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揭开区块链的神秘面纱之二:比特币区块链

区块链的类型

比特币白皮书于2008年由中本聪出版,第一个比特币块在2009年被开采。由于比特币协议是开源的,任何人都可以利用协议,分发它(修改代码),并开始他们自己版本的P2P货币。许多所谓的山寨币出现并试图比比特币,更快或更匿名。不久之后,代码不仅被修改用以创建更好的加密货币,还有一些项目也试图改变区块链的想法,超出了P2P货币的使用案例。

这个想法表明,比特币区块链实际上可以用于任何类型的交易或任何类型的协议,如P2P保险,P2P能源交易,P2P共享骑行等。ColoredCoins和Mastercoin试图去解决比特币区块链协议存在的问题。以太坊项目决定创建自己的区块链,与比特币具有不同的属性,将智能合约层与核心区块链协议分离,为创建称为智能合约的在线市场和可编程交易提供了一种全新的方式。

像银行这样的私人机构意识到,他们可以将区块链的核心思想用作分布式账本技术(DLT),并创建一个经过许可的区块链(联邦私有),其中验证者是联盟成员或同一个联盟的独立法人实体组织。经过许可的私人账本的背景下的区块链具有很高的争议性。这就是为什么分布式账本技术这个术语成为一个更通用的术语。

私有区块链对于解决传统金融机构内部的效率、安全和欺诈问题非常有用,但只是逐步增加。 私有区块链不太可能会彻底改变金融体系。 然而,公共区块链有可能用软件取代传统金融机构的大部分功能,从根本上重塑了金融体系的运作方式。

公有区块链

基于Proof of Work (PoW))一致性算法的最先进的共有区块链协议是开放源代码且未经许可的。 任何人都可以参与。 (1)任何人都可以下载代码并开始在其本地设备上运行公共节点,验证网络中的事务,从而参与一致过程,确定哪些块添加到链中以及当前状态是什么。(2)世界上的任何人都可以通过网络发送交易,并希望在区块链中包含它们(如果它们是有效的)。 (3)任何人都可以在公共块浏览器上读取事务。交易是透明的,但是匿名交易。

联盟区块链

联盟区块链在一个团队的领导下运作。与公有区块链相反,它们不允许任何访问互联网的人参与验证交易的过程。联盟区块链更快(更高的可扩展性)并提供更多的事务隐私。 联盟区块链主要用于银行业。 共识过程由一组预先选定的节点控制; 例如,可以想象一个由15家金融机构组成的联盟,每个机构运营一个节点,其中要使得每个区块链发挥作用需要得到10个机构的共同确认才可以生效。 获取区块链数据的权利可能是公开的,或仅限于参与者。

私有区块链

只有一个组织能够控制其写权限。 读权限可能是公开的或限制在任意范围内。 示例应用程序包括单个公司内部的数据库管理,审计等,因此在许多情况下公众可读性根本不是必需的。 在其他情况下,需要公众审计能力。私有区块链是一种利用区块链技术的方式,设置可以在内部验证交易的组和参与者。这就像在一个中央系统中一样,存在安全漏洞的风险,而不是通过博弈论激励机制保护的公共区块链。但是,私有区块链有其适用场景,尤其是涉及数据隐私规则和其他法规问题的时。 它们具有一定的安全优势和其他安全缺点。

Hybrid/Blockchainified Databases: Example BigchainDB

现有技术的公共区块链目前存在可扩展性问题,这意味着网络每秒只能处理少量的事务,这使得它们不适用于高事务量的大规模应用程序。比特币和以太坊每秒只能处理不到十几笔交易,但Visa在高峰时需要每秒处理10万笔交易。 例如BigchainDB将分布式数据库的可扩展性能力与区块链的不可变元素结合起来,以解决数据库方面的这个问题。

有些人会质疑您可以将BigchainDB称为区块链。 然而,它是分布式计算技术中的一项重要技术,它解决了可扩展性这个大问题。 我们目前正在重新设计Web3.0的数据结构,从集中式计算转向分散式/分布式计算和去中心化网络。在这种情况下,BigchainDB是Web3.0技术堆栈中的重要组成部分(请参见下图)。

不同分类方案

许多人试图对区块链进行分类,但对如何准确区分不同类型的区块链并没有达成共识。 我们列出了一系列不同的分类方案。

一种区分是在公有和私有直接的,或许可和非许可之间的。有时这些术语是同义词,但它们指的是不同的东西。

比特币区块链是一款改变游戏规则的游戏,因为它是公开的,并且没有权限。 世界上任何人都可以下载开源代码,并且可以通过称为挖掘的概念开始验证交易,并获得比特币奖励。

比特币网络中的所有利益相关者彼此之间并不相互了解和信任,它们通过协议中预先定义的经济激励框架进行协调,并由P2P网络的机器共识自动执行。 因此,区块链协议中的智能合约为所有网络参与者提供了一个协调框架,而无需使用传统的法律合同。 在私密和经过许可的区块链中,所有验证交易的网络参与者都是已知的。 双边或多边法律协议为信任提供了框架。

 密码经济学

密码经济学被认为是竞争环境下经济互动的研究。潜在的挑战是,在分散式P2P系统中,不能控制任何集中的一方,人们必须假设会有不良的行为者打算中断系统。密码经济学方法将密码学与经济学相结合,创造出强大的分散式P2P网络,尽管对手试图破坏P2P网络,但它随着时间的推移仍然能够蓬勃发展。这些系统的基础是密码学,它保障了网络内部的P2P通信安全,经济学激励所有参与者为网络作出贡献,从而使网络能够持续发展。

在比特币出现之前,通常认为在P2P网络中节点间实现容错和抗攻击一致性是不可能的(拜占庭问题)。Satoshi Nakamoto介绍了P2P网络的经济激励措施,并在2008年发布的比特币白皮书中解决了这个问题。基于密码学的分散式P2P系统并不新鲜,比特币之前的这些P2P系统缺乏的是经济激励层参与者网络的协调。 Satoshi实现的Proof of Work (POW)一致性机制引入了经济协调博弈的新领域,现在称为密码经济学。

P2P网络中的机器共识

分布式计算的一个基本问题是,在存在大量错误或潜在损坏的程序的情况下实现整个系统的可靠性。 这通常需要实体就计算过程中需要的某些数据值达成一致。 一致性问题需要许多网络参与者就单个数据值达成一致。 某些过程可能会失败或者在其他方面不可靠,因此一致性协议必须具有容错性,抗攻击性和抗共谋性:

(1)容错

分散系统不太可能意外失败,因为它们依赖于许多独立的组件。

(2)抗攻击

分散式系统攻击和摧毁或操纵的成本更高,因为它们缺乏敏感的可以以比周围系统的经济规模低得多的成本进行攻击的中心点。

(3)抗合谋

分散化系统的参与者以牺牲其他参与者的利益为代价进行串通和行动的难度更大,而公司和政府的领导者总是以有利于自己的方式串通。

经济共识规则

在密码经济体系中,经济激励被设计成具有容错性,攻击性和抗共谋性。这些经济激励措施与密码令牌有关。比特币只是令牌治理规则集将利益相关者利益与经济激励相结合的第一个例子。

虽然Satoshi将比特币的令牌治理规则与POW激励机制联系在一起,但其他区块链已经尝试了其他一致性机制。 这里有一个可能的一致性机制的选择。 请注意,密码经济学领域是相当新的。 随着时间的推移而发展,我们很可能会看到更多的一致性机制。

Proof of Work(PoW): 比特币区块链使用电力来确保系统的安全。它创造了一个经济体系,你只能通过Proof of Work(PoW)参与。你这样做是为了获得比特币令牌。 如果你花钱,而你按照规则公平竞争,你就会收回钱。 如果你作弊,你会赔钱。一致性规则的设计方式是不会付钱作弊的。这种简单的博弈理论均衡是比特币一致性算法的核心。 目前,大多数山寨币是比特币协议的软件分支,通常对比特币区块链的PoW算法进行小幅改动。有些人认为,比特币目前的一致性体系更多的是Delegated PoW,而不是由中本聪所设计的纯粹的PoW,因为大多数矿工已经形成了采矿池形式的卡特尔。

历史:Proof of Work是一种经济措施,通过要求服务请求者提供一些工作(通常意味着计算机处理时间)来阻止拒绝服务攻击和其他服务滥用(如网络上的垃圾邮件)。 Cynthia Dwork和Moni Naor在1993年的期刊中首次提出了这个概念。 “Proof of Work”一词在Markus Jakobsson和Ari Juels的1999年论文中首次提出并形式化。这些方案的一个关键特征是它们的不对称性:在请求方的工作必须适度(但可行),但由易于被服务提供商检查。这个想法也被称为CPU成本函数,客户难题,计算难题或CPU定价函数。

(1)Proof of Stake (PoS):是加密货币区块链网络在实现分布式一致性中的另一种方法。虽然PoW方法要求用户反复运行散列算法或其他客户端谜题来验证电子交易,proof-of-stake要求用户证明一定数量货币的所有权。Peercoin是第一个使用Proof-of-Stake发起的加密货币。其他著名的实现可以在BitShares,Nxt,BlackCoin,NuShares / NuBits和Qora中找到。以太坊已经计划了从PoW到PoS共识的硬性转换。 Decred将PoW与PoS混合在一起,并结合了两者的元素,试图获得两个系统的好处,并创建更强大的一致性概念。通过PoS,挖掘块的可能性取决于矿工完成的工作(例如用于检查散列CPU/GPU周期。在比特币的情况下,与PoS相比,比较的资源是矿工持有比特币的数量,持有比特币1%的人可以挖掘1%的“PoS块”。用户必须证明他们拥有一定数量的加密货币来生成一个块,而不是牺牲能量去挖掘一个块。你有更高的股份,你更有可能产生一个块。理论上,这应该防止用户创建分支,因为它会降低他们的股份。赌注证明听起来似乎是一个好主意,但具有讽刺意味的是,存在“Nothing at Stake”问题。由于采矿比特币的成本很高,因此将你的精力浪费在一个不会让你赚到任何钱的新分支上,这是不明智的,但是在PoS下,它是免费的。

(2)Delegated Proof of Stake: DPoS使用信用体系和实时投票来达成一致性。更具体地说,必须建立一个值得信任的小组,其所有成员都有资格创建块,并防止不信任方参与。负责创建块的各方无法更改事务处理细节。但是,它们可以阻止特定事务被包含在下一个网络块中。这看起来需要一定的信任,这使得这个概念看起来不那么吸引人。但是,任何未包含在下一个块中的事务(或无法创建的块)都将意味着下一个网络块的大小是其大小的两倍。从某种意义上说,这可以防止某些恶意破坏。它所做的只是稍微延迟所述交易。此外,任何以邪恶手段行事的人都会将自己的行为暴露给公众。支持DPoS的货币社区成员可以投票将该人员作为完全移除。看起来好像在DPoS规则下进行欺诈不仅是不可能的,而且这样做也不符合任何人的最大利益。作为网络的一部分,也可以有更多或更少的代表,尽管这也可能不是有益的。不过,总是可以改变代表的人数,这是一个需要牢记的重要因素。

(3)Proof of Burn:它也可以用来引导一个加密货币。 这个想法是,矿工应该证明他们使用了一些硬币也就是说,他们发送到了一个可验证的unspendable的地址。 从个人角度来看,这很昂贵,就像工作证明一样; 但除了被烧毁的基础资产之外,它不会消耗任何资源。 到目前为止,所有使用加密货币的证明都是通过燃烧工作开采的加密货币来工作的,所以最终的稀缺资源仍然是工作开采的消耗的证明。

(4)Proof of Authority(PoA):PoA是私有区块链中的共识机制,它基本上为一个客户端(或特定数量的客户端)提供一个特定的私钥,使其有权制作区块链中的所有区块。

升级或更改共识规则

区块链协议是一种功能强大的工具,可在没有集中管理的情况下自动执行分布式网络中的预定义一致性规则。每一个网络成员都知道透明和开源的规则集,并且可以随时加入和退出。只要不必修改协议,区块链协议同样是一种强大的管理工具。

随着时间的推移和环境的变化,可能需要系统升级。 这些升级(分叉)需要网络中的所有利益相关者达成共识。 虽然该协议可以通过硬分叉或软分叉进行升级,而且这些分叉可能会引起极大的争议,正如我们在比特币块大小争议中所看到的那样,或者如同以太坊的post-DAO硬分叉那样。

例子:在比特币网络中,开发人员在Github,Bitcointalk,Reddit,邮件上提议对比特币进行改进。此级别的讨论对于实现平稳的运行时一致性转换至关重要。 参考实现的修改在测试网上进行测试。 成功的测试后,开发人员将这些变化实施到比特币软件中,谁在一致性流程中有发言权?(1)软件开发人员; (2)矿工; (3)交换; (4)钱包公司; (5)中间商人。

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