区块链的运行原理和发展是怎么样的?

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Facebook将要通过区块链发行自己的数字货币,支付宝要用区块链重做支付,腾讯应用区块链做了数字发票,摩根大通要借用区块链优化自己的跨境转账服务,当然,不是说区块链只能应用在金融领域,但是大家有没有发现,区块链的落地项目中,金融服务领域确实占了大多数。

之所以有这种现象,确实是因为区块链和金融有着天然的契合性,从本质来说,区块链可以解决数据中的信任问题,而金融的根本不外乎信任二字。所以,今天小K君,就从区块链的运行原理,给大家讲一下,区块链是如何解决数据的信任问题。

在具体说这个原理之前,要先了解这样一个东西:我们之前曾说过,区块链是一个数据库,但是它跟常见数据库有所不同的地方在于,它是分布式的数据库。

假如我们把数据库比作是一个账本的话,那一般的数据库就相当于是一个账本,并且只有创建者,也就是中心化的公司才能在这个账本上进行记账。而区块链就相当于是多个账本,除了创始人有一个账本以外,只要有人想要参与进来,就可以获得账本,而且每个人的账本地位相同,都能完整地记录全部数据,彼此独立。

了解这一点后,就可以讲区块链的原理了。区块链的原理是这样的:当一笔交易数据产生以后,按照正常的数据库流程来说,中心化的公司会直接处理这些数据,然后验证、保护等全部都由这个公司来维护。这样数据的记录、处理都是一家说了算,很容易造成数据的不透明。

而区块链中,则不再是单独的一家去维护数据,人人(包括用户)都可以参与进来,除了中心化的公司有一个数据库之外,每个人都会有一个数据库,每个人的数据库彼此相独立、地位等同,都能按照块链式结构存储完整的数据。

当一笔数据产生以后,每个参与的人,就可以处理这个数据,然后把处理好的数据,发送给其他的每一个人进行确认,当其他大部分的参与者认为,这个数据是真实可信,处理的没问题,可以达成共识的时候,就会把这个数据记录下来,最后同步到每个人的数据库中。

这样原理的优势有三点,第一、分散了权力,保证了数据处理的公正性,没有任何一个人可以单独地记录数据,避免了单一记录者被操控或者恶意记假账的情况;第二、解决了数据的信任问题,因为数据会记录在多个数据库中,一旦有人更改了数据库的数据,很容易就会被发现,从而使数据更加透明;第三、降低了网络的安全风险,因为是多数据库并存,理论上讲除非所有的节点被破坏,否则账目就不会丢失,从而保证了账目数据的安全性。

一、为什么会有区块链的创新?

第一代互联网的起点是TCP/IP协议,就是执行一个网络上所有节点统一格式对等传输信息的开放代码。但是这样一个并不复杂的创新对于人类的影响是划时代的,她把全球统一市场所需要的基本价值观:“自由、平等、博爱”,给程序化、协议化、可执行化了。进而派生出STMP邮件协议、HTTP域名协议等,去中心化的实现了全球信息传递的低成本高效率。正如阿里巴巴副总裁高红冰所说:

“互联网就是消灭那个价值很低、成本很高的(信息)供应链——它开放、互联、对等、全球化、去中心化。”

我们知道:市场的本质也是去中心化的,她自动执行也就是“等价交换”的去中心化协议,就像诺贝尔奖金获得者罗纳德•科斯总结的:“市场经济建立在两个深厚的认知基础上:承认无知和包容不确定性。”亚当•斯密也形容市场是:“看不见的手”!因此,市场一定需要信息去中心化的低成本流动,互联网正是适应了全球统一市场形成的大气候下,横空出世了。

但是,第一代互联网去中心化的解决了信息的低成本高效率传输的问题,她没有解决信息的信用问题。因此,第二代互联网必须突破的是:怎样去中心化的建立全球信用?让价值传递也低成本高效率进行。

那么原来的中心化信用体系有什么问题呢?众所周知:中心化的信用,如各国法币,信用价值不同,清算体系也各不兼容,给全球贸易增加了很大成本。目前以美元为中心的全球信用体系,在机制上存在“特里芬悖论”(实质就是一国法币无法同时兼顾解决本国经济利益和全球经济需要的冲突),因此2009年中国央行行长周小川呼吁超主权存储货币的产生,同年,中本聪在网上公开了第一代区块链源代码————“比特币”。

二、区块链系统是怎样运行的?

首先,中本聪很清楚建立一个支付系统的信用必须解决防止“重复支付”问题,也就是不能造假币。中心化的信用系统是靠国家机器防止造假币。“比特币”怎么办呢?中本聪的伟大创新是给每一笔交易“盖时间戳”(timestamp)。每十分钟一个区块(block:相当于网络账簿),把这十分钟的全网交易都正确的盖上时间戳。问题是谁来盖呢?中本聪并没有假设互联网上都是雷锋,他同意亚当.斯密的观点:市场上的人是贪婪的。他让所谓自称“矿工”的人去竞争这十分钟一个区块的记账权,竞争的规则就是正确记账的同时要去解SHA256难题,谁能证明自己的计算机算力最快(所谓PROOF OF WORK 机制),ta就能竞争到这十分钟区块的合法记账权,并得到二十五个比特币的奖励。这就是所谓俗称的“挖矿”过程,实际是建立一个全网总账——区块链的去中心化信用过程,所以矿工更本质的职能是“记账员”!

中本聪在其比特币白皮书中,比较详尽的叙述了这个信用系统建立的过程:

第一步:每一笔交易为了让全网承认有效,必须广播给每个节点(node:也就是矿工);

第二步:每个矿工节点要正确无误的给这十分钟的每一笔交易盖上时间戳并记入那个区块(block);

第三步:每个矿工节点要通过解SHA256难题去竞争这个十分钟区块的合法记账权,并争取得到二十五个比特币的奖励(头四年是每十分钟五十个比特币,每四年递减一半);

第四步:如果一个矿工节点解开了这十分钟的SHA256难题,ta将向全网公布ta这十分钟区块记录的所有盖时间戳交易,并由全网其他矿工节点核对;

第五步:全网其他矿工节点核对该区块记账的正确性(因为他们同时也在盖时间戳记账,只是没有竞争到合法区块记账权,因此无奖励),外汇代理http://www.kaifx.cn/没有错误后他们将在该合法区块之后竞争下一个区块,这样就形成了一个合法记账的区块单链,也就是比特币支付系统的总账——区块链。

一般来说,每一笔交易,必须经过六次区块确认,也就是六个十分钟记账,才能最终在区块链上被承认合法交易。以下是比特币的记账格式:

所以所谓“比特币”,就是这样一个账单系统:它包括所有者用私钥进行电子签名并支付给下一个所有者,然后由全网的“矿工”盖时间戳记账,形成区块链。

三、比特币的区块链金融有哪些创新?

类黄金化,尝试建立全球互联网去中心化信用,有可能让价值在全网高速低费率的流转(目前每笔转转费率是万分之一);

货币总量由密码学协议约定;

比之于黄金,数字货币无限可分;

货币价值可以建立在大量的P2P交易之上;

财务管理的完全透明(每笔交易都能在区块链上查到)。

比特币的区块链全网记账,在全球互联网上最高建立了市值100亿美元的市值。因此,清华五道口金融学院院长吴晓灵点睛指出:区块链实验建立了分布式信用,是互联网TCP/IP的升级版,是从信息传递升级到价值传递;

四、比特币的区块链系统有哪些内在缺陷?

比特币的区块链系统自2009年在互联网上开源运行以来,有成功的地方,但也显示出一些难以克服的内在缺陷:

总量不能随着市场的情况变化,必然暴涨暴跌;

挖矿的高碳,只有不到1%的矿工能够竞争到没十分钟区块的记账权,其他参与竞争的99%以上的矿工算力浪费;

每年10%左右的通货膨胀大大增加了比特币金融生态的成本,甚至威胁到她的生存;

作为去中心化自组织DAC系统,记账和发行功能部分运行成本过高。

作为全球支付系统,效率远远达不到全球贸易的实际要求。比特币网络每秒目前最多确认7笔交易,对比之下, Visa的网络系统每秒最快可处理10,000笔交易,支付宝的记录是2014光棍节每秒钟80,000笔!

五、区块链技术2.0的发展:

作为区块链的2.0升级发展,首先聚焦在解决比特币记账的挖矿高碳上:

在我们讨论怎么克服比特币挖矿记账高碳时,清华经济学研究所的刘涛雄教授指出,挖矿靠算力竞争,最后只有一家竞争到合法记账权,其他99%的矿工节点都白挖了,浪费了资源,显然不太合理,如果全网透明的知道下一家区块的合法记账权,随机的在全网产生,就免除了竞争记账的高碳!我们听后都大赞刘教授主意高明,因为现在比较成功的二代币NXT正是这种机制,他们的白皮书叫“透明锻造”,只是记账权花落谁家的概率是和每个矿工节点钱包的NXT代币持有量成正比,这个叫股权证明机制(PROOF OF STOCK)。当然,这也引发了NXT把代币分发给早期投资开发者不公平的争论!

RIPPLE是一个区块链半去中心化的方案,利用“可信任网关”(trusted gateways)进行区块链记账,其信用是建立在这些网关不会同时作恶的共识记账(consensus ledger)协议上。

最有雄心的尝试是以太坊(Ethereum),她把区块链的技术和图灵完备结合起来,期望开发出一套未来满足各种区块链系统建设的基础性平台,可以支持各种信用货币、数字资产、智能协议甚至金融衍生品的开发.其系统设计是ETHERUM平台统一区块链记账,为所有开发者共同使用,也许她们的正式版本能在不久地将来发布。

六、区块链的创新在其他领域的可能应用:

现在,区块链在建立去中心化信用的尝试,已经不限于金融界,而被社会各个领域关注,特别是在中国目前一些中心性信用如“红会”,处于“塌陷”态势,区块链更能为社会管理提供一种全新的思路和技术选项,以下是我们了解的一些新进展和相关讨论:

区块链和物联网结合,将数字资产和原子资产统一起来,抹平消费资产和现金资产的区别,扩展大众的信用,加速价值流通;(IBM-三星)

区块链上建立知识产权保护系统,对知识产权的使用全网记账,建立全球广告市场;

区块链是否可以为一带一路的新兴经济体发行协议型密码学货币提供技术支撑;

区块链+云计算可以发展成去中心化的自媒体和社区系统;

区块链可以搭建去中心化的股权众筹体系,让创新项目提前进入流通领域;

区块链可以发展出全透明的财务管理系统;

区块链支持建立全球去中心化公司组织。

总之,在这个信用已经成为紧缺资源的时代,区块链的技术创新,作为一种分布式信用的模式,为全球市场的金融、社会管理、人才评价和去中心化组织建设等,都提供了一个广阔的发展前景。

七、区块链的运行原理是什么?

我们以比特币的区块链系统为例。

比特币一个新区块诞生的时间系统设定为十分钟。

1.一笔生意确定生成之后,为了让全网均承认这笔确实已经发生,必须先广播到区块链网络中其他参与的节点(即已链接的各计算机);

 

2.每个节点要正确无误地给这十分钟的生意都盖上时间戳,并且放进这个区块;

3.假如一个节点解开了随机数那道数学题,具有了合法区块记账权,这个节点就会向全 网发布他这10分钟一切盖上时间戳的生意,并由全网中其他参与的节点来核对;

4.比特币系统会给赢下合法区块记账权的节点以奖励,他广播往后,其他节点就要核对这个区块记账的准确性。

其他节点其实一同也在解那道数学题,一同也在盖时间戳,只不过他们没有在那道数学题上算得更快。也就是说,这个区块他们赢不了奖励了,他们只好在下一个区块上想办法。

5.一般来说,每一笔生意,必需要求通过6次的招认,也就是要通过6个10分钟记账,才能在系统里被认为是合法生意,一次的记账是不被招认的。

八、区块链记录哪些信息?

区块链是一个分布式的大账本,每一个区块就相当于是这个账本中的一页。

目前,区块链的区块主要记录了区块头、交易详情、交易计数器和区块大小等数据。区块头是区块的前 80 个字节,区块头所包含的信息已经基本了解。

九、区块内部的数据如下

1.交易详情:详细记录了每笔交易的转出方和收入方、金额及转出者的数字签名,这是 每个区块内的主要内容;

2.交易计数器:这记录的是每个区块中发生的交易数量;

3.区块大小:表示每个区块数据的大小,当前每个区块的大小限定在 1M 以内,但是后面区块很有可能会扩容,超过 1M。

十、如何实现完整备份?

由于区块链是由衔接其间的电脑共同维护的,关于已经发生的区块,一切衔接进来的电脑都有一份完好的区块链备份记载。

目前备份的特色

1.现有备份最大的问题可能就是安全了。咱们无论是自己存储,仍是存在云端,重要的信息都需求加密,避免信息被走漏出去。但咱们的加密很简单被高超的黑客破解,这是现有备份的一个难题。

2.现有的备份也可能被内部的一些人更改,这种更改不简单被发现,而一旦出现更改,后期的审计追寻就会出现很大的困难。

3.假如咱们的信息能够存储在许多台电脑里,那么一台电脑出了问题,还能够调用其他电脑来检查,可实际中,咱们无法做到串联尽可能多的电脑。自己的有价值的信息存在他人电脑里也不安全。

十一、区块链所能处理的问题

1.区块链很重要的技术手段就是加密,存储时加密的信息不会被检查和走漏,只要拥有 信息密钥的人,才干检查这个信息。

2.区块链中的信息是基本上不能被篡改的,这就避免了有内部人员更改的可能性。

3.区块链中的信息在存储时没有中心,一切参加进来的电脑都是一个节点,都有信息的 记载,无需故意地将信息分布式贮存,就能到达分布式贮存的效果,极大避免了单一电脑损坏形成的信息丢掉。

4.在区块链中存储也是很廉价的。现在咱们将信息存储在云端,都会被收必定费用,这 费用也不低吧,而存在区块链中,我能够通知你的是,它的存储价格比存在云端这种还要低 90%。

十二、存储和康复信息时咱们需要做什么?

1.要存储文件的源端设定备份文件,然后加密发送文件数据,提交给区块链中一切相关 的节点;

2.各个节点接收到文件,而且进行存储;

3.假如需求康复数据,源端发送恳求,核算节点依据恳求,在取得解密数据后,就能实 现数据的康复。

十三、如何进行交易广播?

方才我现已说了,链接到区块链中的电脑端都是一个节点,一切节点组合在一起就构成一个区块链网络。在区块链网络中,每个节点都有一个分布式的数据库,用来办理买卖的信息。

当一个节点建议一笔买卖今后,这个节点要当即向邻近的节点进行播送,邻近的节点会查看你的买卖是否有用,如果有用,表明他们赞同这次买卖。

在赞同的基础上,这些节点又会将这笔买卖再向邻近的节点进行播送,这样一传十,十传百,很快整个网络就会确认这笔买卖,而且写入区块中,买卖就算完成了。

在区块链中,验证速度最快的节点是能凭仗工作量取得必定奖赏的,这就解决了一切节点发布的问题。就像比特币体系的奖赏比特币。

十四、如何进行数字签名?

签名是对咱们进行买卖的认可,数字签名也是相同,只不过你把签的文字变成了一串字符罢了。

一个数字签名适当所以一个数字身份,买卖时由转账的转出方生成,就比如银行的流水,数字签名就是用来验证这笔买卖确实是由转出方建议的。

我把这个证明进程浓缩成一个栗子。

张三要建议一笔转账,张三先将这个买卖进行数字摘要,缩成字符串,然后用自己的私钥对字符串加密,构成数字签名。

完成后,张三要将这个买卖向全网进行播送。其他节点用张三的公钥进行验证,假如验证成功,那这笔买卖就是可信的。

就像你去银行转账,只需输入密码,钱就转出去了,是相同的道理。只不过区块链中,动用了公钥和私钥,程序上杂乱一点,但有电脑代庖,也不打紧。

十五、区块链中的交易记录能撤销吗?

区块链中有个很大的特色,那就是买卖是不行吊销的。

区块链只会向前生成区块,不会向后取消区块。也就是说,区块链中是没有后悔药卖的。还有一点,区块链中是点对点的买卖,一切买卖都要播送。

并且区块链是全网记账,买卖明细既记在你的电脑账本上,也记在他人的电脑账本上,可是他人是不知道你是谁的,就算你要想吊销,你也不行能跑去连入其间的电脑上都删去这条买卖吧。

总的来说,区块链运行原理,就是一个大家共同记账,互相验证,达成共识的过程。在今天这样一个数据爆炸,又信任缺失的时代,希望区块链可以成为我们头上的一缕阳光,解决这些问题,照亮未来数字发展的方向。


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