年 5月 22日,一位程序员用一万个比特币向商家购买了价值 25美元的两块披萨之后,比特币拥有了“价值”。之 后,便有了更多的比特币支付案例,包括使用比特币进行捐款(如在银行渠道无法使用的情况下,向“维基解密” 和斯诺登的捐款)。

由于市场有需求,比特币交易网站、比特币 ATM 机、比特币信用卡等开始出现,在 2013年,塞浦路斯经济危 机等全球性事件将比特币的价格在短时间内不断推向高峰,最高时达 1200美元。由于有利可图,计算生产比特币 也就是俗称“挖矿”的方式从个人电脑 CPU 过渡到 GPU 显卡挖矿(因为显卡更擅长做大量的重复性计算),然后有 人研发了专业“矿机”,从 FPGA 到 ASCI 矿机,从 55、 40、 28到 14纳米,工艺细节也在不断改良,还有人建立了 专门的“矿场”(在电力相对便宜的西部地区)。

比特币的生产过程就是基于随机数计算出一个区块, 如果该区块的哈希值比当前难度值小且与当前难度值最接 近,则该区块就会被公认为是链上的下一个区块,由于该区块生产过程中也包含了一段时间内全网的比特币交易, 所以“挖矿”也被视为是争抢记账权,而作为记账的奖励,“矿工”将获得网络自动发放的比特币奖励和被打包交 易的转账费。

由于全网算力的不断提升,普通的单台矿机已经很难“挖”到比特币,于是出现了“矿池”,通过协议将分散 的算力接入一起计算, 最后 “挖” 到的比特币按照贡献大小比例分配, 矿池的运营和收益分配方式包括 pplns 、 pps 、 dgm 、 slush 等。

(4)山寨币和竞争币

因为比特币的源代码是公开的,所以当它变得很值钱的时候,就有一些人 fork 了它的代码,改动几个参数, 造出了“山寨币”。山寨币往往成为了不良商人诈骗、传销的工具,山寨币创造者往往通过宣传包装,吸引无知群 众购买,然后在较高价格砸盘套现跑路。

当然也有一些 fork 了比特币代码的人做了有益的技术探索和创新,我们常常称这一类衍生品为“竞争币”:莱特币(LiteCoin )针对比特币挖矿已经被矿机、矿池垄断了算力,试图用 scypt 算法(内存难度的)代替比特币 采用的 sha256算法,以抵抗矿机,试图使密码学货币保持去中心化(虽然在一年多之后莱特币矿机依然被发明出 来,但莱特币的尝试是值得肯定的,因而市场是有“比特是金、莱特是银”的说法);域名币(NameCoin ),针对 有人认为比特币“没有用”的质疑,域名币网络提供了分布式域名解析系统,它的专用域名是 .bit ,该域名管理不 是由传统的 DNS 服务器提供服务,而是分布在区块链上,有利于保障言论自由和隐私(2015年,域名币拓展区块链 服务到身份认证领域);质数币(PrimeCoin ),针对很多人对比特币挖矿是浪费能源的诟病,质数币将挖矿过程 改造为寻找质数(素数),成为 BONIC 那样的科学计算,而且也让提供算力资源的账户有数字货币的回报;猎人币 (HunterCoin )是第一次试图通过玩游戏的方式来挖矿,这个游戏就是猎人在地图上寻找金币,它的目的是通过无 法被机器替代的人玩游戏的行为,以此解决比特币“算力垄断”和“没有用”两个问题(但是很可惜,没多久,游 戏外挂就被发明了);暗黑币(DarkCoin )将密码学用到极致,混合采用了 11种加密算法,试图通过复杂的挖矿 算法破解“算力垄断”难题。

有些人认为,是 POW (Proof Of Work,工作量证明机制)导致了比特币的一些问题,特别是浪费能源的问题, 于是开始尝试 POS (Proof of Stake,权益证明机制),未来币(Nextcoin )是最早采用 POS 机制的数字货币;再 后来,点点币(PPCoin )采用了 POW 与 POS 相结合的方式,试图使区块链网络兼具节能和安全两种特性。此外,在 POS 基础上还发展出了 DPOS (股份授权证明机制)机制,类似于现实中的议会制度,只能由选举产生的代表节点进 行记账。

(5)乱象与发展

比特币及其它数字货币在发展过程中,因为涉及到金钱,难免催生出很多的乱象:各种拙劣的、没有技术含量 的骗局层出不穷 (传销与诈骗) ; 用户的钱包秘钥文件被木马盗走; 交易所倒闭 (曾经全球最大的比特币交易所 MT.GOX 于 2014年初宣布破产)、跑路(注册地为中国香港的 GBL 交易所的管理层携款潜逃)、伪造交易记录、挪用用户资金;为了逐利,有人用公有设备挖矿(哈佛大学研究员用超级计算机挖矿、 bitcointalk 论坛上某地方政府机房 承建商咨询如何做一个外表是电脑实际是矿机的方案);交易市场也开发出了杠杆、期货等各种金融新玩法,利用 人性挖掘利益;由于比特币的匿名性、全球流动特点,一些网上博彩网站使用比特币作为筹码,也成为了洗钱的渠 道(由于比特币其实也具有可追踪溯源的特性,居然也有商家提供“洗币”服务,如很多桩大额被盗的比特币都流 往 Bitcoin Fog 进行混币,近来的 Zcash 则是一款号称依靠“零知识证明”实现真正隐私保护的数字货币),在臭 名昭著的“丝绸之路(SilkRoad )”网站上,曾有大量的比特币用于购买毒品、枪支、信用卡及个人信息等非法物 品,由于“丝绸之路”网站采用了“洋葱网络(tor )”和 PGP 加密,无法被当局管制,直到 2013年底, FBI 才抓 获了其经营者,将该网站关闭(之后还曾一度短暂出现过“ SilkRoad2.0”,近来也出现了基于区块链的去中心化 交易市场项目,比如 ZeroNet )。

固然是利益作祟,才导致比特币的世界乱象重生,但是,也恰是有经济利益驱动,才使比特币技术破解了“拜 占庭将军难题”,使得陌生人之间的信任和全网共识成为可能。所以,技术的问题还是要靠技术解决。为了解决资 金的安全性问题,布道者提倡大额比特币存自己的节点钱包里,而不是实际上中心化的交易所或“云钱包”中,推 荐大额钱包的文件冷备份,普及离线签名技术,因此有了“冷钱包”和“热钱包”之说,进而衍生了“硬件钱包” 和“脑钱包”。

比特币作为一款软件,面临最大的挑战,其实也是来自自身的技术方面:2010年 8月,有人利用大整数溢出漏 洞“挖”出了 1844亿个比特币,开发人员迅速升级软件并启动硬分叉,化解了危机; 2013年 3月,由于 0.8版与 0.7版共识机制不兼容,导致比特币网络分叉,后经社区在几个小时内协商一致,矿池统一暂时退回 0.7版,解决 了问题。作为一个市值亿万的网络,每天都在经受着 DDos 等各种攻击,各路黑客高手无不想破解它,但是近八年 来却仅仅只有这两次重大的技术事故,且都能迅速解决,足见区块链网络的安全性。