數字貨幣市場的大起大落，將新興的“區塊鏈”技術帶到我們眼前。本文通過五問來探討什麼是區塊鏈？它的運作原理是什麼？它為什麼會出現？還存在哪些問題？它的前景是什麼？
現在在科技界流傳著這樣一句話“幣圈一天，人間一年”，這句話調侃數字貨幣市場的大起大落，也將引新興的“區塊鏈”技術帶入到我們大眾的眼簾。
在這個信息爆炸的時代，許多創新的技術和產品正不斷湧現，區塊鏈正是當前最耀眼的一顆明星，被很多大佬譽為是人類未來發展趨勢的技術。
那麼，究竟什麼是區塊鏈？它的底層運作原理如何？區塊鏈為什麼會出現？目前它還有哪些問題？未來可能的應用場景有哪些？
帶著這5個問題，我們來逐層揭開區塊鏈的奧秘！
一、什麼是區塊鏈？
（1）從產品角度出發
我個人認為區塊鏈的本質其實是：一種促進人類大規模協作的技術手段，解決了多點之間相互信任以及利益分配的問題。
又或者我們可以把他理解為：數字存儲計算領域的共享技術，用戶們鏈接上網，提供自己的存儲空間以及算力，從而獲得一定的token（代幣獎勵，可能會持續增值）作為利益回報，這個就比較類似滴滴，Uber，Airbnb。
（2）從技術角度出發
區塊鏈技術是：利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分佈式節點共識算法，來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約，來編程和操作數據的一種全新的分佈式基礎架構與計算方式。
它融合了現有互聯網技術非常多的優質算法，並將其按照非常精妙的規則進行組裝，來完成這一系列的複雜處理。
二、區塊鏈的運作原理
區塊鏈系統一共有六層結構來構成，如下圖，分別是：數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層。
- 數據層：封裝了底層數據區塊，以及相關的數據加密和時間戳等基礎數據和基本算法；
- 網絡層：則包括分佈式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；
- 共識層：封裝網絡節點的各類共識算法；
- 激勵層：將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；
- 合約層：主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎；
- 應用層：封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。所有的二次開發應用都基於這一層面的，就類似於眾多的APP基於IOS和安卓底層操作系統一樣。
這個模型中區別傳統技術的創新點在於以下四個：
1. 分佈式賬本——不可篡改性、去中心化
交易記賬由分佈在不同地方的多個節點共同完成，而且每一個節點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監督交易合法性，同時也可以共同為其作證。不同於傳統的中心化記賬方案，沒有任何一個節點可以單獨記錄賬目，從而避免了單一記賬人被控制或者被賄賂而記假賬的可能性。
另一方面，由於記賬節點足夠多，理論上講除非所有的節點被破壞，否則賬目就不會丟失，從而保證了賬目數據的安全性。
2. 非對稱加密和授權技術——匿名性、安全性
存儲在區塊鏈上的交易信息是公開的，但是賬戶身份信息是高度加密的，只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到，從而保證了數據的安全和個人的隱私。
3. 共識機制——開放性、自治性
所有記賬節點之間怎麼達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。
區塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用於不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。
以比特幣為例：採用的是工作量證明，只有在控制了全網超過51%的記賬節點的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當加入區塊鏈的節點足夠多的時候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能。
4. 智能合約——不可逆性、強制性
智能合約是基於這些可信的不可篡改的數據，可以自動化的執行一些預先定義好的規則和條款。
以保險為例：如果說每個人的信息（包括醫療信息和風險發生的信息）都是真實可信的，那就很容易的在一些標準化的保險產品中，去進行自動化的理賠。
三、區塊鏈為什麼會出現？
2008年由中本聰第一次提出了區塊鏈的概念，他創造第一個區塊，即：“創世區塊”。
創世區塊 – 原始區塊鏈 ，是一種去中心化的數據庫，它包含一張被稱為區塊的列表，有著持續增長並且排列整齊的記錄。每個區塊都包含一個時間戳和一個與前一區塊的鏈接：設計區塊鏈使得數據不可篡改 ———一旦記錄下來，在一個區塊中的數據將不可逆。
區塊鏈的設計是一種保護措施，比如（應用於）高容錯的分佈式計算系統。
區塊鏈使混合一致性成為可能。這使區塊鏈適合：記錄事件、標題、醫療記錄和其他需要收錄數據的活動、身份識別管理，交易流程管理和出處證明管理。
2009年1月3日，比特幣的創始人中本聰在創世區塊裡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，財政大臣正處於實施第二輪銀行緊急援助的邊緣）。
當時正是英國的財政大臣達林被迫考慮第二次出手紓解銀行危機的時刻，這句話是泰晤士報當天的頭版文章標題。
區塊鏈的時間戳服務和存在證明，第一個區塊鏈產生的時間和當時正發生的事件被永久性的保留了下來。
當時主要就是為了——解決金融危機的問題，建立一個不被任何組織和機構組織操控的，基於機器信任，代碼信任的，去中心化的電子現金系統。
巨大價值：區塊鏈實現從信息互聯網到價值互聯網的轉移
互聯網技術成功實現了信息的去中心化，TCP/IP協議幫助了全世界人民進行互聯互通、暢快交流，但卻無法實現價值的去中心化。
換句話說，互聯網上能去中心化的活動是無需信用背書的活動，需要信用做保證的都是中心化的、有第三方中介機構參與的活動。
因此，為了解決這樣一個全球的信用問題-區塊鏈技術應運而生了。
它提供了一種無中介，無需信任單節點，全網共識的一種網絡方法。可以防止我們在與陌生人進行價值交換活動時，被惡意欺詐的風險。
為什麼說區塊鏈是一個顛覆性的技術？
我認為未來它可能會重塑社會的“信任關係”，當社會關係的基礎協議依賴於可信任的底層技術時，信息和交易都變得開放透明、不可篡改，社會規則和建立在此基礎之上的組織形態也會發生重大的變化。
四、目前它還有哪些問題？三元悖論
以太坊創始人Vitalik提出區塊鏈技術“不可能三角”，是三個因素：
- 可擴展性
- 去中心化
- 安全性
也就是一個區塊鏈的系統，不可能在同一時間，在這三個方面同時取得優化、最佳，它必須以犧牲其中若干個因素去換取在另外一個領域上的提升。也因此產生了區塊鏈的不可能三角，也即“三元悖論”。
1.追求“去中心化”和“安全性”則無法達到“可擴展性”
比特幣區塊鏈技術便是一種極致追求“去中心化”和“安全”的技術組合。
1）從數據結構上，它採用擁有時間戳的“區塊+鏈”的結構，在可追溯、防篡改上具備安全優勢，也易於分佈式系統中的數據同步。
但是若需要對信息進行查詢、驗證，則涉及到對鏈的遍歷操作，而遍歷是較為低效率的查詢方式。
2）在數據存儲上，它的每一個節點都下載和存儲所有數據包，利用強冗餘性獲得強容錯、強糾錯能力，使得網絡可以民主自治，但同時也帶來了巨大的校驗成本和存儲空間損耗。
它並不像分佈式數據庫那樣隨著節點的增加可以通過分佈式存儲提高整體存儲能力，而只是簡單地增加副本。
未來隨著區塊鏈技術所承載的內容增多,單個節點的存儲空間將是個問題
3）在併發處理上，比特幣區塊鏈技術最終只允許一個“礦工”獲得記賬權建立一個交易區塊，這種機制可以有效保證一個民主網絡運行的安全和穩健，但其實質上是擁有所有數據的整個“鏈條”在進行串行的“寫”操作。
相比關係數據庫將數據分為若干表，僅僅根據操作涉及的數據鎖定若干表或表中的記錄、其他表仍能併發處理相比，比特幣區塊鏈技術的串行操作效率遠低於普通數據庫。
4）在對內容的驗證上，比特幣區塊鏈讓每個節點都擁有所有的內容，同時對區塊內的所有內容進行哈希，這增強了：
民主性、隱私性、安全性。但是這種整體哈希的設計思路則意味著，不能以地址引用的方式存儲數據，否則由於所引用地址上所存儲的信息由於並未進行哈希校驗而可能存在篡改。因此，比特幣區塊鏈技術缺乏高效的可擴展性，在對大型內容的處理上存在效率問題。
2.追求“可擴展性”和“安全性”則無法完全 實現“去中心化”
從“共識機制”角度看：為了在確保“安全”的前提下解決比特幣區塊鏈技術所採用的工作量證明方式的低效性，權益證明（Proof of Stake）、股份授權證明（Dele⁃ gate Proof of Stake）等機制被採用。
但是無論是基於網絡權益代表的權益證明，還是利用101 位受委託人通過投票實現的股份授權證明，實際上都是對“去中心化”的退讓，形成了部分中心化。
同樣在區塊鏈技術的演化上，除了以比特幣為代表的公有鏈技術外，又衍生了聯盟鏈技術和私有鏈技術。
聯盟鏈技術只允許預設的節點進行記賬，加入的節點都需要申請和身份驗證，這種區塊鏈技術實質上是——在確保安全和效率的基礎上進行的“部分去中心化”或“多中心化”的妥協。
而私有鏈技術的區塊建立則掌握在一個實體手中，且區塊的讀取權限可以選擇性開放，它為了安全和效率已經完全演化成為一種“中心化”的技術。
3.追求“可擴展性”和“去中心化”則必須 犧牲“安全性”
一個極端的案例便是：基於 P2P（Peer-to-Peer）的視頻播放軟件。
以往當在線觀看人數增多時，基於中央服務器設計的視頻服務器會因承載壓力變大而速度緩慢。
為了提高效率，P2P 視頻播放軟件的設計使得一個節點在下載觀看視頻文件的同時，也不斷將數據傳輸給別人，每個節點不僅是下載者同時也是傳輸者，使資源的分享形成不再依賴於中央服務器的“去中心化”模式。
同時，由於視頻一秒有24 幀，少量圖片的局部數據損壞並不影響太多的視覺感官，但是用於數據校驗而出現的圖像延遲則是不可接受的。於是 P2P 視頻播放軟件犧牲了“安全”性，允許傳輸的數據出現少量錯誤。
在這種去中心化的網絡中，參與的節點越多，數據的傳播越快，傳播的效率越高。
當然這對於嚴謹的金融業來說，數據的錯誤是不可接受的，安全也是金融業所首要考慮的問題。
總之，從當前的技術條件來看尚無法實現“高效低能”、“去中心化”和“安全”三者皆得的區塊鏈技術。但是若對其一個或若干個要求進行妥協，所產生的新技術 集合由於更符合實際需求，有可能它對實際應用的吸引 力反而增強。
五、未來可能的應用場景有哪些？
現今的商業成本是很高的。
舉個例子：兩個公司之間簽訂了一個合約，需要建立很多機制來保證合同能順利執行。當出現一方違約的情況，就需要法院和律師、警察來協助我們判決和推動執行。
在區塊鏈的世界中，可以通過智能合約來自動執行類似合約，可以幫助我們節省大量的人工和時間成本，人們幾乎不需要擔心任何節點發生意外，也沒有人能夠惡意地去破壞或者篡改。
區塊鏈通過升級現代商業社會的三個基石來改變世界：
- 複式記帳法——傳統的複式記帳法變成了分佈式賬本；
- 有限制度公司——有限公司制度變成了 DAO 分佈式自治組織；
- 保護私有財產的法律制度——保護私有財產的法律制度變成了智能合約。
通過這些全新的運行方式，我們整個商業社會往一個全新的方向發展。
事實上，從我這邊來看，有很多聰明的朋友，正在做各種各樣的嘗試。
目前，區塊鏈在支付、結算、證券交易，以及在醫療、保險、物聯網都有很多的探索。
1. 物聯網，會是一個非常有趣的應用方向
IBM 曾經提出一個叫做《設備民主》的白皮書，裡面提出：到 2050 年，全世界至少有 1 千億設備會被連入物聯網。
但是到現在為止，全球還沒有合適的設備，能同時管理數億個同時連入的終端。事實上，即使有這樣一箇中心化管理設備，本身的安全性也有極大的隱患。中心化的設備一旦癱瘓，整個物聯網都會瞬間崩潰。
因此 IBM 的結論是：區塊鏈是目前我們想到的管理物聯網的最好方案，依靠安全可靠的分佈式系統來做底層的物聯網管理。
2. 去中心化的交易系統，最近至少在行業內是被追逐的一個目標
建立在區塊鏈上的去中心化交易系統，將是極度透明的，這意味著，傳統交易中可能會發生的虛假交易幾乎是不可能的。
比如：Borderless，它提供一個具有極高性能的去中心化交易平臺，能夠提供一切你所希望在一個交易平臺上應該具有的功能。不僅訂單的執行在你提交的瞬間就能夠完成了，並且還能提供抵押債券讓你能夠使用槓桿和提供利息，期權合約能夠讓你對沖你的倉位。
中心化的交易所已經一次又一次的讓世界知道，它們是多麼的不可靠和不值得信任。
- 無論是MFGlobal，Mt.Gox，或者是BitStamp，讓我們可以看到：如果讓第三方保管你的錢會發生什麼？
- 無論它們規模有多麼龐大，有多少審計、監管機構或是保險公司，那些全球中心化的銀行和交易所，還是每天都充斥著各種欺詐、濫用職權或者盜竊行為。
去中心化讓Borderless面對失敗時具有魯棒性(Robustness），指：原始載體在經歷各種信號處理過程後，隱藏信息仍能保持完整性或仍能被準確鑑別，不因處理攻擊後而導致秘密信息丟失的能力。
當一箇中心化的交易所被洩露數百萬美元將會瞬間影響數千個用戶，而一個去中心化的系統被攻擊、或者出現故障只會影響單個用戶和他的資金。用戶能夠控制他們自己的安全性，這其實可能遠比任何中心化實體要好得多。
3. 去中心化存儲也是一個非常大的方向
傳統的網絡下，訪問網絡或服務器文件都離不開 HTTP 協議。
當你輸入網址，點擊網頁連接，就會向中心服務器地址尋找文件。如果有很多人同時訪問，就容易造成網絡堵塞，速度很慢。
現在有一種基於區塊鏈的分佈式存儲式技術叫做 ：IPFS (星際文件系統：Inter Planetary File System)，這個概念非常棒，未來有可能會取代傳統的 HTTP 協議。IPFS 將文件碎片化存儲在距離用戶最近的計算機或服務器中，這樣加載速度就會大幅提升。
如果你所在的城市或者鄰居有節點，那速度就更快了，甚至可以等同於訪問本地文件。
4. 醫療領域也是一個爆發的點，這可能很多人沒有想到
早期每個人的醫療檔案，比如：身高、血糖、血壓，這些數據如果流失，大家不覺得會造成很大的困擾。但未來有一些生物資料絕對不可以流失，比如：你的虹膜和指紋。
如果你的指紋信息大規模外流，帶來的可能不是醫療上的災難，而是整個金融系統的災難。
基於這樣的認識，很多人提出，區塊鏈很可能是目前唯一的解決方案。因為區塊鏈不僅僅能夠杜絕篡改，還能夠提供多權限的複雜管理。
也就是說，你的重要數據是分層的，由你、你的家人、你的醫生、你的朋友一起來在不同層面上進行分享和保護，其中某個節點的洩露，不會造成整個數據庫的崩潰。
總之，區塊鏈的應用場景在未來，我認為是會逐漸豐富起來的，它帶給我們更多的不僅僅是一種技術，而更多是這種思維或者分佈式商業的理念。
題圖來自 Pixabay，基於 CC0 協議
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