NO IMAGE

別人關於一個區塊鏈的例子,很通俗。

區塊鏈本質上是一個分散式的公共賬本,聽起來很蒙圈?別急,後面會用最深入淺出的方式來一一解釋。任何人都可以對這個公共賬本進行核查,但不存在一個單一的使用者可以對它進行控制。在區塊鏈系統中的參與者們,會共同維持賬本的更新:它只能按照嚴格的規則和共識來進行修改,這背後有非常精妙的設計。

舉個通俗的例子來解釋,W先生全家,包括 W 先生,W 夫人,W 爺爺, W 奶奶,各自的賬本上都記錄了大家的開支。因為 W 先生全家互相不信任。W 先生自己勤勤懇懇每個月養老婆,可W 夫人可能會收到1000塊錢卻記收到100,那豈不虧大了?

用區塊鏈如何解決這個問題呢?  假如某天 W 先生給了1000塊給 W 夫人,他只要在向全家人大吼一聲—— W 先生給了 W 夫人1000,請大家在各自的賬本上記下“W 先生給了 W 夫人1000”,就OK了。

於是 W 先生全家每個人都成了一個節點,每次 W 先生家的交易都會被每個人(每個節點)記錄下來。

每次晚上誰洗了碗(工作量證明)之後就可以在公共賬本上結賬,而且洗碗還有報酬,必須在前一天大家都公認的賬本後面新增新的交易,而且其他人也會參與驗證當天的交易。

自然會有人問,能否進行惡意操作來破壞整個區塊鏈系統?比如不承認別人的結果,或者偽造結果怎麼辦?

比如 W 夫人某天忽然說 W 先生沒給她1000,那麼全家人都會站起來斥責她。如果 W 夫人某天洗完碗想在結賬的時候動手腳,其他參與驗證的人也會站起來斥責她(除非她能收買超過一半以上的人),被發現作假會導致她那天的碗就白洗了,報酬也會拿不到,很可能第二天還要繼續洗碗。

最後那個公認的賬本也只會增加,不會減少。後續加入的家庭成員都會從最長的那個賬本那裡繼續結賬。

總結一下,區塊鏈其實很簡單,就是一個分散式的公共賬本。

這裡說成一個賬本,太不專業了,我們可以把區塊鏈說成是分散式資料庫。

    區塊鏈的主要作用是儲存資訊。任何需要儲存的資訊,都可以寫入區塊鏈,也可以從裡面讀取,所以它是資料庫。其次,任何人都可以架設伺服器,加入區塊鏈網路,成為一個節點。區塊鏈的世界裡面,沒有中心節點,每個節點都是平等的,都儲存著整個資料庫。這種去中心化的形式,是區塊鏈的很重要的一個特徵。任何一個節點都可以寫入/讀取資料,因為所有節點最後都會同步,保證區塊鏈一致。

分散式資料庫並非新發明,市場上早有此類產品。但是,區塊鏈有一個革命性特點。

區塊鏈沒有管理員,它是徹底無中心的。其他的資料庫都有管理員,但是區塊鏈沒有。如果有人想對區塊鏈新增稽核,也實現不了,因為它的設計目標就是防止出現居於中心地位的管理當局。

正是因為無法管理,區塊鏈才能做到無法被控制。否則一旦大公司大集團控制了管理權,他們就會控制整個平臺,其他使用者就都必須聽命於他們了。

但是,沒有了管理員,人人都可以往裡面寫入資料,怎麼才能保證資料是可信的呢?被壞人改了怎麼辦?請接著往下讀,這就是區塊鏈奇妙的地方。

區塊鏈中的區塊

區塊鏈由一個個區塊(block)組成。區塊很像資料庫的記錄,每次寫入資料,就是建立一個區塊。

每個區塊包含兩個部分。

  • 區塊頭(Head):記錄當前區塊的元資訊

  • 區塊體(Body):實際資料

區塊頭包含了當前區塊的多項元資訊。

  • 生成時間

  • 實際資料(即區塊體)的 Hash

  • 上一個區塊的 Hash

所謂 Hash 就是計算機可以對任意內容,計算出一個長度相同的特徵值。區塊鏈的 Hash 長度是256位,這就是說,不管原始內容是什麼,最後都會計算出一個256位的二進位制數字。而且可以保證,只要原始內容不同,對應的 Hash 一定是不同的。

舉例來說,字串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0(十六進位制),轉成二進位制就是256位,而且只有123能得到這個 Hash。

因此,就有兩個重要的推論。

  • 推論1:每個區塊的 Hash 都是不一樣的,可以通過 Hash 標識區塊。

  • 推論2:如果區塊的內容變了,它的 Hash 一定會改變。

區塊與 Hash 是一一對應的,每個區塊的 Hash 都是針對”區塊頭”(Head)計算的。

Hash = SHA256(區塊頭)

上面就是區塊 Hash 的計算公式,Hash 由區塊頭唯一決定,SHA256是區塊鏈的 Hash 演算法。

前面說過,區塊頭包含很多內容,其中有當前區塊體的 Hash(注意是”區塊體”的 Hash,而不是整個區塊),還有上一個區塊的 Hash。這意味著,如果當前區塊的內容變了,或者上一個區塊的 Hash 變了,一定會引起當前區塊的 Hash 改變。

這一點對區塊鏈有重大意義。如果有人修改了一個區塊,該區塊的 Hash 就變了。為了讓後面的區塊還能連到它,該人必須同時修改後面所有的區塊,否則被改掉的區塊就脫離區塊鏈了。由於後面要提到的原因,Hash 的計算很耗時,同時修改多個區塊幾乎不可能發生,除非有人掌握了全網51%以上的計算能力。

正是通過這種聯動機制,區塊鏈保證了自身的可靠性,資料一旦寫入,就無法被篡改。這就像歷史一樣,發生了就是發生了,從此再無法改變。

=============================================================================================================

============================================================================================================

由於必須保證節點之間的同步,所以新區塊的新增速度不能太快。試想一下,你剛剛同步了一個區塊,準備基於它生成下一個區塊,但這時別的節點又有新區塊生成,你不得不放棄做了一半的計算,再次去同步。因為每個區塊的後面,只能跟著一個區塊,你永遠只能在最新區塊的後面,生成下一個區塊。所以,你別無選擇,一聽到訊號,就必須立刻同步。

所以,區塊鏈的發明者中本聰(這是假名,真實身份至今未知)故意讓新增新區塊,變得很困難。他的設計是,平均每10分鐘,全網才能生成一個新區塊,一小時也就六個。

這種產出速度不是通過命令達成的,而是故意設定了海量的計算。也就是說,只有通過極其大量的計算,才能得到當前區塊的有效 Hash,從而把新區塊新增到區塊鏈。由於計算量太大,所以快不起來。

這個過程就叫做採礦(mining),因為計算有效 Hash 的難度,好比在全世界的沙子裡面,找到一粒符合條件的沙子。計算 Hash 的機器就叫做礦機,操作礦機的人就叫做礦工。

目錄

讀到這裡,你可能會有一個疑問,人們都說採礦很難,可是採礦不就是用計算機算出一個 Hash 嗎,這正是計算機的強項啊,怎麼會變得很難,遲遲算不出來呢?

原來不是任意一個 Hash 都可以,只有滿足條件的 Hash 才會被區塊連結受。這個條件特別苛刻,使得絕大部分 Hash 都不滿足要求,必須重算。

原來,區塊頭包含一個難度係數(difficulty),這個值決定了計算 Hash 的難度。舉例來說,第100000個區塊的難度係數是 14484.16236122。

區塊鏈協議規定,使用一個常量除以難度係數,可以得到目標值(target)。顯然,難度係數越大,目標值就越小。

Hash 的有效性跟目標值密切相關,只有小於目標值的 Hash 才是有效的,否則 Hash 無效,必須重算。由於目標值非常小,Hash 小於該值的機會極其渺茫,可能計算10億次,才算中一次。這就是採礦如此之慢的根本原因。

區塊頭裡面還有一個 Nonce 值,記錄了 Hash 重算的次數。第 100000 個區塊的 Nonce 值是274148111,即計算了 2.74 億次,才得到了一個有效的 Hash,該區塊才能加入區塊鏈。

就算採礦很難,但也沒法保證,正好十分鐘產出一個區塊,有時一分鐘就算出來了,有時幾個小時可能也沒結果。總體來看,隨著硬體裝置的提升,以及礦機的數量增長,計算速度一定會越來越快。

為了將產出速率恆定在十分鐘,中本聰還設計了難度係數的動態調節機制。他規定,難度係數每兩週(2016個區塊)調整一次。如果這兩週裡面,區塊的平均生成速度是9分鐘,就意味著比法定速度快了10%,因此難度係數就要調高10%;如果平均生成速度是11分鐘,就意味著比法定速度慢了10%,因此難度係數就要調低10%。

難度係數越調越高(目標值越來越小),導致了採礦越來越難。

即使區塊鏈是可靠的,現在還有一個問題沒有解決:如果兩個人同時向區塊鏈寫入資料,也就是說,同時有兩個區塊加入,因為它們都連著前一個區塊,就形成了分叉。這時應該採納哪一個區塊呢?

現在的規則是,新節點總是採用最長的那條區塊鏈。如果區塊鏈有分叉,將看哪個分支在分叉點後面,先達到6個新區塊(稱為”六次確認”)。按照10分鐘一個區塊計算,一小時就可以確認。

由於新區塊的生成速度由計算能力決定,所以這條規則就是說,擁有大多數計算能力的那條分支,就是正宗的位元鏈。

開始的時候我們說到了共識機制,就是各個節點之間達成的共識,規則。

比特幣的共識機制叫工作量證明(Proof of Work)

工作量證明,也就是大家熟悉的挖礦,通過計算出一個滿足規則的隨機數,即獲得本次記賬權,發出本輪需要記錄的資料,全網其它節點驗證後一起儲存。

在這種設計裡,每次新的交易都會向全網廣播,每個節點都會將收到交易資訊記錄到一個的區塊中,然後連結到現有的區塊鏈上。這是一個動態的過程,這整個迴圈過程生成的最長的鏈條就是現在的比特幣公鏈。換句話說,比特幣的鏈就是一個不斷增長的賬本。

W 先生的例子,已經很好的說明了工作量證明機制。工作量證明是通過洗碗來實現的,而洗了碗的人擁有了記賬權。每次交易都廣播,賬本也在不斷地增長。

工作量證明只是區塊鏈世界中共識機制的一種,還有權益證明機制(POS)等。

關於上面的十分鐘只能產生一個區塊以及產生的方式,難度係數等等,我現在有一個問題就是,是因為比特幣這種業務需要這樣的設計,就需要區塊的產生不能很快,還是區塊鏈本身的設計就是這樣,和比特幣毫無關係。

我現在不是很理解,希望看到的人能夠給個解釋,或者未來我理解了再來跟新把。