区块链货币的技术原理分析

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区块链货币的技术原理区块链(Block Chain)是一种由多个独立节点分散记录的分布式数据库,在2009年由化名中本聪的开发者在比特币(Bitcoin)系统中提出与实现,其他开发者随之在一些新货币系统(如莱特币、Ripple XRP)中进行了借鉴与改造。

以比特币为例,比特币系统的区块链由一连串加密的数据块(block)构成,每个数据块中包含一定个数的比特币,并记录了每一单位比特币的当前所有者(公匙)与历史交易记录(比特币最小单位是0.00000001比特币)。比特币系统的区块链类似于一个无所不包的分布式账本,由对等的P2P网络节点共同保存。

为节省存储空间,每个节点也可选择不保存区块链中的早期数据。在比特币系统中,每10分钟内发生的所有有效交易,被统一记录在一个新增数据块中,随之被链接到整条区块链的尾部。在新数据块的生成过程中,所有参与比特币系统计算的网络节点,有一定概率获得新数据块中比特币的初始所有权(这一过程被称为“挖矿”)。

在比特币系统中,每个账户由一对公匙、私匙构成,有私匙的人就是账户的拥有者,拥有公匙及其对应比特币的所有权。如果A要给B转一笔钱,A就把钱的数量加上B的公匙,用自己的钥匙签名,然后把签过名的交易单尽量广播到比特币系统中,最终让每个节点进行记录。当B看到A的公匙时,可以得知是A转给了他一定数额的比特币。B从比特币系统中不断收到其他节点的确认信息,当B收到足够多的确认信息后,就可以认为A的支付是有效的。

区块链货币的技术原理分析

交易延时性区块链记录在所有节点中,因此,区块链货币的交易,依赖区块链货币系统中所有节点对交易的确认。以比特币系统为例,每隔10分钟,每个比特币系统网络节点对收到的交易账单汇总一次,制造新的数据块。由于比特币系统网络节点很多,交易账单不可能迅速广播到全网络。

因为每个小群体都可能认为他们看见的那部分更长更有效,多个全局账单的分支可能同时共存。但是,若有节点发现另一条分支更长,它就会转换阵营。所以,有一定的可能性,一份账单被一个小群体接受,但在一段时间后,被更大的阵营抛弃。在数学上可证明,一份账单经过6次确认后(生成6个数据块后),被滚回和撤销的概率即可忽略不计。因此,若要保证交易的不可逆转,一般要等待6个数据块完全确认,这大概需要1个小时时间。

如果要缩短交易确认时间,则需要减少数据块的生成时间。但是,数据块生成时间缩短(例如从10分钟缩短至1分钟),全局账单的分支就越多。为了确保交易不被滚回、降低交易被撤销的风险,就需要提高数据块的确认次数,这就延长了交易时间。例如,莱特币生成数据块的时间较比特币短,但是为了保证交易的不可逆性,莱特币交易一般需要24次确认,总耗时与比特币接近。

区块链货币的技术原理分析

交易安全性区块链货币依赖独立、对等的P2P网络节点来保存所有的交易记录,因而,从理论上来说,若有人能控制所有网络节点的半数以上,则可以修改现有区块链货币的交易记录,这就是所谓的“51%攻击”问题。

以比特币为例,如果某机构掌握了比特币全网半数以上的计算力,就可以运用手中的计算力,从自己对外付款交易之前的数据块开始,忽略自己所有对外的付款交易,重新构造后面的数据块,利用计算力优势与比特币系统剩余部分赛跑。若本系统最终创建的数据块长度超过原主分支,则成为新的主分支。这样,可以修改最近的任意交易记录,抹去最近的任意一笔交易。

从统计上来看,区块链货币系统中的网络节点越多、计算力越强,半数以上网络节点被单一主体控制的概率就越低。截止至2016年6月底,比特币全网计算力每秒超过1200P(1P=1024T,1T=1024G),只有几大矿池联合,才具有发动51%攻击的实力,普通个人或机构实施51%攻击的可能性越来越小。但是,矿池持有大量比特币,51%攻击会严重伤害人们对比特币系统的信任度,会导致比特币价格暴跌,矿池持有的比特币会变得一文不值。

正常情况下,矿池出于自身的利益,不会用51%攻击收回自身交易出去的比特币,反而会主动规避持有比特币比例过大的情况。

区块链货币的技术原理分析

货币系统的控制权现行大多数区块链货币,货币的生产、转移支付,都由相互独立、对等、去中心化的P2P网络节点共同完成,没有一个明确的发行、结算、控制中心。比特币是一种典型的去中心化的区块链货币。除非取得半数以上节点支持,没有一个节点(包括比特币系统的创造者中本聪在内),可以独自修改比特币的生产总量、货币分配与交易规则。

在货币供应量方面,根据比特币系统算法,在比特币创建的最初4年里,会有1050万个比特币被制造出来;每隔4年,每个新增数据块包含的比特币减少一半。因此,在第5到第8年中,会有525万个比特币被制造,在第9到第12年中,会生产262.5万个比特币,依此类推。因此,比特币的累积总量,在数学上是一个递减等比数列的累加。到 2140 年,比特币的累积总量会趋近于2100万个。这使得比特币具有与黄金类似的特征,任何机构都无法控制比特币的生产总量,杜绝了滥发货币的可能性,有利于公众形成稳定的货币供给预期与货币币值预期。

由商业公司OpenCoin基于区块链技术构造的Ripple货币系统,就具有一个传统意义上的支付结算中心。Ripple货币系统创立时,OpenCoin公司发行了1000亿Ripple XRP币,且承诺总额不再增加,并在2013年9月公开了源代码。但是,中心化的电子货币意味着货币总量可以被中心节点修改,OpenCoin公司仍有独自修改Ripple系统代码的能力,且不需要其他货币持有人加以确认。