区块链技术讲解 - Alan T. Norman

Alan T. Norman

区块链技术解说

区块链技术解说

关于区块链钱包、挖矿、比特币、以太坊、莱特币、大零币、门罗币、瑞波币、达世币、加密货币和智能合约的终极初学者指南

艾伦·T·诺曼（Alan T. Norman）

陈玉凤译著

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（在书的结尾查找）

版权所有©2017，艾伦·T·诺曼。

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为什么你应该读这本书

如果你从未听说过区块链，或者你对这项新技术的工作原理只有一个模糊的概念，那么这本书就是为你准备的。在这个简短的指南中，我将向你介绍区块链技术的基本原理，并使用简单的解释和示例。我已经向许多人介绍了区块链，所以我知道初学者通常会在什么地方感到困惑，以及他们的主要问题。所有的基本原则都将在本书中逐步阐述。你不需要任何特殊的知识或对技术的理解就可以理解这本书中的概念。区块链是一项技术，就像互联网或个人电脑一样，旨在供大众使用。它有可能彻底改变我们生活中的几乎每一种互动。许多读者都会听说过比特币和加密货币。这些是区块链技术的一个重要应用，也是第一个应用。然而，区块链并不仅限于在金融和支付系统中使用。虽然在本书中我们肯定会涵盖比特币和其他加密货币，但我们也将着眼于区块链在许多不同行业的潜在应用。

这不是一本关于投资比特币或其他加密货币的书

在过去的几年里，数百种新的货币在区块链上被创造出来，它们都生活在网上。对于新接触这项技术的人来说，人们正在认真投资于比特币等新发明的数字货币可能会令人惊讶。虽然这些货币很有趣，并有潜力获得广泛使用，但这不是一本关于加密货币的书。如果你正在寻找有关哪种货币将是最成功的投资建议或内幕信息，你不会在这本书中找到它，你会读我的另一本书《加密货币投资圣经》。

对于那些刚接触区块链的人来说，投资加密货币的想法听起来可能很有吸引力。警告一句：投资加密货币是一个高度波动的市场，风险极高。在投资一种加密货币之前要做好你的研究，以确保它是合法的，不要投资超过你能承受的损失。区块链和加密货币仍处于早期阶段，任何事情都可能随时发生。

你将在这本书中学到什么

这本书不是谈论投资，而是将重点放在区块链技术是如何运作的，以及将来如何使用它。你可以期待在这本书中看到的主题包括：

• 区块链解决了什么问题？

• 科技如何使我们的机构更快、更便宜？

• 科技能完全取代我们的机构（如政府、银行等）吗？

• 区块链如何在陌生人之间建立信任？

• 区块链如何提高交易和合同的安全性？

• 区块链可以用在金融领域之外吗？

• 什么是块？

• 什么是链条？我们为什么需要它？

• 对区块链的技术解释是什么？

• 什么是采矿，我们为什么需要它？

• 有没有其他方法可以替代挖掘来创建区块链？

• 比特币有什么故事？

• 比特币有什么问题吗？

• 什么是以太坊，什么是智能合同？

• 我还需要了解其他区块链技术吗？

• 企业如何采用区块链？

• 哪些监管障碍可能会阻碍区块链的采用？

哇，这是一大堆问题。如果你准备好解决这些问题，我也已经准备好了。让我们开始吧。

区块链的作用是什么？

在我们进入区块链技术背后的任何技术细节之前，了解区块链解决的问题是很重要的。我们为什么需要区块链，它有什么是我们当前的技术不能做到的？比特币和区块链技术的早期采用者发现了他们眼中的一个根本性缺陷，即我们看待交易、信任和社会机构的方式存在缺陷。区块链最早的版本出现在2007年美国金融危机期间，当时许多人对本应保护普通人利益的社会机构失去了信心。当然，危机过后，人们对银行系统的幻想破灭了，但他们也对政府监管金融市场和媒体调查潜在危机失去了信心。事实上，盖洛普民意调查和爱德曼信任度晴雨表都显示，在过去的十年中，公众对机构，例如银行，政府，媒体，学术界和非营利组织，的信任度稳步下降。人们对机构的信任处于美国历史上的最低点，类似的问题也困扰着欧盟（英国退欧，马琳·勒庞（Marine Le Pen）的崛起，加泰罗尼亚的独立，希腊的治理危机)。制度背后的基本理念是在社会中的陌生人之间建立信任。我们已经制定了法律和制度，使数百万互不相识的人能够彼此接近地生活。然而，区块链的创建者认为这些机构正在失败。

机构的问题

要了解为什么区块链的创建者想要取代机构，思考一下我们是如何达到机构信任如此之低的程度是很有用的。机构有什么弱点，区块链如何解决它们？

缓慢

第一个也是最大的缺陷是速度。机构，就其本质而言，是缓慢的。它们需要对每个关系、合同和交易进行审批和多轮验证。机构层面的政策变化也很缓慢。制定新法律或实施新程序可能需要数月或数年的时间。例如，提交报税表需要花费数小时的工作，而且令人头疼。然后，政府必须在你收到退款之前核实你在退货单中包含的信息。几个月甚至几年后，政府可能会选择审计你，在这种情况下，你将需要几年前的旧金融交易的副本。

另一个例子是银行交易时间。从技术上讲，没有理由说银行转账需要花几分钟的时间。但是，由于过时的系统、内部政策和政府法规要求对交易进行分析和处理，通常需要几个工作日才能完成交易。区块链技术由其用户管理，并使用加密技术来维护用户隐私。根据系统的设计方式，它可以非常快。一旦满足某些条件，新的智能合同可以自动计算并支付类似纳税申报表甚至业务发票之类的东西。由于它是基于共识的，所以社区可以集体决定对系统的运行方式进行更改，在出现问题时进行处理。

昂贵

传统机构也很昂贵。人们很容易将税收归为机构的一项开支，但你每个月支付的所有交易费和用户订阅费都是其他形式的机构开支。随着时间的推移，这些费用累积起来。例如，银行收取手续费处理电汇，兑换货币，甚至管理你的帐户。保险公司要求在你的保险费中加入行政费用。许多网上零售商收取信用卡交易费用。如果你经营一家小企业，你会发现从营销到支付处理的费用无处不在。我们已经习惯了这些小费用作为社会生活成本，但区块链希望挑战这一假设。区块链合同和交易发生在共享网络上。网络上的用户也参与验证其他人的交易。不是由一个中央机构收取费用来验证您的交易，而是验证网络上的另一个交易，以换取您自己的交易得到处理。并不是所有的区块链技术都是这样运行的，但大多数的想法都是一样的。通过加入这个网络，你最终获得的费用将比你支付给传统机构的费用要少。

易受攻击

网络犯罪呈上升趋势，现在经常听到大型机构被黑客攻击或个人数据泄露的消息。易受攻击是人们对机构信任度下降的原因之一。当您集中数据时，您一定会发现寻求利用这些信息的不良参与者。

2017年美国的艾可飞受黑客攻击就是一个重要的例子。艾可飞收集并保存美国消费者的信息，包括信用卡号码、社会保险信息、全名、地址和支付历史。2017年9月的数据泄露影响了1.43亿消费者，突显了将数据安全全托给一家大型机构的危险。区块链技术使用多层加密技术来保护用户信息。某些区块链技术比其他技术更安全，并且每种技术都有自己的方法来确保隐私。然而，由于每个关系、合同和交易都是单独加密的，即使您泄露了其中的一条个人信息，您也无法在此过程中访问其他任何人的信息。

用技术取代机构

大多数人都会同意，我们的机构存在缺陷，不是完美的解决方案。但是它们确实解决了信任的问题，而且它们已经这样做了几百年了。事实上，我们可能正生活在人类历史上最和平、最舒适的时代。任何替代我们现有机构的方案都需要具备明显的优势和实力。区块链背后的想法是用能够更好地完成工作并赋予个人权力的技术来取代机构。如果你能创造一种让陌生人彼此信任的方式，而不需要银行或政府作为中介，你就能解决社会上最大的瓶颈之一。但为了做到这一点，你需要一个强大的系统来在陌生人之间建立共识，而区块链的创建者相信权力在于分散。基本上，区块链（和其他加密技术）的所有应用都是基于分散的概念。区块链寻求将监管权力归还给个人，而不是一个僵化、缓慢的中央权威机构来制定决策和管理关系。区块链通过共识来建立信任，而不是信任大型机构。

种新的技术范式

所有区块链和加密技术的基础是对等网络。传统上，当我们想到信任时，我们认为机构是中间人。现在，如果我想给你汇100美元，我们需要用银行转账：

1. 首先，我要向银行提交转账。

2. 接下来，我的银行将收取一定比例的手续费来处理这笔交易。

3. 我的银行核实我的账户里有100美元。

4. 我的银行询问您的银行您的帐户是否有效并可供存款。

5. 我的银行更新其分类帐，从我的帐户中扣除100美元。

6. 您的银行更新其分类帐，添加100美元到您的帐户。

对等网络不需要中间人。相反，它使用分布式分类帐来处理交易。每台联网的计算机都有一份分类帐的副本，并且系统地将交易添加到分类帐中。一旦分类帐被写入，就很难再修改了，因为这将需要在对等网络中的数千台计算机上修改分类帐的副本。以下是相同的100美元转帐在一个具有分布式分类帐的对等网络上的运行方式：

1. 首先，我向网络提交转账请求。

2. 接下来，在网络上离我最近的计算机将验证我的帐户中是否有足够的货币，以及您的接收帐户是否有效。

3. 一旦他们验证了交易，他们就会将交易广播到网络上他们附近的所有计算机。

4. 反过来，这些计算机重新验证交易并将其传递下去，导致瀑布效应，直到交易现在被添加到对等网络中的每个分类帐中。

由于对等网络上的计算机既是用户又是验证者，因此区块链交易有可能是无成本的。验证交易的瀑布效应意味着可以在几分钟或几小时而不是几天内处理交易。

仅仅基于这些好处，区块链常常被吹捧为机构的终结。想象一下，与世界上的任何人进行快速、无摩擦的交易。不难看出潜在的优势，但区块链为更大的社会变革提供了机会。

建立信任

区块链的点对点性质在没有机构的情况下建立了信任。由于每个使用网络的人都有一份分类账副本，区块链承诺开启会计透明度的新纪元。我可以很容易地看到你是否寄给我100美元，交易是否经过核实。一旦你这样做了，我知道你将无法撤销交易或取消费用，因为它已经被网络验证。区块链的新进展也意味着我可以在我们之间创建一份只有在满足特定条件时才付款的合同，，这样我们就可以做生意了，因为我们知道合同是有资金的，只有在工作完成的情况下才会付款。

增加连接

区块链技术最大的潜在好处之一是增加了全球连接。当你可以很容易地将货币兑换到世界上任何人的时候，国家和地区的边界就开始被打破。不管陌生人在世界的什么地方，信任他们都变得更容易了。就像互联网连接世界一样，区块链现在承诺在世界上的人们之间建立信任。但点对点的区块链安全网络不仅仅是用于金融交易。区块链可以用来在陌生人之间创建合同，允许公民匿名投票，结束选举篡改，并连接保障公民安全的智能设备。区块链甚至可能被用于每天或每周就新法律公众公投，在那里你可以在你的个人电脑上投票。真正的大众民主将永久性地改变政府的运作方式，将法律和政策的控制权交给民众。

提高工作效率

区块链的第二层好处是提高了工作效率。目前，机构拖累了经济，因为政府征税来运行官僚机构，银行对转移和持有资金收取费用。基于区块链的经济和社会有潜力显著提高效率。作为一个副作用，可以在显著减少所需工作量的情况下保持相同的社会信任水平。

安全与隐私

因此，区块链有潜力比主要机构更高效地验证关系、合同和交易。但如果系统不是高度安全的，那么效率就没有意义了。虽然点对点技术自互联网诞生以来就存在，但这些网络并不像我们预期的金融机构和政府那样安全。传统银行通过限制相关各方访问信息来保护个人隐私。银行分类帐是内部文件，当您查看交易历史记录时，您只能看到您所参与的交易。作为可信的第三方，维护非公开分类账是银行的首要角色，公开分类账是区块链安全性的基础，但公开分类账意味着隐私被泄露。这是2008年前P2P交易的基本问题之一。没有人能想出如何在使用公众持有的分类账的同时保证隐私。分布式分类帐在速度、成本和可靠性方面的好处是巨大的。然而，消费者不太可能采用一种可以追踪他们所有交易的系统。

密码学

区块链上的第一层安全和隐私保护是密码学。有关交易的信息被集中在一起。这包括交易ID、时间、金额、发件人地址和收件人地址。然后，在将交易信息添加到分类帐之前，通过加密哈希函数运行。交易信息加密后如下所示(2017年10月20日的比特币交易示例)：

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加密哈希函数缩短并标准化了交易描述中的字符数，这意味着可以随时通过网络发送更多交易。仅仅查看交易列表，就不可能知道任何关于发件人、收件人和金额的信息。然而，由于比特币的加密标准是公开可用的，因此仍有可能解密交易并了解更多细节，包括发送者的公钥、接收者的公钥和发送的金额。

较新的比特币竞争对手使用不同类型的加密技术来进一步混淆交易信息，一旦交易被列入分类账，就不可能了解到有关交易的信息。

我们将在未来的章节中更深入地讨论加密和散列

分布式分类帐=难以更改

分布式分类账是隐私面临的主要挑战之一，也是区块链安全的关键。传统的银行维护的分类账受到多层安全保护，以防止未经授权的更改。但是，如果攻击者能够访问分类帐，他们就可以立即进行更改。单主分类账也会受到欺诈性交易的影响。如果身份窃贼或恶意卖家以您的名义向银行发送交易请求，交易可能会在您不知情的情况下获得批准。拥有单主分类帐所有者意味着银行必须花费大量的精力和管理费用来调解投诉和处理欺诈案件，分布式分类帐改变了这些问题。由于网络中的每台计算机上都存在数千个独立的分类帐副本，因此一旦将交易添加到分类帐中，几乎不可能进行更改。(我们将在后面的章节中讨论出现这种情况的技术原因)。

匿名和私钥

由于区块链技术使用分布式分类账，因此每个人都有网络中进行的所有交易的副本。

交易分类帐需要公开才能运作。然而，如果没有适当的安全措施，世界上的任何人都可以看到您购买了什么以及从谁那里购买了什么。区块链实现以不同的方式解决了这个安全问题，但大多数都依赖于将您的个人信息与您的帐户断开连接的系统。例如，比特币钱包是匿名的，你可以拥有多个。访问您的帐户唯一需要的是只有您知道的私钥。虽然任何人都可以看到您的公共钱包地址，但他们不会知道钱包属于谁。在比特币的原始白皮书中，建议您为您在比特币网络上进行的每一笔交易创建一个新钱包，以保持匿名性。其他加密货币，如门罗币，希望进一步提升区块链交易的隐私级别。门罗币使用隐式地址，将用户ID与交易金额解耦，并混淆交易跟踪以保证隐私(有关更多信息，请参阅门罗币一章)。其结果是一种完全无法追踪的加密货币，仍然受到分布式公共分类账的支持。

想象一个区块链的未来

到目前为止，我们已经涵盖了区块链为什么被发明的基本知识，它的作用，以及区块链使用的方法的一般概述。然而，我们只是触及了皮毛，我们将在下一章深入讨论区块链解决方案的技术细节。不过，首先让我们看看区块链技术的一些潜在用例。重要的是要认识到区块链技术不仅仅是比特币。即使比特币明天失败，区块链技术仍将在许多行业可行。随着对等网络、区块链编程和新形式密码术的不断发展，分布式信任的趋势将继续下去，因为在速度、成本和安全性方面都有明显的优势。虽然可能不是比特币或以太坊为区块链的未来提供了动力，但可以肯定的是，区块链背后的技术将在未来几十年内得到实现。总体效果将是更有效的合同、更快的交易和更低的运营商成本。区块链还有潜力改变我们购物、旅行、选举领导人、工作和生活的方式。

金融

区块链的金融应用获得了媒体的大部分的报道，通常也是消费者听说的第一个基于区块链的平台。很可能您第一次接触“区块链”这个词是通过一次关于比特币的讨论。这是有意义的，原因有两个。第一，区块链使用分类账，而分类账最适合金融界。这项技术非常适合金融应用。其次，第一个成功的区块链实施，比特币，从一开始就被设计成一种货币。基于区块链的金融未来看起来与目前的银行体系截然不同。现金的使用已经在下降，西方国家很可能在不久的将来很容易过渡到全电子银行。在区块链的未来，所有交易都可以从你的加密货币钱包中支付。新的、高度可扩展的技术意味着您的交易可以在几秒钟内得到处理和验证。供应商将不需要支付支付处理费用，购买一些东西可能就像使用你的手机或其他连接设备授权交易一样简单。尽管无现金的未来视乎很有可能，但目前还不清楚谁将控制这种数字货币。像比特币这样的去中心化货币还是主要银行最终会胜出，这仍是一个有争议的问题。银行已经在考虑如何将区块链技术整合到它们目前的业务中，试图抓住区块链的好处，同时仍然保持它们在金融交易中作为可信中间人的角色。金融市场的监管也将发生变化。各国政府需要收税和打击洗钱，而使用区块链，这两项任务都变得越来越容易和困难。由于分类账是公开的，追踪交易要容易得多，但由于有了匿名交易和影子账户，政府的金融监管可能会变得更加困难。这是大银行可能会继续控制金融市场的原因之一，即使在实施区块链的最佳实践之后也是如此。