看清区块链技术背后的本质和意义,才能在区块链的创新、应用与技术开发过程中不致盲目跟风或迷失方向

作者:赵其刚等

来源:本文选自人民邮电出版社新书《区块链2.0:以太坊应用开发指南》,一书让你读懂区块链,全面了解以太坊技术原理、应用开发与核心创新。

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数字经济之父唐塔普斯科特(Don Tapscott)提出“不是机器人,不是大数据,甚至不是人工智能,而是区块链将引发人类第四次工业革命,并重新定义互联网甚至人类社会”。

尽管“区块链”很像是在2016年由于比特币在世界范围内引起剧烈争议而突然产生的一个技术术语,但实际上,区块链从技术理论的提出,到今天的区块链2.0,已经历二十多年的发展。

目前有关区块链尚无统一和权威的定义,对区块链的公开解释主要是从其技术特征角度进行描述,并有狭义与广义之分。

区块链的狭义解释

区块链是一种块链式的数据结构,区块之间按照时间顺序相连,通过密码学方式保证数据不易篡改和不易伪造,并在网络所有节点进行分布式存储的共享账本。可见,狭义的区块链特指区块链技术体系中特殊的技术组成部分—具有“区块”+“链”结构的分布式账本,但是,狭义的区块链并不能完整描述区块链的技术体系,因而有了广义区块链的描述。

区块链的广义解释

区块链是利用块链式共享账本来验证与存储数据、利用P2P分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动执行的脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式计算可信网络或计算公证网络。从广义区块链的描述可知,目前对区块链的解释是用区块链技术体系中比较特殊的组成部分“共享分布式账本”来构建一个全新的计算架构与技术体系。

对以“人”为中心的人类社会而言,技术是一种手段。区块链究竟解决了互联世界的什么问题?其本质是什么?能在哪些场景为人类服务?这是研究和发展区块链技术的几个根本问题。只有非常清楚区块链技术背后的本质和意义,才能在区块链的创新、应用与技术开发过程中不致盲目跟风或迷失方向。

从现有的区块链概念描述和技术体系中,可以知道区块链各层技术都围绕如下几个核心特征工作。

(1)去中心化。区块链基于P2P网络,使用分布式计算和存储,网络中的节点具有相同的权利和义务,区块链数据由具有维护功能的节点来自动共同维护。去中心化网络架构使区块链在节点自由进出的环境下,脱离了对第三方平台的依赖。

(2)数据不易篡改。区块链数据一旦经过验证并添加至区块链,就相当于是永久存储,数据的稳定性和可靠性极高。若想修改区块链中的数据,只在单个或少数节点上进行修改是无效的,必须同时控制51%以上的网络节点(算力或权重)才行,而这对已经取得广泛分布性的区块链网络来说几乎是不可能的。因而,相对于传统技术架构的网络,区块链中的数据因其不易篡改而更为安全可靠。

(3)自治性。区块链基于算法与机制,由软件与机器自动实现协商一致的规范和协议,使系统中的节点能够在不依赖对“人”的信任环境下相对自由安全地交换数据,使得对“人”的信任改成了对机器和数学算法的信任。

(4)开放性。区块链的数据、机制甚至其实现的源代码对所有人公开,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据、机制,并能开发相关应用,因而区块链系统是信息高度透明的系统,这确保互联网用户得以平等地参与。

(5)匿名性。区块链用户使用账户与密钥基于本地区块链客户端存取数据,由共识机制选定节点统一向区块链加入区块数据,所存取数据通过P2P网络同步实现全网用户间的交互。用户间的交易基于加密账户而无须公开身份,并且交易地址无法跟踪,用户可匿名参与区块链的各类应用,用户隐私得以保护。

可见,区块链通过一系列的技术措施,目的是确保在开放的互联网络中,在不依赖第三方平台,甚至不需要参与者身份的条件下,进行“可信”的信息与价值传递。这能降低社会关系中构建“信任”的成本,因为这些“信任”不再依赖于权威与垄断的第三方,人们也就不需要为累积“信任”耗费大量的时间、金钱与精力。所以说,区块链通过数学证明、规则公开、信息透明、中立机器等技术机制与设施向人类社会提供了另外一条构建“信任”的思路:若人们相信“人”与“人类的机构”的代价太高,为何不可考虑相信“成本低廉且规则透明、确定执行的机制和中立公平的信息机器”呢?

基于上述对区块链应用本质的认识,下面给出区块链的定义:区块链是互联网世界构建信任的技术基础设施。对于这个定义,有如下延展说明。

(1)区块链的应用场景与前提是在人类社会的发展中影响越来越大的互联网虚拟世界,在这个世界中普通用户是主人,未来普通用户的世界就是人类社会的世界。

(2)现实社会关系将不断在互联网虚拟世界中投射与重构,开放的互联网原旨精神将持续优化和升级人与人之间的各种社会关系。

(3)支持“信任”是区块链技术在互联网虚拟世界中的核心使命与价值本质。

(4)技术基础设施是区块链的本质属性。

有了前述对区块链本质的定义与理解,我们就不难想象区块链可以应用的领域:以“信任”为基础,反垄断、反封闭、反权威,需要开放,要求规则透明、智能运行的社会关系管理,即可通过区块链在互联网中映射,从而在互联网世界重构人类社会中已形成的各种社会关系,如经济合约、经济组织关系和社会组织关系等。

但区块链的技术特征决定了其并非万能。由于区块链基于P2P网络,需要全网络所有节点保存同一份数据,执行同样的运算,而且如采用工作量证明(POW)共识机制还要浪费大量电力去解与计算结果几乎毫无关系的数学难题,这种计算效率其实是低效的,且浪费严重。因此,至少如下场景不适合采用区块链。

(1)在需要高效计算的场合,并不适宜采用区块链,如对计算速度要求极高的科学计算,大规模数据统计、分析与挖掘,人工智能学习与模型训练等。

(2)对计算和应用部署成本敏感的应用,如一般性的信息发布、展示或宣传,不适宜采用区块链。

(3)在需要系统封闭运行并独自拥有的场合,如各类机构、企业的私有系统,也不适宜采用区块链。

区块链1.0主要是“虚拟币”的相关应用;区块链2.0是以太币与智能合约相结合,实现除金融领域外更广泛的场景和流程应用。以太坊(Ethereum)是区块链2.0的代表,由1994年出生的程序员维塔利克·布特瑞(Vitalik Buterin)带头创建,该平台可以通过编程来执行任意复杂度的计算,因此可支持诸多去中心化应用场景,很多分布式应用均可基于该平台来开发和部署。作为一个支持各类去中心化应用开发的基础性平台,以太坊当前受到区块链业界非常广泛的关注和重视,是目前区块链应用开发领域中最耀眼的明星之一。

区块链2.0实现了智能合约的功能,从而使区块链系统具有图灵完备的计算能力,可以在区块链上传和执行应用程序,并且程序的有效执行能得到保证。相对于区块链1.0,区块链2.0有如下优势。

(1)支持智能合约。区块链2.0定位于应用平台,在这个平台上,可以发布各种智能合约,并能与其他外部IT系统进行数据交互和处理,从而实现各种行业应用。

(2)交易速度更快。通过采用实用拜占庭容错(PBFT)、权益证明(POS)、分布式权益证明(DPOS)等新的共识机制,区块链2.0的交易速度有了很大的提高,峰值速度已经超过了3000TPS(每秒处理交易数量),远远高于区块链1.0的5TPS,已经能够满足大部分的金融应用场景。

(3)支持信息加密。区块链2.0因为支持完整的程序运行,可以通过智能合约对发送和接收的信息进行自定义加密和解密,从而达到保护企业和用户隐私的目的,同时零知识证明等先进密码学技术的应用进一步推动了其隐私性的发展。

(4)绿色环保。为了维护网络共识,比特币使用的算力超过122029 TH/s,相当于5000台天河2号A运算速度,每天耗电超过2000MWh。区块链2.0采用PBFT、DPOS、POS等新共识机制的客户端,将不再需要通过消耗算力达成共识,使其能绿色环保地部署。

以太坊沿用了区块链1.0中已实践证明行之有效的技术与机制,如非对称加解密、哈希(Hash)计算、共识算法、P2P协议等,另外也加入了一些自身的独到创新,如虚拟机、智能合约。

在区块链创新应用与开发中,需要坚持区块链思维,区块链思维是有效推进区块链创新工作的核心要义。

去中心化:去中心化是区块链开发者要坚持的一个重要思维习惯。每拿到一个应用项目,首先要思考的问题是:“这个能去中心化吗?”不仅高价值数据资产及相关运算要考虑去中心化,如普通Web数据访问存储在今后也可能是去中心化的,而且在整个项目设计、管理、实施的过程中通过去中心化思考可能还会获得意想不到的新特性、新性能和新应用。

透明开放:坚持机制、规则、代码的透明开放,透明开放是获得更多人积极参与的前提和基础。不要试图黑箱运行高明专利与独门利器,在区块链中会被孤立。

协同合作:不要试图一个人或一个机构独自完成所有工作和享有所有回报,要习惯人与人之间、团队与团队之间协同合作,共襄壮举,共定游戏规则,共获回报,“有钱捧钱场,没钱捧人场”。

相信算法:在区块链,可以相信算法、机制与中立机器。相信机制、规则与社会关系可用算法描述,算法与机器没有偏见,它们可以做得很好,但需要持续发展和优化。

在信息化时代,现实世界的许多东西都可以用程序来描述并优化。区块链是描述人类社会关系的一种工具,可以从人类社会的基本单元“人”的描述开始,描述经济关系、社会关系,并进而描述经济组织、社会组织及整个社会。一旦知道了这些关系的描述模型,并掌握了在互联网虚拟世界如何映射的方法,技术人员就知道如何进一步优化和提升它。

互联网崇尚开放,反封闭与权威。互联网垄断实质上是与互联网原旨精神高度违背的。互联网形成垄断主要有如下两个原因:1、互联网提供了信息自由传输的平台,但同时也是一个信息泛滥和可信度极差的空间,对高度敏感的价值传递及商业交易,人们的信任仍然建立在传统第三方平台的品牌、权威、信誉的基础上;2、互联网服务零边际成本扩张的虹吸效应,造成好的越好、差的越差,从而加速行业垄断的形成。

如果说互联网垄断形成的重要原因是在互联网发展历史的某一阶段中,由于缺少在互联网上构建信任的基础设施,使人们不得不借助第三方平台的品牌、权威与信誉来背书,这种信任变相加剧了互联网垄断的形成,那么今天当人们拥有了能够不依赖第三方平台的“信任”基础设施,互联网的垄断格局是否可能重构呢?

区块链的出现,让人们看到这不仅在理念上可行,在实践上也具有现实的可操作性。在电商、即时通信、公共服务,以及各类共享经济领域,基于开放、合作、协同的理念,基于去中心化的“信任”基础设施,为什么就没有这种可行性呢?

这个问题还是留给互联网广大用户和时间来作答吧!

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