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區塊鏈的結構及術語

來源: 區塊網 作者:
用一句話來定義區塊鏈,就是安全體系,以此為基礎使用的貨幣就是加密貨幣。如果沒有區塊鏈技術,所有加密貨幣事實上都像賽我網的橡子一樣......

用一句話來定義區塊鏈,就是安全體系,以此為基礎使用的貨幣就是加密貨幣。如果沒有區塊鏈技術,所有加密貨幣事實上都像賽我網的橡子一樣,成為只能在特定網站上存在的單位。但是基于區塊鏈的加密貨幣,可在誰都可以查閱的賬本里透明記錄交易明細,復制后儲存在多臺電腦中的分散型數據儲存技術,有多臺電腦驗證記錄以防止黑客的攻擊。以銀行為例,在銀行一個地方管理電子證書和OTP卡等密碼,操作所有匯款過程,所以如果銀行服務器發生問題或數據出現問題,就會導致大型事故。為此,銀行也為了匯款過程的安全,采取雙重或三重安全裝置。但是這些安全裝置要帶來巨大費用。而區塊鏈不是在同一個地方處理這些問題,儲存各種記錄的副本,分散到所有計算機里,對各種數據實時加密后予以保管。這就是以任何人都無法擅自修改同時誰都可以查閱變更結果的分散式運算技術為基礎的數據防偽技術。區塊里記錄著相關區塊被發現以前傳輸給用戶的所有交易明細,通過P2P方式同樣傳輸給所有用戶,所以無法擅自修改或遺漏交易明細。區塊具有被發現的日期和對之前區塊的連結環,這種區塊的集合就叫做區塊鏈。說得簡單一點,就是將無數個記錄捆綁在一起的技術。加密貨幣不存在造幣的中央銀行,貨幣通過每隔一定周期查找區塊(block)得到補償的方式生成貨幣。區塊由相關加密貨幣所使用的哈希函數(將具有任意長度的任意數據轉換成固定長度數據的函數)組成,用戶通過用計算機的運算能力代入相應函數的方法查找哈希。這種過程就叫做挖礦(mining)。與過去以電子貨幣進行交易時在中央服務器保管交易記錄不同,區塊鏈對所有用戶顯示交易記錄,通過互相比較來防止偽造。


區塊意味著多數交易信息的集合。首先如果分三個階段說明區塊的結構,區塊是儲存數據的單位,可分為主體和頭。主體包括交易內容,頭包括密碼。區塊根據提前制定好的周期生成,匯集交易記錄制作區塊,驗證可信度,連結之前的區塊,成為區塊鏈的形式。在這里第一次開始的區塊叫做創世區塊。即,創世區塊是指之前沒有生成任何區塊的最初的區塊。節點不在中央集中型服務器里保管和管理交易記錄,而是參與交易的每個人的服務器聚在一起維持和管理網絡。這每個人的服務器,即參與人就叫做節點。因為沒有中央管理員,所以分發區塊的節點的作用非常重要,所參與的各個節點中至少一半以上表示同意才能生成區塊。各個節點將區塊儲存到電腦里,即使部分節點被盜而導致現有內容崩潰,在多數的節點里還留下數據,可以繼續保存數據。這種區塊結構,即使其中一個區塊被盜,只要其余鏈接化的區塊不承認這種黑客攻擊,黑客攻擊企圖就會被拒絕,從這一點上在安全方面具有非常優秀的創新性。這種安全層面至今還沒有出現被盜的例子。還有一個,要說區塊鏈最重要的部分,那就是交易。運行區塊實際內容的部分就是交易,說得簡單一點就是通常所說的交易,區塊鏈通過交易從一個地址轉移到另一個地址上去。比特幣等第一代基于區塊鏈的加密貨幣,基本上由下列4種因素組成。


加密貨幣錢包 (Wallet)

每個用戶都生成和保管私鑰(private key)和公鑰(public key),基于公鑰生成地址,用這個地址進行交易。公鑰類似于可以跟不特定多數人共享的存折賬號。而私鑰則類似于只有用戶本人才能接觸的存折密碼。舉個受到損失的例子,黑客攻擊交易所職員的個人PC,取得用戶個人信息以后謊稱自己是交易所職員,從用戶取得私鑰信息以后盜竊了加密貨幣。私鑰就像存折密碼一樣,是絕對不能對外公開的重要安全項目。而且,2013年底彭博TV的一位主持人播出給同事匯款比特幣的事情,結果發生了自己的比特幣全部被盜的事故。因為電視臺攝像機非常偶然地拍攝到這位主持人的比特幣錢包,私鑰被泄露。

交易 (Transaction)

是指實際上發生區塊鏈移動的交易,只有在用各個用戶的私鑰簽名被指定的用戶之間方可進行交易。交易記錄被儲存到區塊內,經過認證過程確認以后不得變更或偽造。為了完成交易,需經過工作量證明得到批準,需要一些時間。

區塊 (Block)

區塊鏈是在世界各地進行的交易記錄區塊連結在一起鏈條。顧名思義,相當于交易記錄團。區塊和區塊鏈信息可通過blockchain.info易于確認。每次交易都有自己固有的交易編號,其編號中記錄著從什么地址到什么地址發送了多少等內容。各個區塊根據交易履歷按順序依次相連結。各個區塊都具有與前后區塊相連結的信息,所以很容易判斷是否經過操作。已被操作的區塊經確認過程后從網絡中消失。

采礦機 (Miner)

為了防止用包括交易的區塊發生雙重支付問題,用工作量證明(proof-of-work)協議連結區塊的主體。區塊鏈網絡通過這個采礦機來得以維持,采礦機作為其補償獲取區塊鏈。但是現在更多地采用在現有穩定的區塊鏈上面上傳追加性新鏈條的方式,所以出現很多沒有新挖礦(min ing)的區塊鏈。在本白皮書中介紹的MP幣也標榜著這種方式。

除這些以外,在基于區塊鏈的加密貨幣中還經常使用如下術語。

P2P網絡 (Peer-to-peer network)
不設中央服務器,使所有節點可在同一階層內進行通信的通信網。

哈希 (Hash)
將一個字符串變換成長度更短的值或Key。可利用哈希確認信息是否已被偽造。

SHA256 (Security Hash Algorithm)
將特定值或字符串轉變成 256比特(32字節)值的函數。不可逆的同時只要輸入值稍有變動結果值會大有不同,所以經常用于密碼領域。

節點 (Node)
組成通信網的終端設備或通信處理裝置的基本單位。

分布式計算 (Distributed computing)
連結多臺電腦,通過互相合作,提高計算性能和效率的技術。

私鑰 (Private key)
具有可接近相當于加密貨幣地址的公鑰權限的字符串。因為起到密碼作用,所以不得對外公開。類似于存折的密碼。

公鑰 (Public key)
加密貨幣地址字符串。起到賬號作用,可以公開給他人。類似于存折的賬號。

批準 (Confirm)
為確認加密貨幣是否偽造,加密貨幣網絡各個節點通過工作量證明或權益證明過程驗證區塊鏈正當性的過程。

雙重支付 (Double Spending)


是指在一次交易中兩次以上使用同一筆錢的情況。很有可能在非面對面的網上交易中發生。雙重支付問題在證明加密貨幣可信度方面是非常重要的項目。

51%法則


是驗證區塊鏈是否偽造的方法。加密貨幣各個節點經常用自己持有的區塊鏈比較是否和其他節點持有的區塊鏈相同,以此來驗證是否偽造。如果和一半以上的人持有的區塊鏈相同,則認為是原本,繼續保管。如果不同,則認為已被偽造,廢棄后復制一半以上人持有的區塊鏈后予以保管。

工作量證明 (Proof-of-work)


故意使想連接電腦系統的所有個體履行耗費時間的工作,保護系統免受企圖攻擊系統的惡意連接人攻擊的手段。工作量證明過程,減緩新的區塊信息被傳輸到網絡中的時間,防止經過操縱的區塊鏈快速在網絡上得到傳播。比特幣自動生成需要10分鐘時間解答的問題,解答問題的第一個參與人擁有在現有區塊鏈連結自己的區塊制作新的區塊鏈的權限。通過這個過程區塊鏈平均10分鐘更新一次,各節點在10分鐘內掙到可驗證區塊的時間。與此同時,每隔10分鐘解答問題的參與人,作為其補償將一定量的新比特幣歸自己所有。早期挖礦人利用普通的PC在10分鐘內也可找到答案,而現在由于想采礦的的競爭者增加,問題的難度也逐漸增加,需要更快的計算。也有些專業挖礦人將快速處理運算的顯卡GPU混合在一起開了工廠。從結論上來講,存在著消耗運算資源和電力資源等問題。

權益證明 (Proof-of-stake)


持有更多貨幣量的批準人可以優先生成區塊。以持有大量貨幣的參與人為了守護其貨幣價值不會損傷系統信任度作為其前提。因此,權益證明方式不是消耗計算機資源而是通過自己持有的權益(stake)生成區塊。即,根據自己持有的權益和權益生成的日期來決定。為了生成一次區塊所使用的權益日期被初始化。基本結構與工作量證明沒有什么不同,但是根據貨幣量哈希運算的難度會降低,所以與工作量證明相比,具有資源消耗相對較少的優點。

拜占庭將軍問題 (Byzantine General Problem)


是指1982年萊斯利-蘭伯特(Leslie Lamport)等3名電腦工程師通過對微軟的研究所提示的寓言。拜占庭的將軍們為了占領一座城市想圍攻,這要先派通信兵通知分散的部隊一起開始攻擊,這就是圍繞如何解決將軍們的背信棄義或假通訊兵問題如何決定同時攻擊時間的問題。這個問題蘊含著分散計算環境中有可能發生的問題,使人聯想起區塊鏈的“51%法則”和“工作量證明”運算的重要性。

比特幣 (Bitcoin, BTC)


2009年由中本聰制作的基于P2P的世界首個加密貨幣。縮寫為BTC。給通過工作量證明第一個制作區塊的節點支付比特幣的方式發行新比特幣。最大發行量為2,100萬BTC,截止2017年6月已發行了約1,700萬BTC。每次批準平均需要10分鐘,經過12次批準過程來完成,所以要完成交易至少需要兩個小時。在實際交易中由于服務器速度慢等原因,通常會需要更長的時間。

比特幣挖礦 (BTC Mining)


是指為了實施工作量證明,比特幣節點之間相互展開競爭。為了誘導能夠實施工作量證明,給第一個成功實施工作量證明的節點作為補償支付比特幣很像挖金礦,因此起了這種概念。

比特現金 (Bitcoin Cash, BCH/BCC)


2017年8月1日從比特幣分離出來的加密貨幣。縮寫為BCH或BCC。2017年5月全世界比特幣開發商和挖礦人為了消化增加的比特幣交易量決定要確定區塊大小。但是由于認為有可能導致挖礦收入減少的部分開發商,比特幣被分離成比特幣和比特現金。

另類貨幣 (Alternative coin)
除比特幣以外的所有加密貨幣總稱。以太坊是最典型的另類貨幣,從比特幣分離出來的比特現金也是另類貨幣。

以太坊 (Ethereum, ETH)


2015年7月,由維塔利克-布特林開發的市價總額排名第二的代表性加密貨幣。為體現交易記錄和智能合約功能的分散式運算平臺。著眼于除了貨幣交易以外還可以記錄合同書等補充信息的特點,利用全球無數用戶持有的計算機資源組成分散網絡,利用這個平臺發明了記錄SNS、電子郵件、電子投票等多種信息的系統。以太坊支持C++、JAVA、PYTHON、GO等主要編程語言。以太坊具備擁有“圖靈完備”的擴展用語言,可簡單方便地編寫智能合約。所謂圖靈完備,是指可以編程到數學模擬的圖靈機器水平。這說明被設計成可編輯在普通電腦上實行的所有程序,顧名思義具有無限大的擴展性。以太坊還使用加密貨幣“以太幣(Either)”。以太幣起到使各種虛擬資產之間的有效交換變得可能的媒介作用,用作支付交易手續費的貨幣。在P2P網絡上將交易履歷積累為區塊,同時還記錄智能合約代碼和實行履歷。以太坊每隔12秒鐘生成一個區塊。

萊特幣 (Litecoin, LTC)


2011年10月,由曾經在谷歌工作的查爾斯-李(Charles Lee)開發的加密貨幣。開發時立足于比特幣,所有技術都和比特幣相同。與比特幣最大的區別是,比平均10分鐘挖掘的比特幣區塊還要快4倍,每2.5分鐘生成一個區塊。而且,最大發行量也達到8,400萬個,是比特幣發行量的4倍。可以看成是反映了開發者追求比特幣輕量化版本的哲學。

瑞波 (Ripple, XRP)


瑞波是繼比特幣和以太坊以后市價總額排名第三的加密貨幣。與其它貨幣不同,基于匯款系統,所以其結構也有所不同。結算速度比其它貨幣快,擴張性能非常優秀。

EOS


作為免費接受EOS軟件開發資金捐款的代價,基于以太坊而發行的代幣。截止2018年5月,市價總額排名第五。EOS軟件是由Block.one于2016年開始著手開發,采用了與以太坊相比交易速度更快的委托股權證明 (Delegated Proof-of-Stake)方式。而且還具有用戶不需支付手續費而由開發商支付的特點。截止2018年4月,以太坊每秒鐘可處理20個交易,但是EOS平均可以處理3000個交易。在以太坊區塊鏈上以平實銷售的形式進行ICO,原打算2018年6月2日將服務器轉移到自己的主網正式上市,但是2018年5月30日被中國互聯網安全企業奇虎360發現了其安全方面存在致命的缺陷。

代幣 (Token)


加密貨幣和代幣通常表示同一種意思。一般情況下擁有獨立的區塊鏈網絡時叫做加密貨幣。比特幣、以太坊就是其最典型的例子。與之相比,如果沒有擁有獨立的區塊鏈網絡時,則叫做代幣。例如,EOS就是最典型的代幣。堪稱當前全球代幣之標準的ERC20(Ethereum Request for Comment)代幣,就是指可在基于以太坊網絡區塊鏈的DAPP(Decentralized Application)上使用的代幣。從廣義上來講,除了貨幣以外,還具備資產的功能。如果將以太坊網絡區塊鏈比喻成谷歌電子市場商店,那么DAPP就相當于可在谷歌谷歌商店下載的應用程序。名叫量子鏈(QTUM)的加密貨幣原來也是從ERC20出發,以代幣的形式上市,通過代幣融資,以此為基礎構建了獨立的網絡(這叫做主網上線)。之后通過貨幣互換從量子鏈代幣轉換為量子鏈貨幣。說得簡單一點,不是體現谷歌電子市場,而是體現了蘋果應用商店。從加密貨幣的功能性層面上來講,沒有必要必須從代幣轉換為加密貨幣。

DEX (Decentralized Exchange)


是指分散式交易所。可以理解為除了大型交易所以外的個人之間的場外交易所。是為了克服傳統交易所的橫行霸道和所存在的缺陷而誕生的。在DEX貨幣的所有存取款只需在區塊鏈中進行即可,不是在交易所提供的代幣化內部錢包,而是支援可在從區塊鏈上直接連接的個人錢包直接進行交易。任何人都不可能在中間故意阻止存取款,可直接依賴于區塊鏈的安全。沒有因為委托現有交易所而導致的服務器被盜或個人信息泄露等危險。用戶只需保管好自己的錢包就行。就像比特幣將只能在現有金融圈的地下進行的金融經濟,引向老百姓可以直接參與的廣場上一樣,DEX將現有交易所封閉的交易環境引向更加廣闊的草原。


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