區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?，如何?jiǎn)單易懂地介紹區(qū)塊鏈？

事情是這樣的，最近我的室友Hasaki一直在問(wèn)我區(qū)塊鏈和比特幣的事情，我嘗試了很多種不通的姿勢(shì)以求簡(jiǎn)單通俗形象生動(dòng)地跟他解釋什么是區(qū)塊鏈技術(shù)，但是最后都失敗了。因此我萌生了要寫(xiě)一篇BlockChain for Babies（又名：如何向你的弱智室友解釋區(qū)塊鏈）的想法，以求能簡(jiǎn)單直觀生動(dòng)形象地向?qū)^(qū)塊鏈技術(shù)不了解但是想知道區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁吹娜私榻B區(qū)塊鏈技術(shù)或者比特幣。

因?yàn)槊嫦虻淖x者是不想知道具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)只想了解區(qū)塊鏈的人群，因此本文避開(kāi)了一些底層和算法細(xì)節(jié)，采用比較主觀的方式來(lái)展示筆者對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)。如果你只是對(duì)區(qū)塊鏈感興趣，并沒(méi)有深入學(xué)習(xí)的打算，或者只是想像我一樣在別人問(wèn)起來(lái)的時(shí)候裝逼，本文應(yīng)該是一篇很好的“導(dǎo)論”。

總覽

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個(gè)去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫(kù)（感謝@程劍宇指出：在與比特幣相關(guān)的區(qū)塊鏈應(yīng)用中可使用這一術(shù)語(yǔ)，但區(qū)塊鏈技術(shù)可能并不包含“賬本”）。其本身是一串使用密碼學(xué)相關(guān)聯(lián)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含了多次比特幣網(wǎng)絡(luò)交易有效確認(rèn)的信息。

這是區(qū)塊鏈的定義，因此要逐步了解區(qū)塊鏈，我們需要一步步了解如下東西。

去中心化

先來(lái)考慮一個(gè)中心化集中式處理的過(guò)程。你要在某寶上買(mǎi)一部手機(jī)，交易流程是：你將錢(qián)打給支付寶－支付寶收款后通知賣(mài)家發(fā)貨－賣(mài)家發(fā)貨－你確認(rèn)收貨－支付寶把錢(qián)打給賣(mài)家。

圖1: 中心化集中式交易模式

在這個(gè)過(guò)程中，雖然你是在和賣(mài)家交易，但是這筆交易還牽扯到了除了你和賣(mài)家的第三方，即支付寶，你和賣(mài)家的交易都是圍繞支付寶展開(kāi)。因此，如果支付寶系統(tǒng)出了問(wèn)題便會(huì)造成這筆交易的失敗。并且雖然你只是簡(jiǎn)單的買(mǎi)了一個(gè)手機(jī)，但是你和賣(mài)家都要向第三方提供多余的信息。因此考慮極端情況，如果支付寶跑路了或者是拿了錢(qián)不卻不承認(rèn)你的交易或者是支付寶所在的城市因?yàn)殚_(kāi)G20把所有人都趕走了(?)，那么你就悲劇了。

而去中心化的處理方式就要顯得簡(jiǎn)單很多，你只需要和賣(mài)家交換錢(qián)和手機(jī)，然后雙方都聲稱(chēng)完成了這筆交易，就OK了。

可以看出在某些特定情況下，去中心化的處理方式會(huì)更便捷，同時(shí)也無(wú)須擔(dān)心自己的與交易無(wú)關(guān)的信息泄漏。

其實(shí)如果只考慮兩個(gè)人的交易并不能把去中心化的好處完全展示出來(lái)，設(shè)想如果有成千上萬(wàn)筆交易在進(jìn)行，去中心化的處理方式會(huì)節(jié)約很多資源，使得整個(gè)交易自主化、簡(jiǎn)單化，并且排除了被中心化代理控制的風(fēng)險(xiǎn)。

去中心化是區(qū)塊鏈技術(shù)的顛覆性特點(diǎn)，它無(wú)需中心化代理，實(shí)現(xiàn)了一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直接交互，使得高效率、大規(guī)模、無(wú)中心化代理的信息交互方式成為了現(xiàn)實(shí)。

當(dāng)然，上述的例子有一個(gè)很大的潛在問(wèn)題：沒(méi)有了權(quán)威的中心化代理，怎樣保證每筆交易的準(zhǔn)確性和有效性呢？比如：如果沒(méi)有了權(quán)威的中心化代理，張三某一天借了我100塊錢(qián)，但是不還錢(qián)還不承認(rèn)怎么辦？這里就引出了區(qū)塊鏈的其它特性。

兩個(gè)基礎(chǔ)難題

在去中心化以后，整個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有了權(quán)威的中心化代理，信息的可信度和準(zhǔn)確性便會(huì)面臨問(wèn)題。

問(wèn)題1：類(lèi)兩軍問(wèn)題

第一次聽(tīng)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題居然是在TCP的課上，大致說(shuō)的是有兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的軍隊(duì)要傳遞信息，紅軍派遣一個(gè)信使去跟藍(lán)軍說(shuō)：“你他娘的把意大利炮拿出來(lái)！”。藍(lán)軍收到信息后又派了一個(gè)信使去紅軍說(shuō)：“收到指令！”。然后紅軍又派一個(gè)信使去藍(lán)軍說(shuō)：“知道你收到指令了！”。然后藍(lán)軍又派一個(gè)信使去紅軍說(shuō)：“知道你知道我收到指令了！”。然后紅軍又派一個(gè)信使去藍(lán)軍說(shuō)：“知道你知道我知道你收到指令了！”……然后就沒(méi)完沒(méi)了了。

圖2：在分布式計(jì)算中在異步系統(tǒng)和不可靠的通道上達(dá)到一致性是不可能的

在這種情況下，因?yàn)槭屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，雙方不可能在這種情況下達(dá)到信息的一致性。嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)，就是“在分布式計(jì)算上，試圖在異步系統(tǒng)和不可靠的通道上達(dá)到一致性是不可能的”。

問(wèn)題2：拜占庭將軍問(wèn)題

拜占庭羅馬帝國(guó)在軍事行動(dòng)中，采取將軍投票的策略來(lái)決定是進(jìn)攻還是撤退，也就是說(shuō)如果多數(shù)人決定進(jìn)攻，就上去干。但是軍隊(duì)中如果有奸細(xì)（比如將軍已經(jīng)反水故意亂投票，或者傳令官叛變擅自修改軍令），那怎么保證最后投票的結(jié)果真正反映了忠誠(chéng)的將軍的意愿呢？

拜占庭將軍問(wèn)題反映到信息交換領(lǐng)域中來(lái)，可以理解為在一個(gè)去中心的系統(tǒng)中，有一些節(jié)點(diǎn)是壞掉的，它們可能向外界廣播錯(cuò)誤的信息或者不廣播信息，在這種情況下如何驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

區(qū)塊鏈技術(shù)的誕生

現(xiàn)在讓我們來(lái)一步一步在去中心化的系統(tǒng)中解決這些問(wèn)題，見(jiàn)證區(qū)塊鏈技術(shù)雛形的誕生。

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我們先來(lái)建立一個(gè)去中心化的系統(tǒng)，為了方便理解，我們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的去中心化借貸模型：如果A借了B 100塊錢(qián)，這個(gè)時(shí)候，A在人群中大喊“我是A，我借給了B 100塊錢(qián)！”，B也在人群中大喊“我是B，A借給了我100塊錢(qián)！”，此時(shí)路人甲乙丙丁都聽(tīng)到了這些消息，因此所有人都在心中默默記下了“A借給了B100塊錢(qián)”。你看，這個(gè)時(shí)候一個(gè)去中心化的系統(tǒng)就建立起來(lái)了，這個(gè)系統(tǒng)中不需要銀行，也不需要借貸協(xié)議和收據(jù)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，甚至不需要人與人長(zhǎng)久的信任關(guān)系（比如B突然又改口說(shuō)“我不欠A錢(qián)！”，這個(gè)時(shí)候人民群眾就會(huì)站出來(lái)說(shuō)“不對(duì)，我的小本本上記錄了你某天借了A100塊錢(qián)！”）。

圖3：去中心化借貸模型

2
可能你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，在上述的模型中，所謂的“100塊錢(qián)”已經(jīng)不重要了。換句話說(shuō)，任何東西都可以在這個(gè)模型中交換，甚至你可以憑空杜撰一個(gè)東西，只要大家承認(rèn)，你就可以讓你杜撰的東西流通。比如：我在人群中高喊一聲“我創(chuàng)造了10個(gè)查克拉！”，我甚至不需要知道查克拉是什么，也不需要關(guān)心世界上是不是真的有查克拉，只要大家都聽(tīng)到，然后在自己的小本本上記下“LaiW3n有10個(gè)查克拉”，于是我就真的有100個(gè)查克拉了。從此以后，我便可以聲稱(chēng)我給了某人1個(gè)查克拉，只要路人甲乙丙丁都收到并且承認(rèn)了這一信息，那我就算完成了這次交易，哪怕世界上沒(méi)有查克拉。

你現(xiàn)在腦海中是不是浮現(xiàn)出了三個(gè)字——“比特幣”？由于真正的區(qū)塊鏈和比特幣比我上述的模型復(fù)雜太多，細(xì)節(jié)也豐富太多，因此以下還是以查克拉舉例，畢竟本文是Blockchain for Babies.（笑）

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假設(shè)過(guò)了很長(zhǎng)一段時(shí)間，我憑空創(chuàng)造的查克拉已經(jīng)在這個(gè)系統(tǒng)中流通了起來(lái)，大家都開(kāi)始認(rèn)可了查克拉。但是這個(gè)系統(tǒng)中一共就只有10個(gè)查克拉，于是有人動(dòng)了壞心思，他在人群中高呼“我有10個(gè)查克拉！”怎么辦？大家是直接在本本上記下他有10個(gè)查克拉么，這樣不是人人都可以偽造查克拉了么？

為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，我決定在我創(chuàng)造查克拉的時(shí)候給我的查克拉打上標(biāo)記（更準(zhǔn)確地說(shuō)，我是給我喊的那句“我創(chuàng)造了10個(gè)查克拉”打上標(biāo)記，比如標(biāo)記為001），這樣以后在每一筆交易的時(shí)候，我在高喊“我給了某某1個(gè)查克拉！”的時(shí)候，會(huì)附加上額外的一句話：“這1個(gè)查克拉的來(lái)源是記為001的那條記錄，我的這句話標(biāo)記為002！”。我們?cè)俪橄笠稽c(diǎn)，某人喊話的內(nèi)容的格式就變成了：“這句話編號(hào)xxx，上一句話的編號(hào)是yyy，我給了某某1個(gè)查克拉！”，這樣就解決了偽造的問(wèn)題。其實(shí)上述模型就變成一個(gè)簡(jiǎn)化的中本聰?shù)谝话姹忍貛艆^(qū)塊鏈協(xié)議：

圖4：查克拉模型和中本聰?shù)谝话鎱^(qū)塊鏈協(xié)議對(duì)比圖

好了，看到這里你基本已經(jīng)能夠生動(dòng)形象又不涉及任何細(xì)節(jié)地向你的弱智室友解釋區(qū)塊鏈了。但是也許你的室友是一個(gè)有打破沙鍋問(wèn)到底精神求是學(xué)子，因此你最好繼續(xù)準(zhǔn)好回答以下這幾個(gè)問(wèn)題。

1. “憑啥？”

你室友可能會(huì)問(wèn)：“憑啥你喊一句話我就幫你記？我的小本本不要錢(qián)么？”。為了激勵(lì)大家?guī)臀覀髟捄陀涃~，我決定給第一個(gè)聽(tīng)到我喊話并且記錄在小本本上的人一些獎(jiǎng)勵(lì)：第一個(gè)聽(tīng)到我喊話并記錄下來(lái)的人，你就憑空得到了1個(gè)查克拉，這個(gè)查克拉是整個(gè)系統(tǒng)對(duì)你幸苦記賬的報(bào)酬，而你記錄了這句話之后，要馬上告訴其它人你已經(jīng)記錄好了，讓別人放棄繼續(xù)記錄這句話，并給你自己的記錄編號(hào)讓別人有據(jù)可查，然后你再把我的話加上你的記錄編號(hào)一起喊出來(lái)，供下一個(gè)人記賬。

當(dāng)這個(gè)規(guī)則定下以后，這個(gè)系統(tǒng)中一定會(huì)出現(xiàn)一批人，他們開(kāi)始豎著耳朵監(jiān)聽(tīng)周?chē)l(fā)出的聲音，以搶占第一個(gè)記賬的權(quán)利。對(duì)的，你腦海中是不是又浮現(xiàn)出了“比特幣挖礦”的字眼？

值得一提的是，關(guān)于比特幣挖礦， @玲瓏邪僧舉了一個(gè)很形象的例子：

單身汪們要找女票，國(guó)民岳母說(shuō)我有好多女兒，這樣吧我給你們出點(diǎn)題目，解出一個(gè)就給其中一個(gè)姑娘的微信號(hào)。

單身汪們瘋狂競(jìng)爭(zhēng)，想破腦袋去解題。只要其中一只汪解出一道題，就立馬得意洋洋地昭告天下，示威全部單身汪，這個(gè)姑娘是我的啦，你們放棄吧。其他單身汪們即使不服也沒(méi)有辦法，惆悵懊惱也不是個(gè)事兒啊，還是麻溜地立馬去解下一道題目吧。這只喜贏姑娘的幸運(yùn)小汪被岳母認(rèn)可后還能得到25個(gè)貨幣單位的彩禮，簡(jiǎn)直人生贏家。

2. “聽(tīng)誰(shuí)的？”

在這個(gè)系統(tǒng)中，如果我和另一個(gè)人C幾乎同時(shí)地喊出一句：“為了艾澤拉斯！”。由于聽(tīng)眾所處的位置不同，一定會(huì)有人先聽(tīng)到我說(shuō)的那句話，而另外一些人則先聽(tīng)到C的那句話，如果我們規(guī)定只能有一個(gè)人說(shuō)出這句話，那到底這句話是誰(shuí)說(shuō)的？

如果不加任何條件，那么上述的情況一定會(huì)這樣發(fā)展：一部分人認(rèn)為這句話是我說(shuō)的，在聽(tīng)到這句話之后開(kāi)始記賬，之后他們所做的所有事情都是基于這個(gè)事實(shí)，并且隨著這個(gè)信息一次次的傳下去，這條信息鏈會(huì)越來(lái)越深；而另外一群認(rèn)為是C先說(shuō)這句話的人，也會(huì)按照這樣的趨勢(shì)發(fā)展。這樣，原本是一條唯一的信息鏈，在我們喊出“為了艾澤拉斯”這句話之后，分叉了??？

圖5：“區(qū)塊鏈”分叉

這會(huì)導(dǎo)致怎樣的情況呢？按照我們的設(shè)想，應(yīng)該每個(gè)人的小本本上記錄的東西都是一樣的，都是一條可以把所有信息串聯(lián)起來(lái)的鏈條。但是在這一刻，他們小本本上記錄的東西不一樣了！這還玩毛?。恳院筮€怎么確定交易和信息的真實(shí)性??？

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我又追加了新的規(guī)則：每個(gè)人在記錄小本本的時(shí)候，需要脫鞋然后用腳拿筆，在小本本上用正楷體書(shū)寫(xiě)！有了這個(gè)規(guī)定，由于用腳寫(xiě)字難度很大，每個(gè)人至少需要10分鐘才能寫(xiě)完，而且由于每個(gè)人用腳寫(xiě)字的熟練度不通，寫(xiě)完這句話所用的時(shí)間也不同，因此一定會(huì)有人先寫(xiě)完然后高呼“我寫(xiě)完了！那句話是LaiW3n喊的！”，這樣其它正在寫(xiě)這句話的人便會(huì)停筆，然后在小本本上重新開(kāi)始寫(xiě)“那句話是來(lái)文寫(xiě)的，上一句的編號(hào)是xxx”。

如果你對(duì)上述我的解決方法感興趣，你可以對(duì)照我上面的比喻去了解以下知識(shí)：

“聽(tīng)誰(shuí)的”——中本聰破解“拜占庭將軍問(wèn)題”的算法

“在小本本上記錄”——比特幣挖礦

“脫鞋用腳寫(xiě)字”——比特幣挖礦難度

“脫鞋寫(xiě)字速度”——算力

“新的規(guī)則”——工作量證明鏈

3. “雙花”問(wèn)題

這個(gè)時(shí)候你的室友可能又要問(wèn)：如果我同時(shí)宣布我給了A一個(gè)查克拉和我給了B一個(gè)查克拉，但是我只有一個(gè)查克拉，那咋整？是A和B都收到了查克拉還是咋地？

這個(gè)時(shí)候你只需要托起他的下巴，溫柔地看著他的眼睛，用手刮刮他的鼻子，說(shuō)：“小妖精，你把這種情況帶到上面的規(guī)則中去試試？”

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一些私信問(wèn)題討論：

1. 為何目前還鮮有區(qū)塊鏈和實(shí)體商業(yè)業(yè)務(wù)對(duì)接的案例？

從理論上：區(qū)塊鏈?zhǔn)且婚T(mén)新技術(shù)，保守大眾（包括我）還處在觀望階段，只有少數(shù)激進(jìn)或者目標(biāo)明確的實(shí)體開(kāi)始向區(qū)塊鏈進(jìn)軍，而這些少數(shù)的實(shí)體在現(xiàn)階段發(fā)聲的強(qiáng)度還不夠。

從應(yīng)用上：區(qū)塊鏈技術(shù)要與實(shí)體商業(yè)對(duì)接，在技術(shù)和規(guī)則上還需要進(jìn)一步開(kāi)拓，區(qū)塊鏈解決的所謂“不信任”問(wèn)題其對(duì)象也只局限于區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)。因此如果區(qū)塊鏈要與實(shí)體業(yè)務(wù)對(duì)接，還需要進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)體與數(shù)據(jù)之間跨域的“游戲規(guī)則”的建立。

2. 虛擬加密貨幣最終是否會(huì)走向龐氏騙局？

這個(gè)問(wèn)題我也不太好回答，畢竟我是一個(gè)技術(shù)人員而非這個(gè)領(lǐng)域的弄潮兒。我個(gè)人的看法是：對(duì)于普通人，不建議長(zhǎng)期持有某種數(shù)字貨幣，應(yīng)將數(shù)字貨幣作為法幣之間轉(zhuǎn)換的橋梁；對(duì)于投機(jī)者，“炒幣”需謹(jǐn)慎，應(yīng)將風(fēng)險(xiǎn)控制在自己能夠承受的范圍內(nèi)。PS：其實(shí)我真的不關(guān)心這個(gè)問(wèn)題。

3. 為什么聽(tīng)你一講，感覺(jué)區(qū)塊鏈很弱智的樣子？

我在文中已經(jīng)說(shuō)明，這只是一篇關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的新人導(dǎo)論，其目的在于幫助你快速對(duì)區(qū)塊鏈有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)；如果真的想了解區(qū)塊鏈技術(shù)細(xì)節(jié)，請(qǐng)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)或訪問(wèn)區(qū)塊鏈社區(qū)。

4. 工作機(jī)會(huì)

感謝各位熱情的HR，但我現(xiàn)在暫無(wú)跳槽的打算。

5. 轉(zhuǎn)載

個(gè)人可以轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源并告知我一聲；商業(yè)組織或作為商業(yè)用途，請(qǐng)私信。

編輯于 2016-09-29
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maxdeath
maxdeath
信息論博士，區(qū)塊鏈博士后
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首先要搞清一個(gè)問(wèn)題——比特幣是區(qū)塊鏈，但是區(qū)塊鏈并不是比特幣。

于是，在區(qū)塊鏈的這個(gè)問(wèn)題回答里，提到“礦工”，“挖礦”，“最長(zhǎng)鏈”，“分叉”等等詞的，其實(shí)都不準(zhǔn)確。

寫(xiě)一點(diǎn)上個(gè)月講課的內(nèi)容——個(gè)人覺(jué)得大部分的回答，包括google搜出來(lái)的或者wiki的，都不能很好地解釋區(qū)塊鏈?zhǔn)莻€(gè)什么東西。因?yàn)橹v比特幣的人很多，懂比特幣的人也很多，但是具體到區(qū)塊鏈，現(xiàn)在并沒(méi)有一個(gè)很清楚的定義說(shuō)什么是區(qū)塊鏈，基本上所有的介紹里都是這樣的：

比特幣——〉區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺牡讓蛹夹g(shù)。

或者

比特幣——〉比特幣是一種區(qū)塊鏈。

具體到什么是區(qū)塊鏈的問(wèn)題，目前沒(méi)有看到很好的定義和介紹，更多的是大而化之地講區(qū)塊鏈的意義在哪里的空泛文章，要不然就是一水的礦工和挖礦。所以我來(lái)從純理論角度說(shuō)一下我個(gè)人對(duì)區(qū)塊鏈的定義：

1，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)放在非安全環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)（系統(tǒng)）。

2，區(qū)塊鏈采用密碼學(xué)的方法來(lái)保證已有數(shù)據(jù)不可能被篡改。

3，區(qū)塊鏈采用共識(shí)算法來(lái)對(duì)于新增數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)。

具有以上三個(gè)性質(zhì)的系統(tǒng)，就是區(qū)塊鏈。

 

1，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)放在非安全環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)（系統(tǒng)）。

這里的要點(diǎn)有兩個(gè)：（1）分布式，（2）非安全環(huán)境。

首先，這是一個(gè)分布式的，去中心化的系統(tǒng)。所以，有一個(gè)中心服務(wù)器或者節(jié)點(diǎn)的，不是區(qū)塊鏈。節(jié)點(diǎn)都是安全的，無(wú)惡意的，那這不是區(qū)塊鏈。同理，從應(yīng)用的角度講，如果你的應(yīng)用必須要使用中心節(jié)點(diǎn)（例如要用超級(jí)計(jì)算機(jī)做深度學(xué)習(xí)）或者沒(méi)必要考慮節(jié)點(diǎn)不安全的情況（例如某個(gè)安全的工廠里的傳感器），那么并不需要考慮區(qū)塊鏈技術(shù)。

至于后面的詞“數(shù)據(jù)庫(kù)”，目前大部分成熟的區(qū)塊鏈都是數(shù)據(jù)庫(kù)，例如比特幣就是一個(gè)分布式賬本，而賬本其實(shí)就是數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)數(shù)據(jù)的格式，又可以分三種——1，數(shù)據(jù)是完全不相關(guān)的，只是達(dá)成的共識(shí)，沒(méi)有有效無(wú)效之分；2，數(shù)據(jù)有某些邏輯結(jié)構(gòu)，例如賬本中，一筆交易實(shí)際上除了金額，還有輸入和輸出，連接到之前的交易，這些數(shù)據(jù)需要通過(guò)邏輯驗(yàn)證（例如交易中，節(jié)點(diǎn)需要驗(yàn)證輸入的交易是否有效）；3，數(shù)據(jù)擁有圖靈完備的邏輯，而驗(yàn)證的時(shí)候需要通過(guò)節(jié)點(diǎn)使用算力運(yùn)算，每筆交易可以有不同的輸出和狀態(tài)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)要做的不僅僅是驗(yàn)證交易的真實(shí)性和輸入的正確性，還要根據(jù)交易里的邏輯讀入數(shù)值，進(jìn)行驗(yàn)算然后再驗(yàn)證結(jié)果。

比特幣的系統(tǒng)就是第二種，又叫分布式賬本；以太坊是第三種。第三種可以支持智能合約。

用比特幣舉例的話，1，它是一個(gè)完全去中心化的系統(tǒng)，2，它放在一個(gè)非安全的環(huán)境，它并不要求所有使用比特幣的人都沒(méi)有惡意。

2，區(qū)塊鏈采用密碼學(xué)的方法來(lái)保證已有數(shù)據(jù)不可能被篡改。

這個(gè)是誤解最多的部分，因?yàn)楹芏嗳艘惶岬絽^(qū)塊鏈就只覺(jué)得是這個(gè)。誠(chéng)然，這部分很重要，而且確實(shí)區(qū)塊鏈也因此得名，但這只是區(qū)塊鏈的定義的一部分。

這個(gè)部分的兩個(gè)核心要點(diǎn)是：（1）密碼學(xué)哈希函數(shù)，（2）非對(duì)稱(chēng)加密。

兩個(gè)都是密碼學(xué)的基礎(chǔ)概念，網(wǎng)上都有非常清晰的定義，我只簡(jiǎn)單說(shuō)下：

（密碼學(xué)）哈希函數(shù)：一個(gè)函數(shù)Y=H(X)，有如下性質(zhì)：1，有X可以很容易算出Y；2，有Y不可能算出X；3，有Y不可能找到另一個(gè)X'使得H(X')=Y；3.5，如果X和X'相差很小，H(X)和H(X')則完全不相關(guān)。

這東西主要用于驗(yàn)證信息完整性——在一個(gè)信息后面放上這個(gè)信息的哈希值，這個(gè)值很小，例如256bit，而且計(jì)算方便。收到信息之后收信人再算一遍哈希值，對(duì)比兩者就知道這條信息是否被篡改過(guò)了。如果被篡改過(guò)，哪怕只有一bit，整個(gè)哈希值也會(huì)截然不同。而根據(jù)哈希函數(shù)的性質(zhì)，沒(méi)有人能夠偽造出另一個(gè)消息具有同樣的哈希值，也就是說(shuō)篡改過(guò)的數(shù)據(jù)完全不可能通過(guò)哈希校驗(yàn)。

非對(duì)稱(chēng)加密：這東西很好理解——對(duì)稱(chēng)加密就是有個(gè)密鑰，可以理解成保險(xiǎn)箱鑰匙，你把消息加密變成密文，沒(méi)有人能看懂這是啥，然后同一把鑰匙解密成原來(lái)的消息。

非對(duì)稱(chēng)加密就是有兩把鑰匙，一把叫公鑰，一把叫私鑰，用其中一把加密的話，只能用另一把解密，反之亦然。另一個(gè)重要的性質(zhì)是，給你密文，明文和其中一把鑰匙，你還是解不出來(lái)另一把鑰匙是啥。原理基本上是基于一些困難數(shù)學(xué)問(wèn)題，例如因數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)，常用的有RSA，Diffie-Hellman和ECC（橢圓曲線），比特幣用的是橢圓曲線。

非對(duì)稱(chēng)加密除了和對(duì)稱(chēng)加密一樣用于信息加密之外，還有另一個(gè)用途，就是身份驗(yàn)證。因?yàn)橥ǔＧ闆r我們假設(shè)一對(duì)公私鑰，公鑰是公開(kāi)的，而私鑰只有本人有，于是一個(gè)人如果有對(duì)應(yīng)的私鑰，我們就可以認(rèn)定他是本人。其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是數(shù)字簽名——某個(gè)消息后面，發(fā)信人對(duì)這個(gè)消息做哈希運(yùn)算，然后用私鑰加密。接著收信人首先對(duì)消息進(jìn)行哈希運(yùn)算，接著用相應(yīng)的公鑰解密數(shù)字簽名，再對(duì)比兩個(gè)哈希值，如果相同，就代表這個(gè)消息是本人發(fā)出的而且沒(méi)有被篡改過(guò)。

以上是基礎(chǔ)知識(shí)，至于區(qū)塊鏈怎么實(shí)現(xiàn)的，很簡(jiǎn)單：

交易（數(shù)據(jù)）寫(xiě)在區(qū)塊里。

第一個(gè)區(qū)塊叫創(chuàng)世區(qū)塊，寫(xiě)啥都行。

從第二個(gè)區(qū)塊開(kāi)始，每個(gè)區(qū)塊的第一部分有前一區(qū)塊的哈希值。此外，區(qū)塊里的每一筆交易（數(shù)據(jù)），都有發(fā)起人的數(shù)字簽名來(lái)保證真實(shí)性和合法性。于是，先前區(qū)塊里的任何數(shù)據(jù)都不可被篡改，原因見(jiàn)上。

到這為止有人可能會(huì)問(wèn)：為什么要弄個(gè)鏈?。恐苯铀袛?shù)據(jù)加個(gè)哈希值不就行了？

因?yàn)?mdash;—這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)并不是靜止的啊。

數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)是會(huì)增加的，而每次增加的數(shù)據(jù)，就是一個(gè)區(qū)塊，于是這些生成時(shí)間不同的區(qū)塊，就以這種形式鏈在一起了。

至于如何增加區(qū)塊，就涉及到第三個(gè)部分——共識(shí)算法。

3，區(qū)塊鏈采用共識(shí)算法來(lái)對(duì)于新增數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)。

共識(shí)算法的目的，就是讓所有節(jié)點(diǎn)對(duì)于新增區(qū)塊達(dá)成共識(shí)，也就是說(shuō)，所有人都要認(rèn)可新增的區(qū)塊。對(duì)于有中心的系統(tǒng)，這事很簡(jiǎn)單，中心說(shuō)什么大家同意就好了，但是放到去中心化系統(tǒng)里，尤其是當(dāng)有些節(jié)點(diǎn)有惡意的時(shí)候，這東西非常復(fù)雜，計(jì)算機(jī)科學(xué)里有個(gè)相應(yīng)的問(wèn)題，叫做“拜占庭將軍問(wèn)題”或者“拜占庭容錯(cuò)”（BFT）。

有很多用Lamport給出的那個(gè)例子來(lái)講BFT的東西，我在這里換一個(gè)角度。

Lamport大神當(dāng)年提出這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候在斯坦福研究中心給NASA做項(xiàng)目，他提出這個(gè)問(wèn)題的原因并不是考慮類(lèi)似比特幣的應(yīng)用場(chǎng)景（整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)成千上萬(wàn)個(gè)用戶(hù)），而是考慮特殊背景下的一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)——

航天飛機(jī)的控制系統(tǒng)。

如果有航空背景的同學(xué)可能知道，飛機(jī)有三套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，為什么呢？因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)都不可能完全不出故障，就算飛機(jī)控制系統(tǒng)的故障率已經(jīng)極低了，還是有飛到一半這東西壞了的可能。于是我們可以弄兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，同時(shí)壞掉的幾率就會(huì)大大降低。

可是兩套獨(dú)立的系統(tǒng)還是不足以容下一個(gè)系統(tǒng)的錯(cuò)誤——一架飛機(jī)迎面飛來(lái)，兩套系統(tǒng)一個(gè)說(shuō)要躲，一個(gè)說(shuō)不躲，那到底是躲還是不躲呢？所以我們需要三臺(tái)獨(dú)立的系統(tǒng)，這樣，如果有一個(gè)系統(tǒng)有故障了，還有兩臺(tái)能正常工作，能少數(shù)服從多數(shù)給出正確的結(jié)果。學(xué)過(guò)糾錯(cuò)碼的同學(xué)對(duì)這個(gè)應(yīng)該不陌生，這個(gè)系統(tǒng)的輸出之間的漢明間距是3，所以可以糾正一位的錯(cuò)誤。

然而，對(duì)于航天飛機(jī)，在冷戰(zhàn)的背景下，萬(wàn)一某個(gè)系統(tǒng)不是壞掉了，而是被敵人控制了呢？三套系統(tǒng)還夠嗎？

答案是否定的，因?yàn)椴煌趩渭冎皇菈牡舻墓?jié)點(diǎn)，惡意節(jié)點(diǎn)可以做一些別的事來(lái)阻止整個(gè)系統(tǒng)達(dá)成共識(shí)。

這個(gè)部分略復(fù)雜要講的話要單開(kāi)一帖，所以我們只說(shuō)最簡(jiǎn)單的情況（無(wú)簽名同步系統(tǒng)）。

我們管三個(gè)系統(tǒng)叫ABC，正常工作流程是三個(gè)人每次得出結(jié)果就互相告訴一下，然后每個(gè)人選多數(shù)人同意的結(jié)果。這是個(gè)沒(méi)有中央節(jié)點(diǎn)的分布式系統(tǒng)，也就是說(shuō)三人不能聚在一起開(kāi)個(gè)會(huì)啥的，仨人只能兩兩通信。這個(gè)時(shí)候，假設(shè)C有惡意，它的目標(biāo)是破壞這個(gè)系統(tǒng)。于是，假設(shè)正確的讀數(shù)是1，A和B都得出了1這個(gè)結(jié)果，這個(gè)時(shí)候C這個(gè)小婊砸告訴A說(shuō)“我的結(jié)果是0，B也覺(jué)得是0”，同時(shí)打個(gè)電話跟B說(shuō)“哎我覺(jué)得是0，A也這么說(shuō)”，于是A和B就懵逼了。假設(shè)你是A，你聽(tīng)到了兩個(gè)不同版本的B的答案，B說(shuō)自己選了1，C說(shuō)B選了0，可是A這個(gè)時(shí)候沒(méi)法知道B和C誰(shuí)才是那個(gè)騙了自己的小婊砸，因?yàn)槿绻鸅真的告訴A選了1然后告訴C是0，他聽(tīng)到的結(jié)果和現(xiàn)在是一模一樣的。

于是結(jié)論是，拜占庭容錯(cuò)，也就是需要容下一個(gè)惡意系統(tǒng)而非錯(cuò)誤系統(tǒng)，需要4個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。

（當(dāng)然，簽名可以解決這個(gè)問(wèn)題，但是這只是同步系統(tǒng)的情況，在異步系統(tǒng)里這問(wèn)題會(huì)變得更加復(fù)雜，原因是正常節(jié)點(diǎn)的回答有延遲，而惡意節(jié)點(diǎn)可以不回復(fù)，所以，正常節(jié)點(diǎn)一方面要等另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的回復(fù)，但是它又不知道對(duì)方會(huì)不會(huì)回復(fù)因?yàn)閷?duì)方有可能會(huì)有惡意，而在收到回復(fù)之前，它完全沒(méi)法判斷對(duì)方是正常節(jié)點(diǎn)還是惡意節(jié)點(diǎn)，這個(gè)問(wèn)題叫異步BFT，也是BFT的最復(fù)雜的情況，這里不再做更多的解釋?zhuān)挛奶岬降腂FT算法，其實(shí)都是異步BFT的算法）

Lamport提出這個(gè)問(wèn)題之后，有無(wú)數(shù)的算法被提出來(lái)，統(tǒng)稱(chēng)BFT（拜占庭容錯(cuò)）算法，其中最有代表性的叫PBFT，然后由于最近區(qū)塊鏈的熱度，無(wú)數(shù)針對(duì)區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化過(guò)的BFT算法也涌現(xiàn)出來(lái)，但是一個(gè)重要的問(wèn)題是，所有目前的BFT算法，都只能應(yīng)用在小型網(wǎng)絡(luò)里。原因很簡(jiǎn)單——因?yàn)锽FT這個(gè)問(wèn)題是設(shè)計(jì)給類(lèi)似于航天飛機(jī)控制系統(tǒng)這樣的場(chǎng)景的，早期的算法考慮的也主要是這種場(chǎng)景。PBFT論文里考慮的就是一個(gè)5個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。就算算上新提出的BFT算法，也最多應(yīng)用在不超過(guò)100個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)里。

這個(gè)問(wèn)題被擱置了很久，直到比特幣的誕生——中本聰從某種意義上簡(jiǎn)化了這個(gè)問(wèn)題，在比特幣中，同樣是共識(shí)問(wèn)題，中本聰引入了一個(gè)重要的假設(shè)——獎(jiǎng)勵(lì)，他之所以能這樣做的原因是，他考慮的是一個(gè)數(shù)字貨幣，也就是說(shuō)共識(shí)這個(gè)東西是有價(jià)值的。

于是在這樣的系統(tǒng)上，他提出了工作證明機(jī)制。

所有挖礦，礦工，最長(zhǎng)鏈，分叉等等等等，都可以歸結(jié)為一句話：

說(shuō)話是要有代價(jià)的，說(shuō)真話是有好處的，說(shuō)假話是要扣錢(qián)的……

這就是目前兩類(lèi)共識(shí)算法的核心區(qū)別：

BFT共識(shí)模型：惡意節(jié)點(diǎn)可以干任何事。

比特幣共識(shí)模型：模型中有公認(rèn)的“價(jià)值”，每個(gè)節(jié)點(diǎn)說(shuō)話都需要一定代價(jià)，誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)受到獎(jiǎng)勵(lì)，而惡意節(jié)點(diǎn)由于只付出代價(jià)而收不到獎(jiǎng)勵(lì)，變相受到了懲罰。

也就是說(shuō)，BFT共識(shí)模型其實(shí)涵蓋了比特幣共識(shí)模型的場(chǎng)景，比特幣共識(shí)其實(shí)放寬了BFT共識(shí)模型的限制。

比特幣共識(shí)對(duì)于BFT的優(yōu)勢(shì)在于，由于給惡意節(jié)點(diǎn)的能力做了限制，惡意節(jié)點(diǎn)所能造成的破壞大大降低了，尤其是對(duì)于異步系統(tǒng)——BFT共識(shí)里惡意節(jié)點(diǎn)可以一直拒絕相應(yīng)而誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)還需要一直等它（因?yàn)椴恢浪遣皇菒阂獾模?，而?duì)于比特幣共識(shí)，隨你便，你不響應(yīng)就沒(méi)有獎(jiǎng)勵(lì)可拿。于是，比特幣共識(shí)算法可以應(yīng)用于成千上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且，任何人隨時(shí)都可以加入，不需要預(yù)先在網(wǎng)絡(luò)里注冊(cè)自己的身份（而B(niǎo)FT算法里，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和身份都必須是已知的）。

但比特幣共識(shí)的缺陷在于，首先，得有個(gè)有價(jià)值的東西，也就是說(shuō)放在比特幣里這東西還行，以太坊的話現(xiàn)在可能也湊合，但是其他數(shù)字貨幣嘛……BFT共識(shí)有個(gè)嚴(yán)格的限定，就是惡意節(jié)點(diǎn)不能超過(guò)總數(shù)的1/3，然而其實(shí)比特幣共識(shí)沒(méi)有這樣的限制，唯一的限制就是假定大部分節(jié)點(diǎn)都是理性的，是逐利的，也就是會(huì)采用最佳的策略來(lái)賺取最大的價(jià)值。所以，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，自私挖礦這種行為在比特幣共識(shí)里是允許的，而多數(shù)攻擊，其實(shí)也算不上一種攻擊，因?yàn)檫@些都沒(méi)有突破比特幣共識(shí)的框架——如果這個(gè)價(jià)值無(wú)限大，比特幣共識(shí)是非常可靠的。然而這并不是事實(shí)，因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)虛擬貨幣都和比特幣一樣值錢(qián)，而在價(jià)值不高的情況下，比特幣共識(shí)的前提就站不住腳了——當(dāng)損失可能是幾千上萬(wàn)塊錢(qián)的時(shí)候，假定每個(gè)人都是理性的是合理，但是如果損失就幾分錢(qián)這個(gè)假設(shè)就相當(dāng)扯淡了，事實(shí)上也發(fā)生過(guò)一個(gè)比特幣礦池跑到另一個(gè)貨幣惡意挖礦搞垮對(duì)手的情況。

此外，比特幣共識(shí)是最長(zhǎng)鏈共識(shí)，也就是說(shuō)最長(zhǎng)鏈-->大多數(shù)-->理性，于是分叉是允許的。于是導(dǎo)致了一些附帶的問(wèn)題，例如，如果網(wǎng)絡(luò)有延遲，你怎么知道你手里那條鏈?zhǔn)钦麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)里當(dāng)前的最長(zhǎng)鏈呢？于是，如果需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)多，那么延遲加大。延遲加大，那么越多的人手里的鏈并不是全網(wǎng)絡(luò)的最長(zhǎng)鏈。于是，全網(wǎng)絡(luò)的最長(zhǎng)鏈，就沒(méi)法代表大多數(shù)。這就打破了比特幣共識(shí)的根本，這也是為什么比特幣區(qū)塊頻率是10分鐘一塊的原因。比特幣目前有個(gè)著名的7幣交易每秒的上限，而現(xiàn)在擴(kuò)容鬧得很厲害，以太坊的交易格式不同，也用了新的工作證明，想要改成權(quán)益證明，但這些都不本質(zhì)。真正本質(zhì)的是，在目前的網(wǎng)絡(luò)條件下，如果適用全網(wǎng)的話，比特幣共識(shí)的交易量基本上超不過(guò)100筆交易每秒這個(gè)量級(jí)。

上面這幾段有可能太深了，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，BFT共識(shí)和比特幣共識(shí)的區(qū)別可以這么理解：

BFT共識(shí)：來(lái)，大家開(kāi)個(gè)會(huì)討論一下集思廣益啊，討論出大家都滿(mǎn)意的結(jié)果為止。

問(wèn)題：開(kāi)會(huì)的效率大家都懂，人越多越不容易出結(jié)果。只能用于少數(shù)節(jié)點(diǎn)，用于上千個(gè)節(jié)點(diǎn)的話……大家想象一下一天開(kāi)一次人大的場(chǎng)景。

比特幣共識(shí)：你的詩(shī)念得不錯(cuò)，組織已經(jīng)決定了，今天就你來(lái)當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)了，做得好有獎(jiǎng)，做不好扣錢(qián)。

問(wèn)題：獎(jiǎng)勵(lì)幾千塊錢(qián)還好，獎(jiǎng)勵(lì)幾分錢(qián)誰(shuí)好好干？

 

而區(qū)塊鏈也就因此被分成了涇渭分明的兩類(lèi)，很多人都聽(tīng)過(guò)什么公有鏈私有鏈聯(lián)盟鏈，但是，如果你們以為這是根據(jù)應(yīng)用區(qū)分的就大錯(cuò)特錯(cuò)，其實(shí)，這兩種區(qū)塊鏈最本質(zhì)的區(qū)別，還是因?yàn)楣沧R(shí)模型或者說(shuō)算法不同——BFT算法沒(méi)法應(yīng)用于大量節(jié)點(diǎn)，所以用BFT算法的就沒(méi)法做公有鏈。而比特幣共識(shí)得有個(gè)價(jià)值體系，這東西去做私有鏈聯(lián)盟鏈就很不靠譜，因?yàn)橐粋€(gè)單純逐利的人的假設(shè)還算靠譜，但是如果對(duì)象是公司的話，公司的利益就太復(fù)雜了，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為他們只追逐區(qū)塊鏈上那點(diǎn)價(jià)值。

1，公有鏈，以比特幣，以太坊和所有虛擬貨幣為代表，都采用比特幣共識(shí)，共識(shí)算法基本上都采用工作證明機(jī)制，也就是挖礦那些，這種機(jī)制其他回答里已經(jīng)講得夠清楚了，就略過(guò)。工作證明一切都好，除了費(fèi)電……費(fèi)多少電呢？比特幣的話，差不多和一個(gè)百萬(wàn)人級(jí)別的城市那么多。此外以太坊的創(chuàng)始人特別喜歡權(quán)益證明，似乎很快要小范圍投入使用（100個(gè)區(qū)塊里一個(gè)用權(quán)益證明）。但是目前為止，大家對(duì)這東西的可靠性還持觀望態(tài)度。

2，私有鏈和聯(lián)盟鏈。以IBM的hyperledger-fabric，以及一大堆其他的類(lèi)似于tendermint，甚至R3 corda和ripple為代表，都用BFT共識(shí)。其實(shí)這方面的應(yīng)用已經(jīng)很多了，問(wèn)題是，1，目前基本上所有應(yīng)用給人的感覺(jué)都還是為了做區(qū)塊鏈而區(qū)塊鏈，真的覺(jué)得這東西好到不可或缺的應(yīng)用還基本沒(méi)有。2，由于為了區(qū)塊鏈而區(qū)塊鏈，其實(shí)很多場(chǎng)景的安全性和可靠性還值得懷疑，這點(diǎn)經(jīng)常被被公有鏈的支持者詬病。

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信息首發(fā)：區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?，如何?jiǎn)單易懂地介紹區(qū)塊鏈？
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