区块链技术简介

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wave_forest
楼主 (文学城)

区块链直观地说就是一个“智慧”账本在互联网上有多个等同的拷贝。当一份拷贝作出合法得变更时,其他拷贝可以验证这个变更得合法性,作出相同的变更,使得所有的拷贝同步得一摸一样。

区块链实现技术实际上已很成熟,主要就是:

Merkle Trees (默克尔树) Schnorr Signatures (斯诺尔签名) Fiat Shamir and Pedersen Commitments(菲亚特、沙米尔、佩德森承诺) Hash Cash (散列现金), 即为计算出某种散列值(或者说一个特定的值),计算机必须付出得计算量,即计算代价。

这些大都是上世纪80年代和90年代的技术。区块链巧妙地把它们组合起来,为现代数字化社会提供新的应用。

以上的这些都是些数据安全(Data Security)的术语,区块链的用户不必知道技术细节。这些技术已经成功地用在了比特币(BitCoin)上。十多年过去了(比特币由中本聪发表于2008年10月31日,见“Satoshi Nakamoto, Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, www.bitcoin.org, 31 Oct 2008”),比特币的安全性可以说是很可靠的,实现比特币的区块链实际上经受了各种攻击的考验。

那么,区块链到底是什么呢?这里用一个“简化版”来描述它的主要特性。细节得钻研中本聪得文章。

这里我们先用“电子币”来描述区块链的概念,然后在给出区块链在电子币以外的应用。

假设一个国家的公民和企业都使用电子币。所有的电子币的交易历史,即从它开始的每次转手,都记在一本有多个(数量可不等)等同拷贝的“公开账本“上。这些拷贝有“智慧“,会做计算,实现我们前面讲的那些技术。这就是一个”电子币区块链“。

假定每个电子币的原始出处可以被验证的,比如说是国家银行发的,带有国家银行的电子签名,大家都接受。国家在开始发行电子币时把不同的电子币发给了一些个人和企业。这里所谓的“发给“指的是把每个电子币的归属记在”公开账本“的每个拷贝上。如

 

时间点0:

    电子币#1:张先生

    电子币#2:张先生

    电子币#3:张先生

    电子币#4:王女士

    电子币#5:王女士

    …

    电子币#500 - #999:李超市

    … 其它

 

这本“公开账本“在网上有许多等同的拷贝,供人们随时随地查询。

从上面这个“公开账本“,我们可以很清楚地看到,张先生有3个电子币,王女士有2个,李超市有500个,等等。

假如张先生要用一个电子币在李超市采购(这里用“一个电子币“是为了方便描述,可以用0.1个,也可用1.1个,原理是一样的),他可以写一张交易单,如“转电子币#1给李超市,张先生签”。

李超市当然可以验证这张交易单的真实性,因为上面有张先生不可更改的电子签名。但要让这份交易合法,即李超市“拿到”电子币#1,这笔交易必须记到这本“公开账本”上,成这样:

时间点1:

电子币#1:张先生 + [转给李超市交易单][年月日时秒分]

电子币#2:张先生

电子币#3:张先生

电子币#4:王女士

电子币#5:王女士

电子币#500 - #999:李超市

… 其它

再看这个“公开账本”,稍加计算,我们可以得到,张先生有2个电子币,王女士2个,李超市501个。

我们上面谈到,这个“公开账本”有很多拷贝,它们是怎么“同时”更改的呢?

实际上,每个拷贝就是在一个网络计算机(服务器)的数据库上。这些计算机就是所说的“挖矿机”,它们会把一个交易合法地加到它的“公开账本”的拷贝上来挣前面讲的“散列现金 (Hash Cash)”。“散列现金”的来源,可以是多样的,为简单起见,我们假设国家奖励0.1个电子币给加上一个合法交易“挖矿机”的拥有者。一个“挖矿机”的拥有者,也能是公司,甚至就是国家本身。 一个区块链有很多“挖矿机”。

当一个交易在“公开账本”的一个拷贝上被成功地加上后,这台“挖矿机”就通知其它的“挖矿机”:“账本已被成功更改。” 其它“挖矿机”做下面几件事:

验证这份交易的真伪:这个可以验证一下张先生的电子签名。 验证成功“挖矿机”账本的完整性:检查这台“挖矿机”挣到合法的“散列现金”没有。 验证自己的拷贝是否与送来的拷贝前一时间点是否一致,即检查送来的拷贝在成功更改前与自己现在的拷贝是一样的 然后更改自己的拷贝,使得它与成功“挖矿机”上的拷贝一致。

这样,大家就有了个一致的“公开账本”。这个“电子币区块链就被合法“地跟新了。

注意:任何人可以在任何时候看到所有的“公开账本”拷贝。另外,我们也可想象每个人都有自己账户,知道自己有多少钱在账上。比如说前面的张先生,他只知道自己的账上还有2个电子币,至于是几号币,他可能并不关心,就像大多数人不关心纸币上的编号,只要不是假币就行了。

到这我们可以看到,区块链就是一个记账系统,它可以把合法的交易记上去,一旦记上去后就,任何非法篡改会立刻被检测出来。

我们来看几种可能的情况:

黑客进入一个“挖矿机X”,想在电子币#2上加上一条“转电子币#2给孙假药,张先生签“这样的交易。但黑客无法得到张先生得电子签名,这条交易一上去,所有其它”挖矿机“都知道这个交易是假的,马上通知”挖矿机X“。这种直接进入系统搞数据篡改在技术上是行不通的。 假如“挖矿机H”的主人是张先生,而张先生是个隐藏的黑客。他能把时间点1做的交易变掉吗?假如现在是时间点2,电子币#1已被转手了几次,为简单起见,我们假设就一次(没有转手的情况也是一样的):“转电子币#1给蔡市场李超市,李超市签””,这时 的“公开账本”看起来像这样:

 

时间点2:

电子币#1:张先生 + [转给李超市交易单][年月日时分秒] + [转给蔡市场交易单][年月日时分秒]

电子币#2:张先生

电子币#3:张先生

电子币#4:王女士

电子币#5:王女士

电子币#500 - #999:李超市

… 其它

 

黑客张先生不能在“挖矿机H”上简单地去掉[转给李超市交易单]以及以后的交易。这样电子币#1又回到了时间点0,马上就被发现。

他可已试试把[转给李超市交易单]改成“转0.1个电子币#1给李超市,张先生签“。张先生有自己的电子签名,他可以改,改完后在自己加上去,不挣”散列现金“。但他光改自己的交易单是不够的,因为电子币#1的交易历史在”挖矿机H“上的完整性被破坏了,他必须自己把所有后面的合法交易全取下来,这里是[转给蔡市场交易单][年月日时秒分],再重新”合法“地加上去,以保持电子币#1的交易历史在”挖矿机H“上的完整性。他这样做一是要损失很多”散列现金“,二是,他的”合法“账本没人承认,因为跟大家的都不一样。而他改了以前的历史实施大家都能看出来,只有他能改,因为他有张先生的电子签名。

在中本聪的文章里(Satoshi Nakamoto, Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, www.bitcoin.org, 31 Oct 2008”),还讨论了许多其它更为复杂的攻击情形比如说多个“挖矿机“黑客合作的情形,但都证明不是可行的,无论是在理论上还是在比特币的实践上。

如果把电子币匿名,我们就有了密码币。比特币就是个很好的例子,这里就不多说了。

所以,区块链可以看作一个数据库的相同版本分布在互联网上。它们可以被同步地合法地更改,但不能被非法地篡改。

区块链除了在电子币上有许多应用外,还有许多其它应用。如防假货。我们可用下面王女士买LV包来说明一下区块链在物流市场里的应用。

当LV生产出一个包后,它就给这个包的唯一的标识码,并把这个包的标识码和特征登记在一个“贵重品区块链”里。当然,就跟我们前面电子币区块链的例子一样,一旦登录进去,这个LV包的历史就不会再改变了。

王女士在付款前,先看看这个包是否已经卖出去了(她实际上不用自己看,她的购物应用程序会帮她查好),因为市场上不会有两个包具有一样的标识码。王女士用她的电子币付款,买下这个包,“贵重品区块链”就记下这笔交易,这个LV包卖给了王女士。

这样商家还会卖一个假LV包吗?如果商家卖个假包,真包他会怎么办?肯定没法再卖了,因为真包的标识符已进了“贵重品区块链“。自己用?何必卖假包呢,不光自己还要花钱买假包,还要冒丢了做LV生意的风险,不如真包自己用,用完后二手卖掉,还省了买假包的钱。另外,这个真包没有了LV的唯一标识符,真的也成了假的。

至于直接卖假货,几乎是不可能的事,因为一个假货无法当真货登记到“贵重品区块链”里。假LV包的标识符不会有LV的签名的。

区块链还有许多其它的应用,如个人履历,智能合同(Smart Contract),法律文件、有机食品管理与跟踪等。这里就不一一列举了。比特币的成功,让人们相信区块链的技术是可行的,尽管要做到这一点,需要大量的计算资源和高速通信设施。

总结一下,从用户的角度看,区块链就是一个能够被随时随地查询、能够被合法地更改,但不能被非法篡改、也不能轻易摧毁的网络数据库。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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huntridge
没这么简单,比如LV包标识码和特征登记码对比只是码的比较。但是怎么防止假的标识码?
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wave_forest
谢谢阅读并提问。

具体技术是要复杂的多,这个博文只想尽量简单一些。

你的问题可以这样回答。

假设这是LV#1,记在区块链里。LV写到“LV#1卖给商家A”。王女士上网,看到商家X在卖LV#1。她一查,商家不对,是假的。她不会在商家X那儿买标有LV#1的包。

金笔
听起来区块链技术是在脱裤子放屁,多此一举。
希影
关键是,监控人民的中国间谍科技为谁服务?国情是这样子:

 

区块链技术是去中心化,但到了中国就不一样了,什么事情到中国都会变质成事物的反面。因为国情决定的。

 

遥望台
轮晕脑袋二极管思维模屎
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tibuko
这文章根本就是错的,中文区块链文章90%都是错的,英文的也好不到哪里去
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wave_forest
唉,我正想这样回答他呢。谢谢你帮我回答了。

如果不是密码币的模式,社会上所有关键事件都有互联的区块链。细思极恐 Oops!

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wave_forest
是吗,那你简介一下Satoshi Nakamoto, Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic

Cash System,听听你的

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tibuko
区块链根本保证不了物理的东西,只能保证数字账本不能更改
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BeyondWind
好文,但如果LV内部出鬼,安全性就完了。同样有央行也就不能保证安全。
B
BeyondWind
赞,说到本质了,这就是习没有公开的区块链研究方向
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wave_forest
谢谢。是这样。现在只有BitCoin一类的,不能做鬼,只能自己挖。
金笔
听上去像是公开透明,实质是偏向大公司的垄断。
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wave_forest
这就是你认为我写的博文是错的理由?还有其它理由吗?
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huntridge
这个不需要区块链
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wave_forest
比这还可怕,要不是全匿名系统。
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SwiperTheFox
从过去的经验看, 他会扣几个大词, 或者追究一些改变不了结论的细节; 要他真正系统地解释个前因后果, 你还是别指望了.
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wave_forest
应用举例而已。去瑞士买表,哪要区块链。
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wave_forest
谢谢!
金笔
最近回国一趟,国内的全方位的,在所谓"方便"的借口下,对国人的控制是极其可怕的。
希影
他都成终身领袖了,人民没资格用社会信用体系给公仆打分吧?比毛时代还坏,因为科技进步啦

以前,小民在家关起门来偷听敌台,不可能每家每户都派人进驻监视吧?

 

但在21世纪的今天,“非法”翻墙监控起来却又快又准,没有死角没有例外,对外也可以宣布,人民对翻墙没兴趣啦 :D

 

希影
人工智能养猪成功了

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tibuko
这个理由还不够吗?
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tibuko
脱裤子放屁在某种场景就是需要的,比如没有中央结算的数字货币
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wave_forest
差远了,再拿几条出来 ;)
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tibuko
先承认错误,再可以讨论,否则就跟狐狸一样,没啥信誉
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7Sle
高深技术留给科学家理解研究吧,我们只要知道它的目的和应用。dcep要成为和swift并行甚至取代它,这样不通过汇丰,碗舟不会被抓
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tibuko
DCEP要成功也不在技术,而是要共识,政府能推动的办法就是所有进出口都以DCEP结算

问题是晚舟们自己先要肯收DCEP。

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SwiperTheFox
原贴说明了区块链的操作, 安全与可靠性的原理. 楼主没有讨论区块链账本与实际财产的关系. 你扯出一个别人没讨论的话题,

用来说明别人是错的. 

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tibuko
你连文章都没看懂,LV包防伪是什么意思?
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SwiperTheFox
人家已经实际实现了, 你还在说人家(理论上)不成立.

所有LV 真包都在区块链上有详细的历史纪录, 就可以防伪, 从概念上有什么难理解的吗? 

https://www.highsnobiety.com/p/lvmh-blockchain/

你用你想象的别人一句话 的错误来否定整个文章的正确性.  这是你经常干的事. 

加菲猫2019
真用起来再说。现在说啥都没用,有些东西用起来才知道其优势或缺陷。
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tibuko
什么早就实现?区块链只有炒币一个杀手级应用,原因很多

不能跟物理实体链接是一个原因。

其他原因么,就免谈了,理论也不是你搞得明白的。跟你讲拜占庭,也没有什么意义。

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tibuko
先把加菲猫交易放到区块链上
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timray
第一次知道这种后果和影响,真是“厉害了”。难怪现在微信群里面一片“祥和” :)
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SwiperTheFox
用想象否定现实哈. 你有这本事, 去LV跟他们证明他们犯了错误, 亡羊补牢, 你就是名利双收了.
7
7Sle
实质就是全世界都认人民币。如果DCEP还没搞好,中国和伊朗先用麻袋装人民币交易啊,伊朗喜欢人民币结算也行。
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ahhhh
条码不能伪造,但包可以。调包。
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tibuko
切,我手里就管着区块链公司,你来跟我讲现实,总是不懂装懂
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tibuko
这其实才是正道
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wave_forest
这不就是商家卖假包吗?
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wave_forest
@SwiperTheFox: 谢谢你的链接。我还真不知道。
加菲猫2019
胡说什么实话呢。真是的。
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tibuko
这也不能防伪,标识可以换,包也可以换
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SwiperTheFox
就跟你读过科研论文一样可信~~
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wave_forest
换包就是卖假包,这在原文里已讨论过了。换标识,上面已经回答了。你能举个通俗的反例吗?
瞎扯淡
实现共产社会的关键一步 消灭货币。
想不开1
闭关锁国之举。
想不开1
回国发现,微信支付等非常方便,但是对老人和外国人非常不方便。但是对政府来讲,很容易在另一端随时搞事情。
乱打乒乓胡下棋
和个人隐私的冲突怎么解决。
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wave_forest
这要看用什么模式了。个人隐私没问题如果采用比特币这种匿名模式,但这会导致“去中心化”。当然,也可有一个机构来统一管理。

优点是区块链更新可以做得很快(挖矿机不用费力地去挣“散列现金”),甚至能进行有限的脱线(offline)交易(两个手机一碰)。但这个机构最终能监控每一笔交易。这也是很多人担心的。

前面的跟帖有不少就是谈的这个。

匿名的技术细节中本聪的文章有详细介绍。