區(qū)塊鏈技術(shù)從比特幣起源開(kāi)始漸漸被人們所發(fā)掘，而它出生就自帶天賦，公平公正公開(kāi)?，F(xiàn)如今區(qū)塊鏈的勢(shì)頭更猛更強(qiáng)，上海大媽們已經(jīng)開(kāi)始按捺不住準(zhǔn)備進(jìn)軍區(qū)塊鏈，那我們今天就來(lái)簡(jiǎn)單又能讓人聽(tīng)懂的解釋一下區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?

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)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。

1.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

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(huà)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)

2.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(huà)：“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(huà)標(biāo)記為002!”。我們?cè)俪橄笠稽c(diǎn)，某人喊話(huà)的內(nèi)容的格式就變成了：“這句話(huà)編號(hào)xxx，上一句話(huà)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(huà)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?huà)和記賬，我決定給第一個(gè)聽(tīng)到我喊話(huà)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(huà)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(huà)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(huà)，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(huà)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(huà)，而另外一些人則先聽(tīng)到C的那句話(huà)，如果我們規(guī)定只能有一個(gè)人說(shuō)出這句話(huà)，那到底這句話(huà)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(huà)是我說(shuō)的，在聽(tīng)到這句話(huà)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(huà)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(huà)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!這還玩毛啊?以后還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(huà)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(huà)是LaiW3n喊的!”，這樣其它正在寫(xiě)這句話(huà)的人便會(huì)停筆，然后在小本本上重新開(kāi)始寫(xiě)“那句話(huà)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

“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?”