成都鏈博科技:如何從技術(shù)角度理解區(qū)塊鏈

前言:自中央政治局24日下午就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行第十八次集體學(xué)習(xí)后督弓,“區(qū)塊鏈”引起了整個(gè)社會(huì)的關(guān)注猖吴。對(duì)于這一新興技術(shù)囊扳,即使通過大量資料學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈技術(shù)的特性和細(xì)節(jié)烁挟,往往仍難以建立對(duì)區(qū)塊鏈的高層次理解婴洼。因此,這也是本文的出發(fā)點(diǎn)撼嗓,即從技術(shù)角度出發(fā)柬采,為讀者建立一個(gè)完整清晰的區(qū)塊鏈技術(shù)認(rèn)知框架。

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于2008年的比特幣且警。傳統(tǒng)意義上粉捻,區(qū)塊鏈定義是:

一種去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫。去中心斑芜, 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)同步復(fù)制整個(gè)賬本肩刃,使得信息安全難以篡改。

這種傳統(tǒng)方式是通過描述區(qū)塊鏈的特性來進(jìn)行定義的。但區(qū)塊鏈?zhǔn)且幌盗屑夹g(shù)的特定組合形式树酪,僅靠特性并無法建立對(duì)區(qū)塊鏈的真正認(rèn)知浅碾。

換言之,分布式賬本续语、去中心不是區(qū)塊鏈的本質(zhì)垂谢,難以篡改亦不是區(qū)塊鏈的本質(zhì)。事實(shí)上疮茄,隨著技術(shù)發(fā)展滥朱,尤其是在許可區(qū)塊鏈(注1)這一更具落地價(jià)值的區(qū)塊鏈形式中,區(qū)塊鏈技術(shù)包含更多內(nèi)涵與外延力试。

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一個(gè)“和特定計(jì)算設(shè)備分離的“馮·諾伊曼架構(gòu)”徙邻,是一個(gè)“可向第三方證明的可信計(jì)算范式”。

1936年艾倫·圖靈提出了圖靈機(jī)計(jì)算模型畸裳,而馮·諾伊曼在圖靈機(jī)的基礎(chǔ)上給出了工程上可以實(shí)現(xiàn)的馮·諾伊曼架構(gòu)缰犁,開啟了信息化時(shí)代的繁榮。

直到現(xiàn)在怖糊,所有信息處理系統(tǒng)帅容,包括物聯(lián)網(wǎng),互聯(lián)網(wǎng)伍伤,服務(wù)器并徘,手機(jī)等都遵循這種架構(gòu)設(shè)計(jì),其基本原理始終是下圖的結(jié)構(gòu)扰魂。

成都鏈博科技:如何從技術(shù)角度理解區(qū)塊鏈

如果我們用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的視角去看待區(qū)塊鏈麦乞,區(qū)塊鏈技術(shù)是一個(gè)馮·諾伊曼架構(gòu)的延伸。在比特幣中劝评,“輸入(Input)”是未定序未確認(rèn)的比特幣交易姐直,“輸出(Output)”是有序的經(jīng)過確認(rèn)的比特幣交易,而“內(nèi)存(Memory)”中則是比特幣賬本的狀態(tài)付翁。其“中央處理器(CPU)”執(zhí)行的是編碼在比特幣節(jié)點(diǎn)軟件中的交易邏輯简肴。

而在如今發(fā)展中的更具落地性的許可區(qū)塊鏈(注1)系統(tǒng)中,“輸入”是任意的數(shù)據(jù)百侧,其“中央處理器”執(zhí)行“智能合約(注2)”中的任意事先指定的邏輯運(yùn)算砰识,產(chǎn)生“輸出”并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)至“內(nèi)存”。因此佣渴,區(qū)塊鏈系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)意義上辫狼,可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有馮·諾伊曼架構(gòu)相同的計(jì)算與存儲(chǔ)能力。

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但是辛润,現(xiàn)有的馮·諾伊曼架構(gòu)的計(jì)算系統(tǒng)膨处,其計(jì)算過程始終在一個(gè)具有單一的控制方的固定的物理計(jì)算設(shè)備上完成。

可能是一個(gè)手機(jī),一臺(tái)電腦真椿,甚至整個(gè)數(shù)據(jù)中心鹃答。只要做好黑客防范,這個(gè)系統(tǒng)的控制者可以相信這個(gè)計(jì)算系統(tǒng)突硝。

然而测摔,其他人卻沒有對(duì)系統(tǒng)信任的依據(jù),也即系統(tǒng)的控制者無法用任何方式向第三方證明系統(tǒng)是可信的解恰。

而這正是區(qū)塊鏈所攻克的問題锋八。區(qū)塊鏈將馮·諾伊曼架構(gòu)的計(jì)算架構(gòu)進(jìn)一步拓展,使其同特定的物理計(jì)算設(shè)備分離护盈,這樣才能從根本上避免計(jì)算過程被單一的控制方掌控挟纱,讓所有人都可以信賴這個(gè)計(jì)算系統(tǒng)。

無論是工作量證明(PoW)腐宋、權(quán)益證明(PoS)或者拜占庭容錯(cuò)(BFT)等共識(shí)機(jī)制紊服,上述計(jì)算過程的實(shí)際步驟都在不同的物理基礎(chǔ)(節(jié)點(diǎn))上完成。而不同共識(shí)算法的本質(zhì)就是給出一個(gè)依次選擇這些物理基礎(chǔ)的方案胸竞,保證其公允围苫,保證其安全。

同時(shí)在數(shù)據(jù)傳遞層面(提交輸入撤师,獲取輸出),藉由既有的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拧揽,使得通信沒有唯一固定的接入點(diǎn)剃盾,不依賴特定的IP地址。

進(jìn)而使得這個(gè)計(jì)算系統(tǒng)能夠在所有人的監(jiān)督下淤袜,可信地完成計(jì)算過程痒谴,很難被篡改,也很難被惡意阻止铡羡。

具體來講积蔚,在區(qū)塊鏈計(jì)算范式中,將是多方企業(yè)和機(jī)構(gòu)烦周,共同控制這個(gè)計(jì)算過程尽爆,這一步計(jì)算在一家公司的計(jì)算機(jī)上完成,下一步計(jì)算在另一家機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上完成读慎,各方接力計(jì)算過程漱贱。

在這個(gè)過程中,任何一方夭委,如果篡改計(jì)算邏輯幅狮,或者惡意修改數(shù)據(jù),立刻會(huì)被下一個(gè)計(jì)算接力的公司發(fā)現(xiàn),并且回滾到上一步正確的計(jì)算步驟崇摄。

這個(gè)一旦預(yù)設(shè)好計(jì)算邏輯和規(guī)則擎值,沒有任何一家公司可以篡改,也沒有任何一家公司可以操縱這個(gè)計(jì)算過程逐抑。

成都鏈博科技:如何從技術(shù)角度理解區(qū)塊鏈

此外鸠儿,一種常見的誤解是區(qū)塊鏈等于完全透明公開。在比特幣系統(tǒng)中泵肄,所有的數(shù)據(jù)都是公開的捆交,但數(shù)據(jù)公開不等于身份公開,用戶間進(jìn)行的比特幣交易行為無法與真實(shí)身份有效關(guān)聯(lián)腐巢,這是隱私的第一重含義品追,但此種隱私在聯(lián)盟鏈中往往是不需要的。

關(guān)于數(shù)據(jù)隱私冯丙,更具現(xiàn)實(shí)意義的第二重含義為:隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展肉瓦,通過多通道,非對(duì)稱加密胃惜,數(shù)據(jù)摘要與簽名泞莉,零知識(shí)證明等技術(shù)的運(yùn)用,如今區(qū)塊鏈中存儲(chǔ)的可以是不同形式的數(shù)據(jù)密文船殉,從而在保證數(shù)據(jù)內(nèi)容隱私性的前提下鲫趁,數(shù)據(jù)在約定實(shí)體之間可以安全共享。

總體而言利虫,區(qū)塊鏈技術(shù)通過“和特定計(jì)算設(shè)備分離的“馮·諾伊曼架構(gòu)”挨厚,實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有信息基礎(chǔ)設(shè)施同等的計(jì)算和存儲(chǔ)能力。

通過特定計(jì)算設(shè)備分離糠惫,將計(jì)算過程交由“多實(shí)體共同完成”疫剃,構(gòu)建“可向第三方證明的可信計(jì)算范式”。

在時(shí)間概念上講硼讽,對(duì)過去巢价,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的記錄與不可篡改;對(duì)現(xiàn)在固阁,實(shí)現(xiàn)了針對(duì)數(shù)據(jù)和計(jì)算過程的共識(shí)壤躲,從而實(shí)現(xiàn)了貫穿過去與未來的系統(tǒng)性信任構(gòu)建。

因此您炉,區(qū)塊鏈技術(shù)是一種真實(shí)柒爵,安全,隱私赚爵,可信任的存儲(chǔ)與計(jì)算的集成技術(shù)體系棉胀。

注 1:也稱聯(lián)盟鏈法瑟,不同于比特幣等公鏈,是應(yīng)用于實(shí)體企業(yè)和機(jī)構(gòu)之間的區(qū)塊形式唁奢。許可鏈(Permissioned Blockchain)是指參與到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是經(jīng)過許可的霎挟,未經(jīng)許可的節(jié)點(diǎn)是不可以接入到系統(tǒng)中。許可鏈可以沒有代幣機(jī)制麻掸,即“無幣區(qū)塊鏈”酥夭。

注 2:“智能合約”可以理解為由程序語言編寫,在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中執(zhí)行的代碼邏輯脊奋。

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