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区块链技术学习笔记

1、区块链技术是一个解决了拜占庭将军(百度百科拜占庭将军问题)节点的分布式数据系统!这是它最大的不同,也导致了这个技术存在诸多限制。

为了方便理解,先插个话题。做服务器端开发的程序员,都对zookeeper不陌生,我们解决分布式ACP问题时,寻找一致性解决方案时都会想到它。zookeeper实际使用了paxos的简化版算法(本文不展开,请参考我之前写过的两篇文章:paxos分布式一致性算法–讲述诸葛亮的反穿越 以及paxos算法如何容错的–讲述五虎将的实践)。想搞明白比特币(成于区块链技术)的算法,应先弄明白paxos算法(便于对比),目前商用的方案中,我们都假定服务器内网是不能被攻破的,所以,我们主要解决的是网络传输的不可靠,包括丢包、重发、延迟等问题,以及服务进程的bug导致的服务宕机、重启等。如果内网被攻破,黑客恶意的在某个节点(服务器)伪造网络包,向正常节点发送有问题的数据包,这种场景通常是不考虑的。显然这很合理,企业内网间如果还做大量的安全验证,性能消耗就太大了,基于成本使得商业目标几乎无法达成。

而公有区块链则是不同的,比如目前最成功的比特币,它使用了POW工作量证明算法,这个算法允许网络中存在拜占庭节点!也就是说,网络中即使存在作恶的节点,只要这些作恶的节点小于总节点计算能力的50%,就还能保持一致性!当然这个一致性做得也不怎么样,可能存在分叉好一段时间(1小时甚至更高,其一致性的大小只能获得概率),而且数据的回滚非常糟糕。

2、区块链技术的另一个核心特点是全量帐本。即,每一个节点都保持着全网数据!即,每个节点、每台电脑上都保存着所有的数据。多么恐怖的代价!每台电脑的存储容量是有限的,以网络中最差的那台电脑容量为限制,几十个G就差不多了。存储的浪费是很惊人的!所以,别指望非数字帐户的核心数据也能放到区块链网络上,或者仅放个索引,指向现在的网络存储设施。

当然,区块链的核心优势也是全量帐本,最好的也是最坏的!因为,每个节点都维护全量数据,所以,所有节点本质上都是对等的!即,或许这个区块链网络中既有银联的超级服务器,也有个人开发者的公有云小主机,但大家的数据是相同的,谁也不能说数据出问题了必须以我的为准!

因此,全量帐本解决了社会信任问题!特别对于金融供应链来说,原本的中心化服务企业可能大家都很难接受,而基于区块链技术后,小企业的顾虑没了,大企业考虑做大这个联盟可能更有利于谈判从而做大蛋糕!

全量帐本还带来一个副作用,就是数据透明,没有隐私!!!这对很多人来说是不可接受的。每一个节点都有所有人的数据,你敢把你何时何地消费了多少钱放在上面吗???

3、区块链技术还有个特点,就是所有的交易记录都是不可修改、不可删除的!这是其算法决定的。所以,这对于公益、扶贫、反腐等是很有吸引力的,蚂蚁金服目前也只敢在公益上用用区块链技术。

4、区块链技术底层使用了P2P网络技术,大量使用反对称加密技术(相信程序员们没有不知道SSL的)来验证基于公网的消息可靠性,基于哈希算法实现了如快速验证数据未被篡改等诸多特性(POW的工作量证明算法,核心就是哈希算法)。基于多种分布式网络的一致性算法。所以,区块链使用了一堆老技术,实现了新的理念!特别是对公有链和联盟链,这种思维方式打造了技术上的社会信任体系!(私有链从这个角度来说没有任何意义!)

5、比特币的火爆原因,我认为,除了区块链技术本身的以上特性外,更多的是它的激励机制:挖矿奖励。即,确认出全网前1个小时左右所有交易的节点获取50比特币奖励(由于比特币总数固定,所以奖励额持续下降中)。这利用了人性的特点,而只要越来越多的人认可这个想象共同体,其价值就会出现。

当然,POW算法才是程序员们最感兴趣的。所谓工作量证明算法,就是全网的所有节点(电脑),都在拼命的消耗自己的计算力(其实就是消耗钱,包括买机器、显卡的钱,电费、房屋租金等等),以此证明我是乐意合作的。很难懂?

其实很简单:第一,所谓消耗计算力,就是挖矿,所有节点都在不停的挖矿,拼命的用CPU和GPU在运算哈希值,试图抢得新比特币奖励。

第二,为什么消耗了计算力,就能证明我是乐意合作的呢?

先说一个心理学上的囚徒困境。想必大家港产黑帮片看得多吧?警察抓到2个相关的嫌犯时,最怕他们通过其他人、手机等设备互相联络上。如果联络不上,根据囚徒困境原理,双方都会基于为自己获得最大利益从而出卖对方。但是,一旦他们互相间可以沟通时,其中一个多半会通过描述一种对他非常不利的场景(大家可以想象,比如说:如果我出卖了你,一定会XXXX。当然通过言语没有效果,都会描述一种客观事实),向另一个嫌犯证明自己不会背叛他。接着他们就建立了一种信任关系,警察就很难有成果。

所以,先证明对自己不利,将有利于大家可以合作,建立起信任关系。而POW就是认为,51%的计算力都来自于向往合作的好的节点,少数服从多数。而所有节点都在消耗计算力,就是在证明自己是愿意付出的。

所以,一旦出现一家机构掌握了比特币全网51%的计算能力,结果就是灾难性的!

6、联盟链目前看是区块链技术商用的最好方式。特别是跨国银行间的汇款等操作!信任问题,在跨越国家、法律、文化等多领域时才会剧烈地凸显出来,区块链的用武之地!

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