区块链的发展及应用场景.docx
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区块链的发展及应用场景
区块链技术发展及应用场景
本文内容来自最近的一次分享,整理成一篇文章,主要关注区块链技术特点,几个发展阶段以及应用场景。
一、进击的区块链
作为分布式记账(DistributedLedgerTechnology,DLT)平台的核心技术,区块链被认为在金融、征信、物联网、经济贸易结算、资产管理等众多领域都拥有广泛的应用前景。
区块链技术处于快速发展的初级阶段,现有区块链系统在设计和实现中利用了分布式系统、密码学、网络协议等诸多学科的知识。
以太猫的火爆直接导致了一段时间内的以太坊网络拥堵。
什么是区块链
区块链起源于中本聪的比特币,作为比特币的底层技术,本质上是一个去中心化的数据库。
通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。
区块链作为分布式账本技术,其特点是去中心化、公开透明,让每个人均可参与数据库记录。
区块链本质上是个注重安全和可信度胜过效率的一项技术。
解决信任问题:
互联网技术解决的是通讯问题,区块链技术解决的是信任问题。
区块链起源于中本聪的比特币,作为比特币的底层技术,本质上是一个去中心化的数据库。
是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。
区块链解决了什么问题吗?
区块链最重要的是解决了中介信用问题。
在过去,两个互不认识和信任的人要达成协作是难的,必须要依靠第三方。
比如支付行为,在过去任何一种转账,必须要有银行或者支付宝这样的机构存在。
但是通过区块链技术,比特币是人类第一次实现在没有任何中介机构参与的情况下,完成双方可以互信的转账行为。
这是区块链的重大突破。
区块链特点
去中心化:
区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施,没有中心管制,除了自成一体的区块链本身,通过分布式核算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。
去中心化是区块链最突出最本质的特征。
开放性:
区块链技术基础是开源的,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人开放,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。
独立性:
基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法),整个区
块链系统不依赖其他第三方,所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据,不需要任何人为的干预。
不可篡改性:
只要不能掌控全部数据节点的51%,就无法肆意操控修改网络数据,这使区块链本身变得相对安全,避免了主观人为的数据变更。
匿名性:
除非有法律规范要求,单从技术上来讲,各区块节点的身份信息不需要公开或验证,信息传递可以匿名进行。
对比传统数据库等技术。
区块链分类
根据参与者的不同,可以分为公开(Public)链、联盟(Consortium)链和私有(Private)链。
公开链:
任何人都可以参与使用和维护,典型的如比特币区块链,信息是完全公开的
私有链:
则是集中管理者进行限制,只能得到内部少数人可以使用,信息不公开
联盟链:
联盟链则介于两者之间,由若干组织一起合作维护一条区块链,该区块链的使用必须是有权
限的管理,相关信息会得到保护,典型如银联组织
目前来看,公开链将会更多的吸引社区和媒体的眼球,但更多的商业价值应该在联盟链和私有链上。
区块链发展
区块链1.0时代:
比特币为代表的数字货币应用,其场景包括支付、流通等货币职能,主要解决货币和支付手段的去中心化
区块链2.0时代:
数字货币与智能合约相结合,对金融领域更广泛的场景和流程进行优化的应用
区块链3.0时代:
不止金融领域,为各种行业提供去中心化解决方案
二、区块链1.0数字货币时代
比特币
比特币项目是区块链首个大规模的成功应用,并且是首个得到实践检验的数字货币实现。
比特币是一种去中心化,全球可支付的电子加密货币。
由中本聪于2009年1月3日,基于无国界的对等网络,用共识主动性开源软件发明创立,是目前市场总值最高的加密货币。
区块结构
挖矿和矿池
挖矿:
参与维护比特币网络的节点,通过协助生成新区块来获取一定量新增的比特币。
激励机制:
当用户发布交易后,需要有人将交易进行确认,写到区块链中,形成新的区块。
在一个没有信任机制的系统中,该由谁来完成这件事情呢?
比特币网络采用“挖矿”的方式来解决这个问题。
每10分钟左右生成一个容量不超过1MB的区块,记录这10分钟内发生的验证过的交易信息,串联到最长的链尾部,每个区块的成功提交者可以得到系统12.5个特币的奖励,以及用户为支付附加到交易上的服务费用。
比特币矿池:
矿池是一个组队挖矿的服务器。
由于比特币全网的运算水准在不断的呈指数级别上涨,单个设备或少量的算力都无法在比特币网络上获取到比特币网络提供的区块奖励。
组队挖矿就是,一旦队伍里任何人获得了一个区块,就将区块中的货币按大家的性能分给大家,这样大家就能很快地获得比特币。
所有的区块链都需要挖矿吗?
并非所有的区块链项目都会采用类似于比特币这样的“工作量证明”方式,这更多出现在早期的区块链项目中。
如果采取其他的证明机制,如POS、DPOS都是不需要采取这样的挖矿
方式。
共识机制
共识:
故名思义,共同的认识,共识问题研究的就是多个成员如何达成一致,典型的比如投票选举。
共识机制:
区块链是一种去中心化的分布式账本系统,由于点对点网络下存在较高的网络延迟,各个节点所观察到的交易事务先后顺序不可能完全一致。
因此区块链系统需要设计一种机制对在一定的时间内发生的事务的先后顺序进行共识。
这种对一个时间窗口内的事务的先后顺序达成共识的算法被称为“共识机制”。
共识方案:
共识在区块链中扮演着核心的地位,共识机制决定了谁有记账的权利,以及记账权利的选择过程和理由。
不用的虚拟货币采用共识机制不同,常见的共识机制如POW,POS,DPOS,拜占庭容错等。
工作量证明
工作量证明,ProofofWork:
通过计算来猜测一个数值(nonce),得以解决规定的hash问题(来源于hashcash)。
保证在一段时间内,系统中只能出现少数合法提案。
分叉:
少量的合法提案会在网络中进行广播,收到的用户进行验证后会基于它认为的最长链上继续难题的计算。
因此,系统中可能出现链的分叉(Fork),但最终会有一条链成为最长的链。
51%攻击:
hash问题具有不可逆的特点,因此,目前除了暴力计算外,还没有有效的算法进行解决。
反之,如果获得符合要求的nonce,则说明在概率上是付出了对应的算力。
谁
的算力多,谁最先解决问题的概率就越大。
当掌握超过全网一半算力时,从概率上就能控制网络中链的走向。
有一个很直观的例子可以说明为何这种经济博弈模式会确保系统中最长链的唯一。
超市付款需要排成一队,可能有人不守规矩要插队。
超市管理员会检查队伍,认为最长的一条队伍是合法的,并让不合法的分叉队伍重新排队。
只要大部分人不傻,就会自觉在最长的队伍上排队。
比特币分叉
软分叉:
由于整个区块链系统软件的升级,部分矿工没有来得及升级,出现遵
从不同共识机制产生的分叉。
当这部分矿工升级系统后,这个分叉就会消失。
硬分叉:
区块链发生永久性分歧,在新共识规则发布后,部分没有升级的节点无法验证已经升级的节点生产的区块,通常硬分叉就会发生。
BTC和BCH:
矿池在在比特币分叉问题上出现分歧,硬分叉产生BCH。
隔离见证和闪电网络
扩容问题:
随着比特币网络的发展,单个区块存储的交易信息越来越多,1MB区块仅能容纳2000条左右交易,交易量大时需要排队等待区块写入确认,交易网络拥堵问题越来越严重。
隔离见证:
把交易的签名数据从交易数据中剥离出来,用于解决延展性攻击。
闪电网络:
在比特币网络上再外加一个「闪电网络(LightningNetwork)」,把原有比特币链上金额较少的交易,转移到这个闪电网络来处理,完成后再记录到原链上。
依赖于隔离见证的闪电网络等二层网络并不能被认为是比特币的扩容方案,因为闪电网络的交易并不等价于比特币的点对点的链上交易,大部分比特币交易的场景并不适用于闪电网络。
支付中心问题:
假设闪电网络部署成功,也会存在大型支付中心的问题,这违背了比特币做为点对点支付系统的初衷。
用搭乘公共汽车的来假设,试想像比特币的区块是一辆公共汽车,每隔十分钟,固定时间发车,当要乘车的人超过公共汽车容量,不能上车的人就要等待下一班。
我们的目的就是让更多的人可以乘车,即承载更多的交易。
山寨币及改进
三、区块链2.0智能合约
以太坊
以太坊项目进一步扩展区块链网络的能力,从交易延伸为智能合约(SmartContract)。
是一个运行智能合约的去中心化平台(PlatformforSmartContract),平台上的应用按程序设定
运行,不存在停机、审查、欺诈、第三方为干预的可能。
以太坊是一个区块链应用开发平台,基于以太坊构建的网络和智能合约语言,我们可以实现各种各样的与现实世界接近的分布式应用(DApp)。
以太坊特点
Gas机制:
以太坊上的每笔交易都会被收取一定数量的gas,gas的目的是限制执行交易所
需的工作量,同时为执行支付费用。
当EVM执行交易时,gas将按照特定规则被逐渐消耗。
gas在以太坊网络中实际的体现就是ether代币。
使用的
叔块(uncleblock):
将因为速度较慢未及时被收录的较短区块链并入并可以获得奖励。
是有向无环图的相关技术。
心化。
闪电网络(lightningnetwork):
可提升交易速度、降低区块链的负担,提可扩展性。
因为以太坊的区块时间是20秒左右,相对于比特币,更容易出现临时分叉和孤儿区块。
而且较短的区块时间,也使得区块在整个网络中更难以充分传播,尤其是对那些网速慢的矿工,这是一种极大的不公平。
为了平衡各方利益,才设计了这样一个叔块机制。
共识机制改进
POW协议存在的问题:
算力被掌握在大的算池手中,比特币并没有像它希望的那样分散化,这也是比特币不断出现分叉的原因。
Casper协议:
权益证明将让整个挖矿过程虚拟化,并以验证者取代矿工。
以下是权益证明的运行过程验证者必须锁定一些他们拥有的币作为保证金。
在此之后,他们将开始验证区块。
同时,当他们发现一个他们认为可以被加到链上的区块时,他们会通过下赌注来验证它。
如果该区块成功上链,验证者就将得到一个与他们的赌注成比例的奖励。
智能合约智能合约是区块链技术的特性之一。
以太坊在其区块链上实施了一种近乎图灵完备的语言,这是一个突出的智能合约框架。
尼克·萨博:
一个智能合约是一套
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