本文主要是從六個(gè)角度給大家分析，產(chǎn)品經(jīng)理需要掌握的一些區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)，文章有點(diǎn)長(zhǎng)，但我想你需要了解一下，一起來看看~

本文目的是介紹區(qū)塊鏈技術(shù)的概況，試著回答“區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？組成要素有哪些？運(yùn)行機(jī)制是什么？從哪兒來？可能到哪兒去？”這樣幾個(gè)問題。

區(qū)塊鏈自2008年作為比特幣的底層技術(shù)誕生以來，并沒有一個(gè)明確的、被各界者認(rèn)可的定義。近期，各類相關(guān)文章、書藉如雨后春筍一般涌了現(xiàn)來，加之資本市場(chǎng)火熱，新韭菜們炒幣熱情不減，似乎誰都能對(duì)區(qū)塊鏈點(diǎn)評(píng)兩句，這樣的定義更加難以描述和評(píng)判。

我節(jié)選了一個(gè)我認(rèn)為可以較為準(zhǔn)確的描述區(qū)塊鏈本質(zhì)特征的定義。

從技術(shù)角度來說：區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由多方共同維護(hù)，以塊鏈結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、無法篡改、無法抵賴的技術(shù)體系。

——《騰訊區(qū)塊鏈白皮書》

定義中點(diǎn)明了區(qū)塊鏈的技術(shù)基礎(chǔ)，如：多方維護(hù)、民主共識(shí)、分布存儲(chǔ)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、密碼學(xué)等技術(shù)要素，同時(shí)也指出了區(qū)塊鏈技術(shù)的的基本能力，如一致存儲(chǔ)、無法篡改等等。

我們也不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于區(qū)塊鏈的特征描述，也是分層次的。

• 一個(gè)層面是對(duì)底層技術(shù)的描述，主要是講區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗?/li>
• 另一個(gè)層面，是對(duì)區(qū)塊鏈可以或可能發(fā)揮能力的描述，講的是區(qū)塊鏈能做什么。

我按這個(gè)思路，由底層技術(shù)點(diǎn)出發(fā)，逐層抽象出區(qū)塊鏈的高層特性（即能力）。

如下表：

沿著這樣的思路，展開本文的詳述。

層次區(qū)分或有交叉，分析思路僅作為參考。想傳遞的信息是，底層技術(shù)決定了其功能特性，而功能特性支撐更上層的思想理念。很多人喜歡空談抽象的思想，這不利于理解區(qū)塊鏈的全貌。

一、區(qū)塊鏈產(chǎn)生的背景是什么？

1.1 起源

目運(yùn)兩道金光，射沖斗府。驚動(dòng)高天上圣大慈仁者玉皇大天尊玄穹高上帝，駕座金闕云宮靈霄寶殿，聚集仙卿，見有金光焰焰，即命千里眼、順風(fēng)耳開南天門觀看。

——《西游記》第一回 孫大圣橫空出世

1.1.1 概念起源

區(qū)塊鏈的概念首次在2008年末由中本聰（Satoshi Nakamoto）發(fā)表在比特幣論壇中的論文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》提出，論文中區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)建比特幣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與交易信息加密傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了比特幣的挖礦與交易。

中本聰認(rèn)為：

• 借助第三方機(jī)構(gòu)來處理信息的模式擁有點(diǎn)與點(diǎn)之間缺乏信任的內(nèi)生弱點(diǎn)，商家為了提防自己的客戶，會(huì)向客戶索取完全不必要的信息，但仍然不能避免一定的欺詐行為；
• 中介機(jī)構(gòu)的存在，增加了交易成本，限制了實(shí)際可行的最小交易規(guī)模；
• 數(shù)字簽名本身能夠解決電子貨幣身份問題，如果還需要第三方支持才能防止雙重消費(fèi)，則系統(tǒng)將失去價(jià)值。

基于以上三點(diǎn)現(xiàn)存的問題，中本聰在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了比特幣。

中本聰其人的真實(shí)身份，至今未知。大家猜測(cè)他應(yīng)該是一個(gè)無政府主義者、密碼學(xué)家、技術(shù)極客等等。從論文中不難看出中本聰思想來源實(shí)際非常簡(jiǎn)單—完全依靠市場(chǎng)力量的自由競(jìng)爭(zhēng)的理念，以及到現(xiàn)存社會(huì)流經(jīng)的運(yùn)行規(guī)則充滿了失望。這正是區(qū)塊鏈的思想基礎(chǔ)。

1.1.2 比特幣創(chuàng)世

最初的比特幣源代碼沒有很明確的模塊劃分，很多不同的功能放在一個(gè)5000多行的Main程序中，然而這樣的代碼非常不利于重用、維護(hù)和擴(kuò)展，為此“比特社區(qū)”的極客們做了大量工作，不斷優(yōu)化、改進(jìn)和維護(hù)著比特幣的代碼。

2009年1月3日，比特幣的創(chuàng)始人中本聰構(gòu)建了比特幣的第一個(gè)區(qū)塊。并在創(chuàng)世區(qū)塊里留下一句永不可修改的話：

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks（2009年1月3日，財(cái)政大臣正處于實(shí)施第二輪銀行緊急援助的邊緣）?！?/p>

當(dāng)時(shí)正是英國(guó)的財(cái)政大臣達(dá)林，被迫考慮第二次出手緩解銀行危機(jī)的時(shí)刻，這句話是泰晤士報(bào)當(dāng)天的頭版文章標(biāo)題。

創(chuàng)世區(qū)塊，從這個(gè)名字可以明顯的感受到一個(gè)單純的科學(xué)家（或技術(shù)狂人）的雄心壯志，以及對(duì)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)的極度擔(dān)憂。

1.2 起源之前

我們不禁要問，區(qū)塊鏈產(chǎn)生之前究竟發(fā)生了什么，是什么催生了區(qū)塊鏈的產(chǎn)生？區(qū)塊鏈真的像孫大圣一樣是從石頭縫里蹦出來的嗎？答案是否定的。

1）思想之源

• 去中心化思想早就存在，無政府主義從未斷絕，去中心化一直是治理這個(gè)世界的備選方案之一。
• 這個(gè)世界的分配機(jī)制，存在大問題。生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，并沒有帶來理想中的繁榮，價(jià)值傳遞過程中存在或正在涌現(xiàn)出大量且可怕的問題，這是一種繁榮的悖論。

一方面，數(shù)字時(shí)代正給創(chuàng)新和發(fā)展帶來無盡的可能性，另一方面，繁榮程度卻停下了腳步，發(fā)達(dá)國(guó)家的生活標(biāo)準(zhǔn)甚至下降了。OECD（經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）國(guó)家的工資中位數(shù)增長(zhǎng)正在停滯。根據(jù)國(guó)際勞工組織，世界上大部分地區(qū)的年輕人失業(yè)率維持在20%左右，在部分發(fā)展中國(guó)家，這些數(shù)字又要高得多。擁有權(quán)力和財(cái)富的人跑在了前面，而沒有權(quán)力和財(cái)富的人落在了后面。

——《區(qū)塊鏈革命》

富者越來越富，窮人越來越窮，通過權(quán)力獲利而不是勞作，權(quán)力會(huì)集中到少數(shù)的公司和個(gè)人手中，在加劇不公開的同時(shí)，也降低了創(chuàng)新性。這樣的問題還有很多！人們迫切的希望價(jià)值的生產(chǎn)、傳輸和存儲(chǔ)的過程，更加的安全、高效、公正。每個(gè)人都是繁榮的受益者，而不是只有少數(shù)人。

頑固的中心化信用體系和交易方式帶來的惡疾，正是區(qū)塊鏈產(chǎn)生的基本動(dòng)力。

2）技術(shù)基礎(chǔ)

大范圍的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、密碼學(xué)應(yīng)用技術(shù)、P2P網(wǎng)絡(luò)等IT技術(shù)已經(jīng)非常成熟，這些技術(shù)正是構(gòu)成區(qū)塊鏈實(shí)體的基礎(chǔ)。請(qǐng)參考以下的文章，講述了區(qū)塊鏈技術(shù)的演進(jìn)過程，篇幅不大，生動(dòng)有趣。

《大家好，我就是區(qū)塊鏈本人。今天，我要給你們介紹我的家族》

3）直接誘因

世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)危機(jī)或是比特幣（區(qū)塊鏈）產(chǎn)生的直接誘因。

2008年9月，以雷曼兄弟的倒閉為開端，金融危機(jī)在美國(guó)爆發(fā)并向全世界蔓延。為應(yīng)對(duì)危機(jī)，各國(guó)政府采取量化寬松等措施，救助由于自身過失、陷入危機(jī)的大型金融機(jī)構(gòu)。這些措施帶來了廣泛的質(zhì)疑，并一度引發(fā)了“占領(lǐng)華爾街”運(yùn)動(dòng)。

2008年10月31日紐約時(shí)間下午2點(diǎn)10分，在一個(gè)普通的密碼學(xué)郵件列表中，幾百個(gè)成員均收到了自稱是中本聰?shù)娜说碾娮余]件，“我一直在研究一個(gè)新的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，這完全是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，無需任何可信的第三方”，然后他將他們引向一個(gè)九頁(yè)的白皮書，其中描述了一個(gè)新的貨幣體系。同年11月16日，中本聰放出了比特幣代碼的先行版本。

1.3 早期發(fā)展

比特幣技術(shù)的最初支持者一定是其核心理念的認(rèn)同者，快速的引起了無政府主義者、頂尖極客、密碼學(xué)家和金融行業(yè)變革者的關(guān)注和支持。少數(shù)的有識(shí)之士看到了區(qū)塊鏈技術(shù)和理念的巨大的變革機(jī)遇和財(cái)富機(jī)會(huì)，同時(shí)也不斷的吸引投機(jī)者、黑客、職業(yè)礦工、洗錢組織的關(guān)注。

正是因?yàn)閰^(qū)塊鏈技術(shù)天然的反監(jiān)管特性、去中心化的思想、匿名、有投機(jī)屬性等等這些特性，給區(qū)塊鏈技術(shù)蒙上了一層神秘的面紗。再加上至少中本聰?shù)恼鎸?shí)身份還沒有被知曉，這更加大了區(qū)塊鏈和虛擬幣的神秘性，在最初幾年時(shí)間里，迅速積累起大批近乎宗教式、傳銷式的狂熱追隨者。

“財(cái)富神話”吸引大批的投機(jī)主義者，即便它不懂區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?，它依然?huì)通過道聽途說的、支離破碎的概念去蠱惑大眾參與虛擬幣的炒作。

隨著英、美、日等國(guó)政府對(duì)區(qū)塊鏈列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，區(qū)塊鏈逐漸為大眾所熟知，基本渡過早期發(fā)展的階段。

二、構(gòu)成區(qū)塊鏈的技術(shù)要素有哪些？

There is nothing new under the sun.

——《圣經(jīng) 舊約 傳道書》第一章第九節(jié)

在區(qū)塊鏈技術(shù)并沒有發(fā)明什么新技術(shù)，更準(zhǔn)確的說是區(qū)塊鏈不是一種技術(shù)，而是整合現(xiàn)存技術(shù)而形成的一個(gè)綜合性解決方案。下面介紹構(gòu)成區(qū)塊鏈的技術(shù)要素，一句話可以概括：密碼學(xué)是基礎(chǔ)，共識(shí)算法是靈魂。

區(qū)塊鏈得以運(yùn)行的框架，諸如：P2P網(wǎng)絡(luò)，以及更底層的通信協(xié)議，并沒有多大的創(chuàng)新，不多贅述。

2.1 密碼學(xué)是基礎(chǔ)

密碼學(xué)內(nèi)容艱深復(fù)雜，本人水平有限，只能是記點(diǎn)學(xué)習(xí)筆記，不敢多扯了，有興趣的朋友可深入研究。

2.1.1 Hash算法

簡(jiǎn)單來說，就是把任意數(shù)據(jù)變?yōu)楣潭ㄩL(zhǎng)度的二進(jìn)制，只要是最終以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，就能通過hash算法變?yōu)楣潭ㄩL(zhǎng)度的一串?dāng)?shù)據(jù)。

一個(gè)優(yōu)秀的hash算法有一下四個(gè)特點(diǎn)：

1. 正面快速：就是說加密的速度要在有限時(shí)間和有限資源內(nèi)完成，且越快越好。
2. 逆向困難：就是說給你一個(gè)加密后的hash值數(shù)據(jù)，要想逆向破解獲得加密前的明文是極其困難的。
3. 輸入敏感：明文只要發(fā)生哪怕一點(diǎn)點(diǎn)改變，進(jìn)行hash運(yùn)算后的值都會(huì)產(chǎn)生很大的改變。
4. 沖突避免：不同的明文，他們進(jìn)行hash運(yùn)算后的hash值基本不可能一樣。

區(qū)塊鏈中常用兩個(gè)密碼學(xué)哈希函數(shù)，一個(gè)是SHA256，另一個(gè)是RIPEMD160（主要用于生產(chǎn)比特幣地址）。Hash算法還有一個(gè)重要特性是難題好友性，難題友好性指的是沒有便捷的方法去產(chǎn)生一滿足特殊要求的哈希值。

哈希函數(shù)的難題友好性構(gòu)成了基于工作量證明的共識(shí)算法的基礎(chǔ)，通過哈希運(yùn)算得出的符合特定要求的哈希值，可以作為共識(shí)算法中的工作量證明。比特幣的安全保證依賴于哈希函數(shù)的安全性，如果哈希函數(shù)被攻破，POW共識(shí)算法就會(huì)失效。

2.1.2 非對(duì)稱加密

• 對(duì)稱加密：加密算法和解密算法都是同一種模式，只用一把密鑰保證加密數(shù)據(jù)的安全；甲必須把密鑰告訴乙，否則乙無法解密。那么保存和傳遞密鑰，成為最重要也最頭痛的問題。比如：《潛伏》里余則成使用的密碼本，一旦敵人獲取到了這個(gè)密碼本，我方的通信就再無秘密可言。
• 非對(duì)稱加密：其實(shí)質(zhì)是利用數(shù)學(xué)難題的非對(duì)稱性。例如：兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)相乘很容易知道結(jié)果，但知道一個(gè)很大的數(shù)，很難把它分解成兩個(gè)質(zhì)數(shù)。

圖片來自百度百科

2.1.3 Merkle哈希樹

基于哈希值的二叉樹或多叉樹，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，Merkle樹大多用來進(jìn)行完整性驗(yàn)證處理，在分布式環(huán)境下，其進(jìn)行完整性驗(yàn)證能大量減少數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算的復(fù)雜程度。

區(qū)塊鏈就可以看作一類使用哈希指針的鏈表，這個(gè)鏈表鏈接一系列的區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊包含數(shù)據(jù)以及指向表中前一個(gè)區(qū)塊的指針。區(qū)塊鏈中，前一個(gè)區(qū)塊指針由哈希指針?biāo)鎿Q，因此每個(gè)區(qū)塊不僅僅告訴前一個(gè)區(qū)塊的位置，也提供一個(gè)哈希值去驗(yàn)證這個(gè)區(qū)塊所包含的數(shù)據(jù)是否發(fā)生改變。

2.1.4 橢圓曲線算法

橢圓曲線密碼算法（Elliptic Curve Cryptography,ECC）是基于橢圓曲線數(shù)學(xué)的一種公鑰密碼算法，其安全性依賴于橢圓曲線離散對(duì)數(shù)問題的困難性，是非對(duì)稱算法的一種。

比特幣中使用基于secp256k1橢圓曲線數(shù)學(xué)的公鑰密碼學(xué)算法進(jìn)行簽名與驗(yàn)證簽名，一方面可以保證用戶的賬戶不被冒名頂替，另一方面保證用戶不能否認(rèn)其所簽名的交易。用私鑰對(duì)交易信息簽名，礦工用用戶的公鑰驗(yàn)證簽名、驗(yàn)證通過則交易信息記賬，完成交易。

2.1.5 公鑰、私鑰、簽名、驗(yàn)簽、證書等概念

• 公鑰、私鑰：一般來講，私鑰用來進(jìn)行解密和簽名，是給自己用的。公鑰由本人公開，用于加密和驗(yàn)證簽名，是給別人用的。
• 簽名：內(nèi)容->hash->digest->私鑰加密->簽名。
• 驗(yàn)簽：用公鑰解密簽名得到摘要，然后用原始文件經(jīng)過hash得到摘要，與解密出的摘要進(jìn)行對(duì)比。
• 證書：數(shù)字證書則是由證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CA）對(duì)證書申請(qǐng)者真實(shí)身份驗(yàn)證之后，用CA的根證書對(duì)申請(qǐng)人的一些基本信息，以及申請(qǐng)人的公鑰進(jìn)行簽名（相當(dāng)于加蓋發(fā)證書機(jī)構(gòu)的公章，即CA的私鑰加密生成）后形成的一個(gè)數(shù)字文件。

2.2 共識(shí)機(jī)制是靈魂

共識(shí)機(jī)制的本質(zhì)是要解決分布式系統(tǒng)一致性的問題。分布式系統(tǒng)一致性問題的研究一直在進(jìn)行，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)中既古老又前沿的重要研究方向，同時(shí)共識(shí)機(jī)制也是區(qū)塊鏈中最難理解的概念之一。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)完全靠陌生人節(jié)點(diǎn)記賬和維護(hù)、非安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，要讓這些未曾謀面的人按照規(guī)章去辦事，還要防止有Bad boy作惡，一定有一種更普遍、更抽象的力量來驅(qū)動(dòng)它。共識(shí)機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制就是區(qū)塊鏈的引擎，使得區(qū)塊鏈得以持續(xù)運(yùn)行的動(dòng)力之源。

什么是共識(shí)？

指一個(gè)社會(huì)不同階層或不同利益的人所尋求的共同認(rèn)識(shí)、價(jià)值、理想。我們工作生活的方方面面都需要共識(shí)，可以說只要有多人協(xié)作，共識(shí)機(jī)制必不可少。

小到?jīng)Q定周末要到哪里去玩，大到中美貿(mào)易磋商，都是共識(shí)建立的過程。比如說：一個(gè)學(xué)生社團(tuán)要推舉領(lǐng)袖，是個(gè)怎樣的過程呢？

宣講（相互認(rèn)識(shí)確認(rèn)是社團(tuán)成員）->投票（一人一票公開透明）->計(jì)票（有公信力的計(jì)票人和監(jiān)票人，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督）->共識(shí)（達(dá)成一致）。

如果一個(gè)人動(dòng)了歪腦筋，想用非正常手段左右共識(shí)結(jié)果，其實(shí)有很多的點(diǎn)可以突破，最簡(jiǎn)單可能是在投票環(huán)節(jié)搞一下賄選，或者控制計(jì)票人和監(jiān)票人，這樣就在一個(gè)共識(shí)過程中出現(xiàn)了作惡節(jié)點(diǎn)。

然而在區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)陌生人的網(wǎng)絡(luò)，沒有信任基礎(chǔ)，沒有公開透明的計(jì)賬機(jī)制，沒有監(jiān)督的過程，想要達(dá)到全網(wǎng)的最終一致性，是一件極為困難的事情。

正如所有硬幣都有兩面，陌生人的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也有優(yōu)勢(shì)。

• 一是計(jì)算機(jī)之間的通信速度要遠(yuǎn)超人類，共識(shí)的通信過程速度極快；
• 二是參與者眾多，作惡節(jié)點(diǎn)想要扭曲共識(shí)過程難度很大。

參考文章：區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的演進(jìn)

共識(shí)機(jī)制也是當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新的重要組成部分。現(xiàn)今區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制可分為四大類：工作量證明機(jī)制、權(quán)益證明機(jī)制、股份授權(quán)證明機(jī)制和Pool驗(yàn)證池。

2.2.1 工作量證明機(jī)制 POW

比特幣采用的共識(shí)機(jī)制。

共識(shí)機(jī)制在以前一般被稱為證明方式（Proof），因?yàn)楸忍貛挪捎霉ぷ髁孔C明（即Proof-Of-Work，簡(jiǎn)寫為POW）。通俗講就是“通過工作以獲得指定成果，用成果來證明曾經(jīng)付出的努力”。

我們?nèi)粘９ぷ魃钪薪?jīng)常使用工作量證明，比如：學(xué)生考試成績(jī)，畢業(yè)證以及駕照等，這種證明方式的一個(gè)顯著特征是——往往需要很大的工作量才能拿到指定成果，但這個(gè)成果很容易驗(yàn)證。因?yàn)槲覀円话愫茈y去實(shí)時(shí)監(jiān)督一個(gè)人是否真的付出了這些工作量，所以只能使用工作量的結(jié)果來證明。

具體實(shí)現(xiàn)方式，比特幣采用哈希（Hash）算法。比特幣是對(duì)整個(gè)區(qū)塊進(jìn)行哈希運(yùn)算，以得到符合條件的值。這個(gè)過程將來耗費(fèi)大量的算力。比特幣采用SHA256哈希運(yùn)算，且每次都是連續(xù)進(jìn)行兩次SHA256運(yùn)算才能作為最終結(jié)果，前一次運(yùn)算的結(jié)果作為后一次運(yùn)算的輸入，即Double SHA256，一般簡(jiǎn)稱SHA256D。

POW的核心要義為：算力越大，挖到塊的概率越大，維護(hù)區(qū)塊鏈安全的權(quán)重越大。相對(duì)其他共識(shí)機(jī)制而言，POW邏輯簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，容錯(cuò)達(dá)50%，其安全有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證。

在POW建立共識(shí)的過程中，區(qū)塊鏈的維護(hù)者的工作特別像是在“一堆沙子中去尋找金子”，所以這些維護(hù)者被形象的稱為礦工，而計(jì)算哈希值的過程被稱為挖礦。

2.2.2 權(quán)益證明機(jī)制 POS

POW并非完美，其中被指責(zé)最多的主要有兩點(diǎn)：一是浪費(fèi)能源，二是風(fēng)險(xiǎn)和收益博弈必然導(dǎo)致聯(lián)合挖礦，而大算力礦池可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的去中心化構(gòu)成威脅。

于是在2011年，一個(gè)名為Quantum Mechanic的數(shù)字貨幣愛好者，在Bitcointalk論壇提出Proof-of-Stake（POS）證明機(jī)制，該機(jī)制被充分討論之后證明具有可行性。如果說POW主要比拼算力，算力越大，挖到一個(gè)塊的概率越大，POS則是比拼余額，通俗說就是自己的手里的幣越多，挖到一個(gè)塊的概率越大。

POS只是代表一種共識(shí)機(jī)制理念，具體有多種實(shí)現(xiàn)方式。

現(xiàn)在的大部分新幣都是基于POS機(jī)制，或POW+POS的機(jī)制?；窘鉀Q了POW機(jī)制的能源浪費(fèi)問題。

2.2.3 股份授權(quán)證明機(jī)制 ?DPOS

比特股（Bitshares）項(xiàng)目于2013年8月開始啟動(dòng)，這是一個(gè)野心勃勃的項(xiàng)目，對(duì)區(qū)塊鏈做了很多改造，并引入許多新概念和特征。此時(shí)POW和POS都已成功運(yùn)行許久，彼此優(yōu)劣已被反復(fù)討論，兩大陣營(yíng)時(shí)至今日依然爭(zhēng)論不休。

按照項(xiàng)目規(guī)劃，比特股對(duì)交易容量和區(qū)塊速度有極高要求，顯然POW或POS都達(dá)不到要求，于是比特股發(fā)明了一種新的共識(shí)機(jī)制——Delegated Proof-Of-Stake（DPOS），即股份授權(quán)股權(quán)證明。

DPOS很容易理解，類似于現(xiàn)代企業(yè)董事會(huì)制度，比特股系統(tǒng)將代幣持有者稱為股東，由股東投票選出101名代表，然后由這些代表負(fù)責(zé)產(chǎn)生區(qū)塊。那么需要解決的核心問題主要有：代表如何被選出，代表如何自由退出“董事會(huì)”，代表之間如何協(xié)作產(chǎn)生區(qū)塊等。

持幣者若想成為一名代表，需先拿自己的公鑰去區(qū)塊鏈注冊(cè)，獲得一個(gè)長(zhǎng)度為32位的特有身份標(biāo)識(shí)符，用戶可以對(duì)這個(gè)標(biāo)識(shí)符以交易的形式進(jìn)行投票，得票數(shù)前101位被選為代表。代表們輪流產(chǎn)生區(qū)塊，收益（交易手續(xù)費(fèi)）平分。

如果有代表不老實(shí)生產(chǎn)區(qū)塊，很容易被其他代表和股東發(fā)現(xiàn)，他將立即被踢出“董事會(huì)”，空缺位置由票數(shù)排名102的代表自動(dòng)填補(bǔ)。

從某種角度來說，DPOS可以理解為多中心系統(tǒng)，兼具去中心化和中心化的優(yōu)勢(shì)。前幾個(gè)月大火的EOS就是采用這個(gè)機(jī)制。

2.2.4 驗(yàn)證池 PooI

是目前行業(yè)鏈大范圍在使用的共識(shí)機(jī)制。

Pool驗(yàn)證池是基于傳統(tǒng)的BFT（拜占庭容錯(cuò)）及其變種的共識(shí)方案。關(guān)于拜占庭將軍問題、Pasox算法以及計(jì)算機(jī)大神LESLIE LAMPORT（2013年圖靈獎(jiǎng)得主）的有趣故事。請(qǐng)參考大神的主頁(yè)www.lamport.org，一睹大神風(fēng)采。

貼張照片感受一下：

叫驗(yàn)證池，是因?yàn)锽FT算法需要參與者能夠相互辨識(shí)，一起組成一個(gè)池來決定最終結(jié)果。Pool驗(yàn)證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基礎(chǔ)之上，可以實(shí)現(xiàn)秒級(jí)共識(shí)驗(yàn)證，更適合有多方參與的多中心商業(yè)模式。它的缺點(diǎn)是：該共識(shí)機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)的分布式程度不如PoW機(jī)制，更適合多方參與的多中心商業(yè)模式。

總結(jié)：

開頭提到：共識(shí)機(jī)制解決的本質(zhì)問題是分布式數(shù)據(jù)一致性的問題！這是個(gè)博大深?yuàn)W的研究課題，對(duì)它的研究和創(chuàng)新從未間斷。

在不可能三角理論（去中心化，安全，環(huán)保不能同時(shí)兼?zhèn)洌┲?，POW徹底拋棄節(jié)約能源的需求，通過巨大算力來維護(hù)系統(tǒng)安全和去中心化特征。POS和DPOS幾乎不費(fèi)多余電力，但不可避免在另外兩個(gè)特性做出犧牲。所以說沒有完美的共識(shí)機(jī)制，只有更合適的共識(shí)解決方案。

三、一個(gè)完整區(qū)塊鏈交易的過程是什么？

3.1 正常流程

當(dāng)一個(gè)用戶發(fā)起了一個(gè)交易的操作，整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)就像一臺(tái)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)一樣，開啟了它復(fù)雜但井然有序的運(yùn)行。

中本聰在其比特幣白皮書中，比較詳盡的敘述了這個(gè)信用系統(tǒng)建立的過程：

• 第一步：每一筆交易為了讓全網(wǎng)承認(rèn)有效，必須廣播給每個(gè)節(jié)點(diǎn)（node：也就是礦工）；
• 第二步：每個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)要正確無誤的給這十分鐘的每一筆交易蓋上時(shí)間戳并記入那個(gè)區(qū)塊（block）；
• 第三步：每個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)要通過解SHA256難題去競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)十分鐘區(qū)塊的合法記賬權(quán)，并爭(zhēng)取得到二十五個(gè)比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)（頭四年是每十分鐘五十個(gè)比特幣，每四年遞減一半）；
• 第四步：如果一個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)解開了這十分鐘的SHA256難題，ta將向全網(wǎng)公布ta這十分鐘區(qū)塊記錄的所有蓋時(shí)間戳交易，并由全網(wǎng)其他礦工節(jié)點(diǎn)核對(duì)；
• 第五步：全網(wǎng)其他礦工節(jié)點(diǎn)核對(duì)該區(qū)塊記賬的正確性（因?yàn)樗麄兺瑫r(shí)也在蓋時(shí)間戳記賬，只是沒有競(jìng)爭(zhēng)到合法區(qū)塊記賬權(quán)，因此無獎(jiǎng)勵(lì)），沒有錯(cuò)誤后他們將在該合法區(qū)塊之后競(jìng)爭(zhēng)下一個(gè)區(qū)塊，這樣就形成了一個(gè)合法記賬的區(qū)塊單鏈，也就是比特幣支付系統(tǒng)的總賬——區(qū)塊鏈。

就這樣用戶的記錄就被記錄到了這個(gè)賬本中，完成了一次基于區(qū)塊鏈的交易流程。

請(qǐng)參考《一個(gè)故事告訴你比特幣的原理及運(yùn)作機(jī)制》

3.2 異常流程（或異常情況）

圖片來源于CSDN<<區(qū)塊鏈架構(gòu)圖>>博文

但事情不會(huì)一帆風(fēng)順，其實(shí)在每一個(gè)層面上都有可能出現(xiàn)異常，比如說：在物理層面和網(wǎng)絡(luò)層面上出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)、物理機(jī)突然斷電的情況；再比如說：如果出現(xiàn)作惡節(jié)點(diǎn)惡意修改數(shù)據(jù)，試圖引導(dǎo)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)對(duì)非法數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)等等。異常情況種類很多，對(duì)于異常情況的處理也很復(fù)雜。

異常情況大致可以分為：客觀錯(cuò)誤和惡意攻擊兩大類。

• 客觀錯(cuò)誤指的是：在斷電、網(wǎng)絡(luò)延遲等非人為引起的異常情況，如全網(wǎng)的不同節(jié)點(diǎn)因網(wǎng)絡(luò)延遲而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)暫時(shí)不一致。
• 惡意攻擊指的是：人為發(fā)動(dòng)，意在破壞區(qū)塊鏈正常的交易流程，而從中獲利的情況，如重復(fù)消費(fèi)（雙花）、篡改數(shù)據(jù)等。

四、區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)？

往者不可諫，來者猶可追。

——《論語·微子》

4.1 區(qū)塊鏈1.0

在第一節(jié)中，詳述了區(qū)塊鏈概念和比特幣的起源。區(qū)塊鏈依靠其強(qiáng)大的原生思想，迅速在科研圈、技術(shù)圈、商業(yè)圈蔓延開來。有的人開始改進(jìn)礦機(jī)、創(chuàng)辦礦場(chǎng)、組成礦池來獲取比特幣，有的人在嘗試用區(qū)塊鏈的技術(shù)解決當(dāng)前的商業(yè)或治理問題。

還有一批技術(shù)極客、密碼學(xué)家，認(rèn)識(shí)到區(qū)塊鏈的價(jià)值，試圖去優(yōu)化區(qū)塊鏈的技術(shù)，解決當(dāng)前存在的技術(shù)難題，使之更好的進(jìn)入落地實(shí)用階段。

這些技術(shù)問題中，有一個(gè)問題最迫切！那就是解決分布式賬本記賬效率的問題。

倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）區(qū)塊鏈技術(shù)中心的一篇研究報(bào)告表明：

“43%的交易，在發(fā)送之后需要耗費(fèi)1小時(shí)以上的時(shí)間，才能寫入?yún)^(qū)塊鏈，而20%的交易甚至在30天之后都無法得到確認(rèn)，這也證明了比特幣系統(tǒng)效率低下?！?/p>

比特幣一個(gè)區(qū)塊的容量是1M，一秒鐘大概只能處理7比交易，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了商業(yè)化的需求。在區(qū)塊鏈發(fā)展的前幾年，科學(xué)家和工程師們對(duì)它的改進(jìn)主要集中在效率方面。

主要方向有：

• 多中心化替代去中心化；
• 發(fā)展側(cè)鏈，只有在結(jié)算時(shí)才與主鏈交互；
• 提出更高效的共識(shí)機(jī)制。

以比特幣為代表的區(qū)塊鏈1.0的主要應(yīng)用是用于發(fā)行數(shù)據(jù)貨幣，并試圖解決記賬效率問題。

4.2 區(qū)塊鏈2.0

區(qū)塊鏈發(fā)展歷程中，有一個(gè)人物繞不過去，他就是出生于俄國(guó)的加拿大天才少年Vitalik Buterin，他于2013年在19歲的年紀(jì)發(fā)布了以太坊，以太坊是區(qū)塊鏈技術(shù)2.0的代表?？梢哉f以太坊真正釋放了區(qū)塊鏈的潛能，使之不局限于數(shù)字貨幣的范疇。

它曾經(jīng)與比特幣開發(fā)團(tuán)隊(duì)取得聯(lián)系，講述自己對(duì)區(qū)塊鏈的理解，指出了當(dāng)前比特幣存在的問題和解決方案，但是比特團(tuán)隊(duì)沒有接納。于是他決定另起爐灶，按自己的思路重新設(shè)計(jì)一版能力更強(qiáng)的區(qū)塊鏈底層架構(gòu)。

以太坊除了修改共識(shí)機(jī)制（POW和POS共存）之外，最大的創(chuàng)新是以太坊可以允許在區(qū)塊鏈上運(yùn)行智能程序，理論上這個(gè)智能程序可以運(yùn)行一切應(yīng)用。

這個(gè)偉大創(chuàng)新激活了區(qū)塊鏈應(yīng)用的想像空間，不再局限于數(shù)字貨幣的范疇，也激發(fā)起人們對(duì)于區(qū)塊鏈的想象力。

1）智能合約是什么？

企業(yè)區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)公司Bloq聯(lián)合創(chuàng)始人和CEO Jeff Garzik對(duì)智能合約解釋說：

一套由一種自動(dòng)系統(tǒng)評(píng)估的并且獲得所有參與者共識(shí)的規(guī)則。

“智能合約驗(yàn)證了與整個(gè)區(qū)塊鏈共有的規(guī)則，因此給予這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有連接者一種中立的公正的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。區(qū)塊鏈帶來一種驗(yàn)證步驟，參與者按照智能合約規(guī)則來執(zhí)行，智能合約的這種判決是一個(gè)超實(shí)時(shí)版本的法院系統(tǒng)。

參與者是否執(zhí)行了？區(qū)塊鏈驗(yàn)證相關(guān)合約法律的執(zhí)行效果，然后將執(zhí)行過程自動(dòng)化。

2）智能合約是怎么運(yùn)行起來的？

而以太坊虛擬機(jī)（Ethereum Virtual Machine，EVM）則是建立在以太坊區(qū)塊鏈上的代碼運(yùn)行環(huán)境，其主要作用是處理以太坊系統(tǒng)內(nèi)的智能合約。簡(jiǎn)單來說，以太坊虛擬機(jī)是一個(gè)完全獨(dú)立的沙盒，合約代碼可對(duì)外完全隔離并在 EVM 內(nèi)部運(yùn)行。

由于 EVM 分散儲(chǔ)存在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)上，所以希望創(chuàng)建智能合約的公司可使用類似 JavaScript 和 Python 等編程語言創(chuàng)建運(yùn)行于 EVM 的應(yīng)用程序。同時(shí)以太坊虛擬機(jī)又能與主網(wǎng)的其余部分隔離，運(yùn)行時(shí)不影響主區(qū)塊鏈的操作。出于這個(gè)原因，以太坊有時(shí)被形容為“世界電腦”。

在虛擬機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，是要消耗一定的GAS（一種運(yùn)行權(quán)力的憑證，可以由以太幣交易得到），而網(wǎng)絡(luò)維護(hù)者可以得到一定量的GAS，這個(gè)機(jī)制保護(hù)和以太坊網(wǎng)絡(luò)不受惡意攻擊，以及可以避免程序們寫出的“死循環(huán)”一類的錯(cuò)誤。

同時(shí)它也回答了“網(wǎng)絡(luò)維護(hù)者為什么要花資源為你保存并運(yùn)行合約”的問題，逐利性是這個(gè)合約得以運(yùn)行的本質(zhì)動(dòng)力！

這期間，大批的區(qū)塊鏈應(yīng)用涌現(xiàn)出來，各類虛擬幣名稱炫酷、理念“深刻”、白皮書高大上、運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)忽悠起來更是不遺余力。已經(jīng)發(fā)幣的區(qū)塊鏈項(xiàng)目有幾千種，已在交易所上市的也有數(shù)百種之多。

4.3 區(qū)塊鏈3.0

區(qū)塊的技術(shù)快速發(fā)展，眾多的參與者不斷的尋求變革。所以各類效率更高的共識(shí)機(jī)制被發(fā)明出來。私有鏈和聯(lián)盟鏈的概念、技術(shù)、方案也相繼被提來，成為區(qū)塊鏈發(fā)展的最新方向。

如果你是一個(gè)開發(fā)人員，或者是對(duì)IT技術(shù)有一定敏感度的從業(yè)者，你可能會(huì)敏銳的產(chǎn)生這樣的疑問：

1. 大家各自開發(fā)，將來這些區(qū)塊鏈協(xié)議不一，接口多樣，互操作將是個(gè)大問題！
2. 這架構(gòu)也太亂了，無論是開發(fā)，還是技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，都產(chǎn)生了巨大的浪費(fèi)！

是的，這也正是有前瞻眼光的工程師們所認(rèn)識(shí)到的問題，為解決這些問題不斷提出解決方案。于是區(qū)塊鏈3.0的概念出現(xiàn)了。

區(qū)塊鏈3.0主要出三個(gè)解決方案組成：

（1）更靈活，更模塊化的架構(gòu)。

以IBM主導(dǎo)的Hyperledger（超級(jí)賬本）為代表，它希望建造一個(gè)可插拔的靈活架構(gòu)，以滿足各模塊的創(chuàng)新不會(huì)影響到整體。

如下是超級(jí)賬本1.0的架構(gòu)圖：

這個(gè)地方我要發(fā)一個(gè)感慨，就是關(guān)于生態(tài)的掌握力，以及到新技術(shù)的敏感度，很讓人佩服。如：Intell是超級(jí)賬本的重要參與者之一，它的愿景是未來要從芯片和指令集的層面來支持區(qū)塊鏈計(jì)算，聯(lián)想到我國(guó)要發(fā)展自己的芯片產(chǎn)業(yè)，談何容易！

（2）互聯(lián)鏈的解決方案

互聯(lián)鏈就是各種不同的區(qū)塊鏈之間的互聯(lián)互通所形成的一個(gè)更大的生態(tài)區(qū)塊鏈，比如：電商平臺(tái)公有鏈+物流公有鏈+物流聯(lián)盟鏈+銀行聯(lián)盟鏈。

互聯(lián)鏈試圖解決各個(gè)區(qū)塊鏈之間的相互協(xié)作、通訊和共識(shí)問題。瑞波團(tuán)隊(duì)、InterValue團(tuán)隊(duì)對(duì)外宣傳的都是互聯(lián)鏈的概念。

（3）對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)、量子計(jì)算、人工智能等新技術(shù)的擁抱

例如：為了應(yīng)對(duì)“未來量子計(jì)算機(jī)對(duì)PoW機(jī)制的潛在挑戰(zhàn)”，超級(jí)現(xiàn)金Hcash(HSR)在重點(diǎn)研究怎么對(duì)抗量子計(jì)算，以何種方式使得區(qū)塊鏈技術(shù)和量子計(jì)算技術(shù)的結(jié)合。

五、實(shí)踐出真知

一步實(shí)際行動(dòng)比一打綱領(lǐng)更重要。

——馬克思

先講一個(gè)我的教訓(xùn)。

我從15年第一次聽到比特比這個(gè)概念，16年年中因?yàn)榕笥训慕榻B開始逐漸了解比特幣、共識(shí)機(jī)制等概念，那時(shí)候我尚以清高自詡，說自己作為有“技術(shù)可以改變世界”信條的工程師，要做鏈圈的人，是絕不會(huì)去買什么虛無縹緲的虛擬幣的。

實(shí)際上，是從心底里對(duì)這樣沒有任何價(jià)值依托的虛擬幣（以及區(qū)塊鏈技術(shù)）不認(rèn)同，錯(cuò)過了一些機(jī)會(huì)（對(duì)這些高賠率的機(jī)會(huì)，保持冷靜，但也不要矯情）。

同時(shí)這也反映了我對(duì)新事物的接納能力弱，對(duì)于快速變化的技術(shù)世界的理解力也存在問題。黃有璨大神在《運(yùn)營(yíng)之光》中提到：

如果一個(gè)新事物被超過三個(gè)朋友討論，他就要花一些時(shí)間去徹底弄懂它，以保持對(duì)新事物新概念的敏感性。

這一點(diǎn)很值得學(xué)習(xí)。從那16年下半年，我斷斷續(xù)續(xù)的研究了區(qū)塊鏈的技術(shù)，研究了區(qū)塊鏈的思想理念和發(fā)展方向。同時(shí)也是從那個(gè)時(shí)候開始，國(guó)內(nèi)區(qū)塊鏈的資本市場(chǎng)和人才市場(chǎng)也開始火爆起來。

我想無論你對(duì)區(qū)塊鏈的理念認(rèn)不認(rèn)同，對(duì)它的未來看不看好。作為一名互聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者，多關(guān)注和嘗試一下新鮮事物總是好的，有能力和精力去閱讀一下各個(gè)區(qū)塊鏈的白皮書和源代碼，了解一下ICO流程，公鏈發(fā)布條件等等也是好的。

對(duì)于新技術(shù)和新事物的好奇心和敏感度，是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者的基礎(chǔ)素質(zhì)之一。同時(shí)不得不說，如果世界能有一款自己創(chuàng)造的、獨(dú)一無二的虛擬幣，也是件挺酷的事情。

發(fā)幣參考：《基于以太坊發(fā)布屬于自己的數(shù)字貨幣（代幣）完整版》

基于其它的區(qū)塊鏈發(fā)token，與基于以太坊來開發(fā)，并沒有本質(zhì)的不同。至少對(duì)應(yīng)用開發(fā)者來說，沒有區(qū)別。要根據(jù)業(yè)務(wù)需求、性能需求、成本約束等各方面因素，來選擇合適的區(qū)塊鏈來開發(fā)自己的應(yīng)用，還要考慮人才市場(chǎng)中相關(guān)的人才質(zhì)量和數(shù)量等等因素。

最后，我想講一不是笑話的笑話。我有一個(gè)朋友去參加區(qū)塊鏈工程師的面試，是一家原來做互聯(lián)網(wǎng)金融的小公司，因?yàn)楸O(jiān)管原因，公司正在另謀出路。

朋友問：你們想用區(qū)塊鏈做什么？

答：還沒想好。

問：你想讓我來做什么工作？

答：來了再說。

很明顯，有個(gè)公司是為了追求新技術(shù)而追求新技術(shù)，試圖去成為風(fēng)口上的一只風(fēng)豬。一般來說，這樣的公司會(huì)死的比較慘。

這個(gè)故事可能會(huì)引發(fā)我們對(duì)于技術(shù)管理、人才儲(chǔ)備、產(chǎn)品規(guī)劃的諸多思考，且不說談。也反應(yīng)出區(qū)塊鏈資本市場(chǎng)、人才市場(chǎng)和公司產(chǎn)品所處的火熱但又不實(shí)在的狀況。

六、結(jié)語

水平有限，內(nèi)容的全面性和準(zhǔn)確性都有很多的不足，望讀者見涼。若對(duì)讀者有些許幫助，我將深感欣慰。

至此，你應(yīng)該對(duì)區(qū)塊鏈的技術(shù)基礎(chǔ)有一個(gè)籠統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，了解了區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁吹膯栴}。

區(qū)塊鏈得以展示其強(qiáng)大威力，核心在于商業(yè)模式的變革，重塑各行各業(yè)的價(jià)值存儲(chǔ)和傳輸相關(guān)的治理體系，為企業(yè)組織管理、產(chǎn)業(yè)調(diào)整、社會(huì)治理等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和各個(gè)方面帶來全新的、革命式的解決方案。

這是在試圖回答區(qū)塊鏈怎么用的問題，這也是一個(gè)更困難、更迫切也更有價(jià)值的話題。這也是所有公司不得不關(guān)注的方面。

參考資料：

• 《區(qū)塊鏈：新經(jīng)濟(jì)藍(lán)圖及導(dǎo)讀》
• 《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》
• 《Tencent_TrustSQL_WhitePaper》
• 《高盛：從理論到實(shí)踐》
• 《區(qū)塊鏈開發(fā)-技術(shù)指南》
• 《Guesschain_Whitepaper》
• 《白話區(qū)塊鏈》
• 《區(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)》

注：其它文章在文中有注明或給出鏈接。

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