如何读懂区块链技术？

最近比特币又疯狂了，突破 40000 美元大关，那么打造比特币的区块链技术又是如何理解的呢？ 

区块链技术被认为是继蒸汽机、电力、互联网之后，下一代颠覆性的核心技术。如果说蒸汽机释放了人们的生产力，电力解决了人们基本的生活需求，互联网彻底改变了信息传递的方式，那么区块链作为构造信任的机器，将可能彻底改变整个人类社会价值传递的方式。

以前是靠信誉、靠百年老店、权威机构等，区块链利用技术建立了新的信任方式，这是可以被量化的，从技术的角度实现的，所以说区块链成为了下一个信任的基石。区块链最核心的革命特性是改变千百年来落后的信用机制。
 
区块链的举例

区块链的本质是一个分布式的公共账本，任何人都可对这个账本进行核查，但不存在单一的用户可以对它控制。在区块链系统中的参与者共同维持账本的更新：它只能按照严格的规则和共识进行修改。
 
例如：如果 A 借了 B 100 块钱，这个时候，A 在人群中大喊“我是 A，我借给了 B 100 块钱！”，B 也在人群中大喊“我是 B，A 借给了我 100 块！”此时路人甲乙丙丁都听到了这些消息，因此所有人都在心中默默记下了“A 借给了 B100 块钱”。这个系统中不需要银行，也不需要借贷协议和收据，严格来说，甚至不需要人与人长久的信任关系（比如 B 突然又改口说“我不欠 A 钱！”，这个时候人民群众就会站出来说“不对，我的小本本上记录了你某天借了 A100 块钱！”）。

这是一个去中心化的系统，整个系统中没有了权威的中心化代理，信息的可信度和准确性便会面临问题。
 
可能你已经发现了，在上述的模型中，所谓的“100 块钱”已经不重要了。换句话说，任何东西都可以在这个模型中交换，甚至你可以凭空杜撰一个东西，只要大家承认，你就可以让你杜撰的东西流通。比如：我在人群中高喊一声“我创造了 10 个查克拉！”，我甚至不需要知道查克拉是什么，也不需要关心世界上是不是真的有查克拉，只要大家都听到，然后在自己的小本本上记下“LaiW3n 有 10 个查克拉”，于是我就真的有 100 个查克拉了。从此以后，我便可以声称我给了某人 1 个查克拉，只要路人甲乙丙丁都收到并且承认了这一信息，那我就算完成了这次交易，哪怕世界上没有查克拉。又比如：“比特币”，区块链是比特币的底层技术，真正的区块链和比特币比上述的模型复杂太多，细节也丰富太多。

但是存在以下问题：假设过了很长一段时间，凭空创造的查克拉已经在这个系统中流通了起来，大家都开始认可了查克拉。但是这个系统中一共就只有 10 个查克拉，于是有人动了坏心思，他在人群中高呼“我有 10 个查克拉！”怎么办？大家是直接在本本上记下他有 10 个查克拉么，这样不是人人都可以伪造查克拉了么？
 
为了防止这种现象发生，决定在我创造查克拉的时候给我的查克拉打上标记（更准确地说，我是给我喊的那句“我创造了 10 个查克拉”打上标记，比如标记为 001），这样以后在每一笔交易的时候，我在高喊“我给了某某 1 个查克拉！”的时候，会附加上额外的一句话：“这 1 个查克拉的来源是记为 001 的那条记录，我的这句话标记为 002！”。我们再抽象一点，某人喊话的内容的格式就变成了：“这句话编号 xxx，上一句话的编号是 yyy，我给了某某 1 个查克拉！”，这样就解决了伪造的问题。其实上述模型就变成一个简化的中本聪第一版比特币区块链协议。

看到这里基本已经能够生动形象又不涉及任何细节地解释区块链了。但是任然存在以下疑问： “凭啥？”     “凭啥你喊一句话我就帮你记？我的小本本不要钱么？”。为了激励大家帮我传话和记账，我决定给第一个听到我喊话并且记录在小本本上的人一些奖励：第一个听到我喊话并记录下来的人，你就凭空得到了 1 个查克拉，这个查克拉是整个系统对你幸苦记账的报酬，而你记录了这句话之后，要马上告诉其它人你已经记录好了，让别人放弃继续记录这句话，并给你自己的记录编号让别人有据可查，然后你再把我的话加上你的记录编号一起喊出来，供下一个人记账。
 
当这个规则定下以后，这个系统中一定会出现一批人，他们开始竖着耳朵监听周围发出的声音，以抢占第一个记账的权利。比如概念 “比特币挖矿”。毕竟 1 比特币=1K-nK 美元。

比特币挖矿机，就是用于赚取比特币的电脑，这类电脑一般有专业的挖矿芯片，多采用烧显卡的方式工作，耗电量较大。用户用个人计算机下载软件然后运行特定算法，与远方服务器通讯后可得到相应比特币，是获取比特币的方式之一。
 
在这个系统中，如果我和另一个人 C 几乎同时地喊出一句：“为了艾泽拉斯！”。由于听众所处的位置不同，一定会有人先听到我说的那句话，而另外一些人则先听到 C 的那句话，如果我们规定只能有一个人说出这句话，那到底这句话是谁说的？
 
如果不加任何条件，那么上述的情况一定会这样发展：一部分人认为这句话是我说的，在听到这句话之后开始记账，之后他们所做的所有事情都是基于这个事实，并且随着这个信息一次次的传下去，这条信息链会越来越深；而另外一群认为是 C 先说这句话的人，也会按照这样的趋势发展。这样，原本是一条唯一的信息链，在我们喊出“为了艾泽拉斯”这句话之后，分叉了？
 
这会导致怎样的情况呢？按照我们的设想，应该每个人的小本本上记录的东西都是一样的，都是一条可以把所有信息串联起来的链条。但是在这一刻，他们小本本上记录的东西不一样了？以后还怎么确定交易和信息的真实性？

为了解决这个问题，又追加了新的规则，增加记录编码的难度，即比特币挖矿难度，保证记录的唯一性(保证节点之间的同步)。”不知道用唯一性是否准确？
 
区块链技术逻辑架构
区块链可以简单的分为三个层次，协议层、扩展层和应用层。其中，协议层又可以分为存储层和网络层，它们相互独立但又不可分割。如图：

协议层

所谓的协议层，就是指代最底层的技术。这个层次通常是一个完整的区块链产品，类似于我们电脑的操作系统，它维护着网络节点，仅提供 Api 供调用。通常官方会提供简单的客户端（通称为钱包），这个客户端钱包功能也很简单，只能建立地址、验证签名、转账支付、查看余额等。这个层次是一切的基础，构建了网络环境、搭建了交易通道、制定了节点奖励规则，至于你要交易什么，想干什么，它一概不过问，也过问不了。典型的例子，自然是比特币，还有各种二代币，比如莱特币等，本书介绍的亿书币也是。这个层次，是现阶段开发者聚集的地方，这说明加密货币仍在起步当中。
 
从用到的技术来说，协议层主要包括网络编程、分布式算法、加密签名、数据存储技术等 4 个方面，其中网络编程能力是大家选择编程语言的主要考虑因素，因为分布式算法基本上属于业务逻辑上的实现，什么语言都可以做到，加密签名技术是直接简单的使用（请看书中相关的加密解密文章，不建议自由发挥，没有过多的编码逻辑），数据库技术也主要在使用层面，只有点对点网络的实现和并发处理才是开发的难点，所以对于那些网络编程能力强，对并发处理简单的语言，人们就特别偏爱。也因此，Nodejs 开发区块链应用，逐渐变得更加流行，Go 语言也在逐渐兴起。
 
我把这个层面进一步分成了存储层和网络层。数据存储可以相对独立，选择自由度大一些，可以单独来讨论。选择的原则无非是性能和易用性。我们知道，系统的整体性能，主要取决于网络或数据存储的 I/O 性能，网络 I/O 优化空间不大，但是本地数据存储的 I/O 是可以优化的。比如，比特币选择的是谷歌的 LevelDB，据说这个数据库读写性能很好，但是很多功能需要开发者自己实现。目前，困扰业界的一个重大问题是，加密货币交易处理量远不如现在中心化的支付系统（银行等），除了 I/O，需要全方位的突破。
 
分布式算法、加密签名等都要在实现点对点网络的过程中加以使用，所以自然是网络层的事情，也是编码的重点和难点，《Nodejs 开发加密货币》全书分享的基本上就是这部分的内容。当然，也有把点对点网络的实现单独分开的，把节点查找、数据传输和验证等逻辑独立出来，而把共识算法、加密签名、数据存储等操作放在一起组成核心层。无论怎么组合，这两个部分都是最核心、最底层的部分，都是协议层的内容。
 
扩展层

这个层面类似于电脑的驱动程序，是为了让区块链产品更加实用。目前有两类，一是各类交易市场，是法币兑换加密货币的重要渠道，实现简单，来钱快，成本低，但风险也大。二是针对某个方向的扩展实现，比如基于亿书侧链，可为第三方出版机构、论坛网站等内容生产商提供定制服务等。特别值得一提的就是大家听得最多的“智能合约”的概念，这是典型的扩展层面的应用开发。所谓“智能合约”就是“可编程合约”，或者叫做“合约智能化”，其中的“智能”是执行上的智能，也就是说达到某个条件，合约自动执行，比如自动转移证券、自动付款等，目前还没有比较成型的产品，但不可否认，这将是区块链技术重要的发展方向。
 
扩展层使用的技术就没有什么限制了，可以包括很多，上面提到的分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等等，都可以使用。编程语言的选择上，可以更加自由，因为可以与协议层完全分离，编程语言也可以与协议层使用的开发语言不相同。在开发上，除了在交易时与协议层进行交互之外，其他时候尽量不要与协议层的开发混在一起。这个层面与应用层更加接近，也可以理解为 B/S 架构的产品中的服务端（Server）。这样不仅在架构设计上更加科学，让区块链数据更小，网络更独立，同时也可以保证扩展层开发不受约束。
 
从这个层面来看，区块链可以架构开发任何类型的产品，不仅仅是用在金融行业。在未来，随着底层协议的更加完善，任何需要第三方支付的产品都可以方便的使用区块链技术；任何需要确权、征信和追溯的信息，都可以借助区块链来实现。我个人觉得，这个目标应该很快就能实现。
 
应用层

这个层面类似于电脑中的各种软件程序，是普通人可以真正直接使用的产品，也可以理解为 B/S 架构的产品中的浏览器端（Browser）。这个层面的应用，目前几乎是空白。市场亟待出现这样的应用，引爆市场，形成真正的扩张之势，让区块链技术快速走进寻常百姓，服务于大众。大家使用的各类轻钱包（客户端），应该算作应用层最简单、最典型的应用。很快，亿书将基于亿书网络推出文档协作工具，这个就是典型的应用层的产品。
 
限于当前区块链技术的发展，亿书只能从协议层出发，把目标指向应用层，同时为第三方开发者提供扩展层的强大支持。这样做既可以避免贪多，又可以避免无法落地，是真正理性的开发路线。因为纯粹的开发协议层或扩展层，无法真正理解和验证应用层，会脱离实际，让第三方开发者很难使用。如果仅仅考虑应用层，市面上又找不到真正牢固、易用的协议层或扩展层的产品。所以，我们只好全面发力，采取完全开源开放的态度，通过社区的力量，共同去做一件有意义的事情，也算为中国区块链技术发展做点技术积累和微薄贡献。
 
区块链技术对社会的影响及意义

机器信任

过去网络上流行“怎么证明我妈是我妈”的新闻，这其实是一个直接用区块链就能解决的问题。

过去，我们的出生证、房产证、婚姻证等，需要一个中心的节点比如政府备书，大家才能承认。但一旦跨国，你就会遇到无穷的麻烦，跨国以后合同和证书可能就失效了，因为缺少全球性的中心节点。
 
区块链技术不可篡改的特性从根本上改变了中心化的信用创建方式，通过数学原理而非中心化信用机构来低成本地建立信用。我们的出生证、房产证、婚姻证都可以在区块链上公证，变成全球都信任的东西，当然也可以轻松证明 “我妈是我妈”。
 
人是善变的，而机器是不会撒谎的，区块链有望带领我们从个人信任、制度信任进入到机器信任的时代。
 
这个意义有多大呢？
 
回顾历史，人类文明是建立在信任和共识的基础上搭建起合作网络，从而人类成为地球的主宰。
 
最早智人为什么能够战胜其他人种，从而统一人类？其实是因为语言的出现和讲故事能力的提升，人们能够以极其灵活的方式与陌生人进行大规模的协作，而其他人种因为不具备这种能力，所以无法更高效地聚集起团队，于是很快就分崩离析。
 
直到今天，互联网也是新一代 “大型合作网络”，互联网上的领袖就是超级信任节点，他们的信任靠的是长时间的积累。
 
传统金融的合作网络建立在钢筋水泥的大厦上，所以银行都需要盖大楼，让大家相信他们是值得信任的。政治上的信任构建也大体如此，需要大量的成本。
 
从个人信任进化到制度信任是人类文明的一大进步，制度的产生源于降低交易成本的需求。通过对符合制度规定的行为进行认可与鼓励，对违反制度规定的行为进行惩戒，引导人们将自己的行为控制在一定的范围内，从而达到降低交易成本的目的。
 
但制度和国家机器等中心节点为我们建立信用的成本偏高，因为需要很多人来维持这个体系。不管哪个时代，需要大量的人来维持的体系成本必然很高。
 
区块链技术则用代码构建了一个最低成本的信任方式 —— 机器信任，我们不需要相信语言和故事，也不需要有钢筋水泥、中央机构为基础，不需要靠个人领袖背书，只需要知道那些区块链上的代码会执行，也不需要担心制度会被腐败掉，就可以做到互相协作，低成本构建大型合作网络。
 
机器信任其实是无须信任的信任。人类历史将第一次可以接近零成本建立地球上前所未有的大型合作网络，这必将是一场伟大的群众运动。
 
价值传递

人类正处于一场从物理世界向虚拟世界迁徙的历史性运动中，而不能否认一个事实，人类的财富也将渐渐往互联网转移，这已经是既成事实。
 
传统的互联网不是为传递价值而生，互联网上信息的传输，本质是信息的拷贝。而现实中的货币流通要依靠中心化的组织做背书来维护运行，比如微信支付、支付宝、银联等。但现在有哪家公司能活 1000 年以上的吗？所以，依靠中心化的方式实现价值传递，弊病很多。
 
而区块链是第一个能够实现价值传递的网络，区块链技术有望带领人类从信息互联网过渡到了价值互联网的伟大时代。
 
这个意义有多大呢？
 
在人类社会中，价值传递的重要性与信息传播不相上下。
 
互联网的出现，使信息传播手段实现了飞跃，信息实现了高效流动，但互联网价值传递的效率依然很慢。当前互联网上的电子货币本质上依然是传统的纸币，跨国支付也依然是个大问题。
 
而区块链的诞生正是人类构建价值传输网络的开始。它将使人们能够在网上像传递信息一样方便、低成本地传递价值，这些价值可以表现为资金、资产或其他形式。
 
区块链的价值传递应该按照两层意思来理解：
 
第一层是简单的价值传输，我们可以发送一个比特币给任何一个人。代币的全球性流通，让价值传输无比便利。
 
这个虽然看起来简单，但意义可能是巨大。我们这么来看，微信、支付宝小额移动支付的便利激活了一个万亿级别的知识付费行业（方便地打赏和购买），这是支付的便利带来的行业变革，而区块链带来的价值流动的便利性必然会对全球带来更巨大的影响。
 
第二层则是代币的流通或者说代币经济学带来的价值吸纳。
 
首先，代币发行让融资更加便利，这个在很多海外项目 ICO 的疯狂上就可以看到。
 
其次，代币的流通会吸纳价值。购买代币背后不是简单的购买服务，而是购买了整个生态。
 
举个例子，比如基于区块链的内容平台 Steemit，发行了代币 STEEM 来奖励内容生产者。Steemit 平台上每一个内容资产的增加，都会带来新价值的产生，又会吸引更多的用户，用户越多，STEEM 代币的消费也增加了，STEEM 代币的价值也相应增加，可以吸引更多的内容生产者，这种正向循环，从而形成生态效应。
 
由于代币 STEEM 的限量流通，代币 STEEM 能够吸纳整个 Steemit 生态的价值。
 
对于价值传递，价值流动越快，社会就越有活动。因为价值互联网，人类社会也必将迎来一场更完美的革命。
 
智能合约

区块链的智能合约是条款以计算机语言而非法律语言记录的智能合同。
 
智能合约让我们可以与真实世界的资产进行交互。当一个预先编好的条件被触发时，智能合约执行相应的合同条款。
 
一个典型案例：爷爷生前立下一份遗嘱，声称在其去世后且孙子年满 18 周岁时将自己名下的财产转移给孙子。若将此遗嘱记录在区块链上，那么区块链就会自动检索计算其孙子的年龄，当孙子年满 18 周岁的条件成立之后，区块链在政府的公共数据库等地方检索是否存在爷爷的一份离世证明。如果这两个条件同时符合，那么这笔资产将会不受任何约束地自动转移到孙子的账户之中，这种转移不会受到国界、外界阻挠等各种因素的制约，并且会自动强制执行。
 
智能合约的潜在好处很多，比如较低的签约成本、执行成本和合规成本等，是低成本的契约实现方式，尤其适用于大量的日常交易，所以需要昂贵的法务或者公证参与的纸质合同和契约，都能用电子化的智能合约来实现。 
 
人类文明已经从“身份社会”进化到了“契约社会”，而在区块链有望带领人类从契约社会过渡到智能合约的社会。
 
这个意义有多大呢？
 
智能合约能够替代所有的纸质契约，而且更重要的是，区块链能够完美的连接物理世界和虚拟世界。
 
比如， 要真正地实现所有权与使用权分离的共享经济社会，区块链技术就是最优的解决方案：把租车人的身份和汽车的身份都登记在区块链总账上，那么租车就像下楼开自己的车一样方便，车辆的出租方也能在区块链上以秒级时间确认租车人的身份，如果再加上智能合约，一切都自动完成，拥有它与使用它也就完全没有区别了。
 
利用智能合约我们未来也可以实现可编程经济。
 
比如一位妈妈想限制未成年儿女的零花钱支出，她可以通过智能合约设置这些支出的规则，如不可以购买垃圾食品、不可以一次性花光等，子女每发起一笔交易便可以触发一个智能合约运行，只有符合事先设置条件的交易才可以得到顺利执行。
 
区块链技术的应用前景

区块链在金融领域的应用前景

区块链在国际汇兑、信用证、股权登记和证券交易所等金融领域有着潜在的巨大应用价值。
 
将区块链技术应用在金融行业中，可省去第三方中介环节，实现点对点的对接，从而在大大降低成本的同时，快速完成交易支付。

比如 Visa 推出基于区块链技术的 Visa B2B Connect，它能为机构提供一种费用更低、更快速和安全的跨境支付方式来处理全球范围的企业对企业的交易。要知道传统的跨境支付需要等 3-5 天，并为此支付 1-3%的交易费用。
 
又比如纳斯达克推出基于区块链的交易平台 Linq，Linq 的具体应用场景是非上市公司的股权管理和股权交易。 
 
Visa 还联合 Coinbase 推出了首张比特币借记卡，花旗银行则在区块链上测试运行加密货币“花旗币”。
 
区块链在物联网和物流领域的应用前景

区块链在物联网和物流领域也可以天然结合。通过区块链可以降低物流成本，追溯物品的生产和运送过程，并且提高供应链管理的效率。该领域被认为是区块链一个很有前景的应用方向。
 
Skuchain 创建了基于区块链的新型供应链解决方案，实现商品流与资金流的同步，同时缓解假货问题。而伦敦的区块链初创企业 Provenance 为企业提供供应链溯源服务，通过在区块链上记录零售供应链上的全流程信息，实现产品材料、原料和产品的起源和历史等信息的检索和追踪，提升供应链上信息的透明度和真实性。

德国一个初创公司 Slock.it 做了一个基于区块链技术的智能锁,将锁连接到互联网,通过区块链上的智能合约对其进行控制。只需通过区块链网络向智能合约账户转账，即可打开智能锁。用在酒店里，客人就能很方便地开门了，这是真正的共享经济！
 
区块链在公共服务领域的应用前景

区块链在公共管理、能源、交通等领域都与民众的生产生活息息相关，但是目前这些领域的中心化特质也带来了一些问题，可以用区块链来改造。
 
例如，乌克兰敖德萨地区政府已经试验建立了一个基于区块链技术的在线拍卖网站，通过该平台以更加透明的方式来销售和出租国有资产，避免此前的腐败和欺诈行为的发生。
 
西班牙 Lugo 市政府则利用区块链建立了一个公开公正的投票系统。
 
爱沙尼亚政府与 Bitnation 合作，在区块链上开展政务管辖，通过区块链为居民提供结婚证明、出生证明、商务合同等公证服务。
 
欧洲能源署则利用区块链使得公民在能源零售市场中发挥更大的作用，能源零售市场的智能化（Micro-Generation Energy Market）使得消费者可以让多余的电量在市场上进行交换和出售，并显著降低电费开支。
 
区块链在认证、公证领域的应用前景

区块链具有不可篡改的特性，所以在认证和公证也有巨大的市场。
 
Bitproof 是一家专门利用区块链技术进行文件验证的公司。区块链初创公司 Bitproof 已经与霍伯顿学校（Holberton School）开展合作，该校宣布将利用比特币区块链技术向学生颁发学历证书，解决学历造假等问题。
 
区块链在数字版权领域的应用前景
 
通过区块链技术，可以对作品进行鉴权，证明文字、视频、音频等作品的存在，保证权属的真实、唯一性。作品在区块链上被确权后，后续交易都会进行实时记录，实现数字版权全生命周期管理，也可作为司法取证中的技术性保障。
 
例如，Ujo Music 平台借助区块链，建立了音乐版权管理平台新模式，歌曲的创作者与消费者可以建立直接的联系，省去了中间商的费用提成。
 
区块链在预测市场和保险领域的应用

在保险理赔方面，保险机构负责资金归集、投资、理赔，往往管理和运营成本较高。通过智能合约的应用，既无需投保人申请，也无需保险公司批准，只要触发理赔条件，实现保单自动理赔。
 
典型的应用案例 是 LenderBot,是 2016 年由区块链企业 Stratumn、德勤与支付服务商 Lemonway 合作推出，它允许人们通过 Facebook Messenger 的聊天功能，注册定制化的微保险产品， 为个人之间交换的高价值物品进行投保，而区块链在贷款合同中代替了第三方角色。