区块链世界大赛报告二：详解区块链如何运作以及为何会改变世界

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比特币实际上是一种防御。 这种在大萧条之后出现的加密货币迅速​​成为流行，成为传统金融体系中反对不平等和腐败的新力量。

当时，人们相信该货币将对付这场经济危机的罪魁祸首——各种金融机构——并最终取缔它们。 比特币的流行语——“我们信任的密码学”——清楚地表明了谁应该受到指责：中介机构、银行家和实际上不值得信任的“受信任”第三方。 这些团体只是在扮演另一个角色：隐藏利润和使交易复杂化。

比特币试图通过密码学和代码来替代上述中介机构提供的相关服务。 当您通过支票支付抵押贷款时，您的金融机构会与其他相关方签订一系列协议，将资金从您的银行账户转移到其他账户。 银行可以提供担保证明您账户中的资金是有效的，因为银行会清楚地记录您账户中每一分钱的来源和周转时间。

比特币等加密数字货币通过软件替代上述传统的后台协议和交易——即分布式安全数据库（即区块链）。 将比特币所有权从一个人转移到另一个人的过程，无论何时发生，也无论哪个政府受到监管，都可以委托给一组计算机。

自第一个成功的区块链开发以来已经过去了八年，在此期间已经尝试将该技术应用于成功转移资金范围之外的程序和流程。 事实上，人们一直在问：区块链可以自动化哪些协议？ 区块链可以淘汰哪些中间商？

区块链能否发现那些可以提供交通工具的人，将这些人与想去某个地方的人联系起来，然后为双方提供一个透明的支付平台？ 区块链能否持续追踪版税和支付内容创作者，成为电视节目、电影和其他数字媒体的存储和播放平台？ 区块链可以检查航空公司航班的状态吗？ 如果飞机没有准时起飞，区块链能否按照之前的约定对乘客进行补偿？

如果能够实现，区块链技术可以让优步、Netflix 和飞行保险供应商从市场上消失。

以上三类应用不仅仅是人们脑海中的想法——这些应用现在都承载在以太坊这个区块链平台上。 通过该平台，可以远程操作分布式计算机系统（以太坊虚拟机）上的相关软件。 在区块链领域，以太坊有自己的加密货币，以太币。 以太坊是目前最开放的实验项目； 拉远距离，你会发现一群群创新者已经进入了人们的视野。 几乎每天，新团队都会开发新的区块链解决方案。 世界主要科技巨头也不想错过这项技术：微软为其客户提供了在 Azure 云上试验区块链的工具。 IBM、英特尔和其他公司正在合作开展一项名为 Hyperledger 的开源区块链计划，旨在为面向业务的区块链提供框架。 与此同时，许多大型银行（区块链先行者试图淘汰的机构）也在开发自己的区块链相关技术，以巩固其在行业中的地位。 即使是在最早和最成功的区块链上运行的比特币也在创新，试图将其应用到其设计者做梦都想不到的地方。

几乎无一例外，这些新的区块链项目都没有承担大规模现实世界采用的负担。 迄今为止，还没有单一的区块链概念或策略彻底改变了该行业。 根据比特币钱包平台Blockchain.info的信息，目前全球比特币日均用户数不超过37.5万。 但投资者的资金不断涌入，提案在炒作和阴谋中出现。

人们的热情何时会慢慢消退？ 哪个区块链平台会一直存在？ 哪个区块链平台会慢慢消失？ 为了做出预测，您必须首先了解区块链是什么以及它的作用。 从逻辑上讲，我们应该从比特币开始。

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区块链如何运作？

以比特币为例。

2009年，化名中本聪的匿名黑客（或黑客团队）发布了世界上第一个全数字货币。 比特币技术基于一个基本原则——货币只是一种会计工具，即货币是一种提取价值、分配所有权和提供交易手段的手段。

现金只是完成这项工作的历史手段。 简单地支配实物代币——纸币、硬币——等同于所有权，以及个人与彼此亲自协商交易的情况。 由于复制纸币非常困难，因此无需计算每个人对货币供应量的所有权； 也不需要获取所有持有者的详细信息，即自从印制了某张50美元的钞票后，所有持有过该钞票的人的信息。

但是，如果可以将拥有纸币的人制成表格，则无需实物表示资金。 银行和支付处理商通过在自己的封闭系统中跟踪和处理相关交易，将一些实物货币交易升级为数字记录。

比特币通过创建一个称为区块链的单一、统一可访问的数字分类账来完成这一转变。 之所以称为链，是因为只有在末尾添加新信息后才能实施更改。 每个新添加的消息或块都包含一组新的事务，这些事务引用区块链中的先前事务。 因此，如果 Helmut 向 Hendrick 支付了比特币，那么这笔支付交易将显示在区块链终端上，并会指向 Hershey 之前向 Helmut 支付的比特币。 ，然后指向较早的交易，其中 Halfred 将比特币支付给 Hershey，依此类推。

比特币的区块链不同于传统金融机构维护的那些账本。 这些区块链可以在世界各地联网的计算机上复制； 任何拥有计算机和互联网连接的人都可以访问它们。 网络上有一类参与者叫做矿工，他们主要负责检测用户发送的交易请求，收集并验证请求信息，然后将交易请求作为新的区块添加到区块链中。

验证操作需要验证两件事：第一，Helmut 实际拥有交易中的比特币； 并且他没有在别处花钱。 区块链中比特币的所有权由一对密钥决定。 第一个密钥称为公钥，每个人都可以看到； 第二把钥匙称为私钥，只有持有者才能看到。 在签署数字消息时，两个密钥之间存在特殊的数学关系。 过程是怎样的？ 例如，Helmut 收到一条消息并用他的私钥加密； 经过一系列的计算，得出了一长串数据。 任何人只要掌握了对应公钥的原始信息和知识，就可以自行计算，证明这一长串数据确实是用私钥创建的。

在比特币系统中，交易由与用于花费最后一个比特币的公钥相对应的私钥签名。 处理交易时，这些比特币会被分配一个新的公钥。

但矿工的主要职责是保证新交易的不可逆性，使交易最终确定，不可篡改。 实现这一目标的方法是中本聪（无论男性还是女性）对计算机科学领域最重要的贡献。

唯一需要确保交易不可逆性的情况是邀请其他人参与分类账的管理。 如果比特币区块链在银行内运行，并由单一托管人下的一组已知验证器运行，那么完成交易就像将交易规则写入公司政策并惩罚某些验证器一样简单。 一个不守规矩的人。

但在比特币世界中，没有中央机构来执行该规则。 矿工分布在世界各地，如中国、东欧、冰岛、委内瑞拉等地，匿名操作软件。 这些开发人员具有不同的文化背景，并受制于不同的法律和监管要求。 因此，不能追究开发商的责任。 比特币代码本身必须有能力控制这一切。 为了确保良好的行为，比特币使用一种称为“工作量证明”的机制。

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工作机制证明

如何保证比特币的安全？

首先，让我们更具体地了解一下公共区块链试图通过工作量证明机制解决的问题。 在这个开放的点对点网络中，矿工——任何运行比特币代码的人——都会收到相关的交易信息； 通过收集信息，矿工可以创建新的区块。 他们将相互竞争，因为第一个创建有效区块的矿工将获得相应的奖励（以比特币的形式）。 在这种情况下，当添加一个新区块时，是什么阻止了矿工删除区块链中之前的交易信息？ 虽然这种机制可以防止矿工窃取代币，但并不能阻止他们重复使用代币。 例如，我可以去一些毫无戒心的小商店，点一杯咖啡，然后用比特币支付。 如果我是矿工，我可以修改我自己的比特币区块链，删除交易，并将修改后的区块链发送给其他人； 在我的钱包里。

因此，比特币网络上的所有矿工都需要持有同一份区块链，所有的变更和交易都是不可逆的。 这两点很关键。 “为了让音乐听起来好听，他们需要播放相同的音乐，这一点非常重要。” Ripple 开发者斯特凡·托马斯（Stefan Thomas）说。 Ripple 也是一种受比特币启发的数字货币。

为了统一所有参与者，比特币软件系统使得添加新区块的成本非常高（以计算能力衡量比特币源码详解，即电力），历史上更改区块的成本更高。

任何试图添加新区块的矿工都必须提供加密证明。 为了生成上述密码学证明，矿工必须通过几轮哈希函数计算来处理新添加的区块。 哈希函数计算是取任意长度的数据并减去固定长度的无意义字母数字字符串的计算过程。 为了使这个过程更具挑战性，区块链算法要求计算的哈希值必须以一串零开头。 由于无法预测给定数据集将产生的哈希率，因此出现了难题。 因此，矿工们在已经验证过的区块上一遍又一遍地运行上述计算，每次都在数据集中插入一个随机数。 一旦更改了 nonce，就会生成新的哈希结果。 当矿工最终得到正确数量的 0 时，哈希函数就完成了。

第一个计算出令人满意的哈希值的矿工将向其他矿工宣布新区块。 收到信息的矿工检查新添加的区块，并将该区块添加到完整版区块链中。 为了顺利开展这项工作，矿工将获得新的比特币和挖矿费。 挖矿费用由用户自愿添加到交易中，以期获得优先处理。

哈希可以被认为是锁定区块链上单个块的一种方法。 假设有一把锁，需要钥匙才能上锁。 您有大量可用的密钥，但不知道哪一个是正确的。 你必须一一尝试。 当你最终找到正确的钥匙时，将钥匙留在锁中，其他人可以上去检查它是否是正确的钥匙。

从理论上讲，这种方法以及矿工获得奖励的事实是对良好行为的激励。 无论是他们消耗的电力，还是他们购买的软件，比特币矿工都在互联网上投入了太多。 所以我们应该这样想：这些矿工也不愿意以任何方式伤害比特币，包括接受双重支付或任何质疑比特币完整性并降低其货币价值的事情。

类似的攻击被进一步挫败，因为向区块链添加新块会增加修改现有块内容的成本。 一旦形成一个新块，它本身就包含前一个块的哈希结果。 对原始旧块的任何更改都会使后续块的哈希结果无效。 因此，对于要插入旧块的虚假修改，它也必须在它的所有后续副本中进行修改。 在这个锁定类比中，区块链终端如何锁定的设计取决于终端之前的所有锁定。 这样，在区块链中间改变一个区块的锁，意味着改变之后，必须为后续的每个锁找到一个新的密钥。

比特币“防止了破坏行为受到计算能力限制的行为不端方的出现”。 康奈尔大学加密货币和合同倡议 (IC3) 主任 Emin Gün Sirer 说。

通过强迫矿工提供昂贵的证明，然后奖励他们的工作——中本聪发明了第一个可行的点对点数字货币。 中本聪还解决了一个困扰计算机科学家数十年的更普遍的问题：舆论。 在过去的 8 年里，无论在哪个重要时期，比特币都从未下线，并一直在激励网络中潜在的不诚实交易者处理相关交易比特币源码详解，并确保这些交易项目的单一版本安全。 最终，形成了一个不断增长的数据链。 任何人只要联网，都可以在数据链中查看和添加数据； 并且数据链路不会受到任何攻击的影响。

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如何使用区块链

应用于其他领域？

结果：此类系统的用途可能超出金钱领域。 几乎在比特币一亮相，人们就开始想象区块链技术在推广之后可以实现哪些应用。 当矿工验证交易时，他们只运行一些小程序； 这些小程序处理交易请求的数据并发送批准或不批准消息。 但是如果矿工可以运行更复杂的程序，比如社交网络软件呢？ 如果区块链用于表示数据（例如在线论坛上的信息）而不是简单的货币交易会怎样？

虽然这些想法自比特币诞生以来就已经存在，但它们的发展花了数年时间，直到来自多伦多的 19 岁计算机科学专业学生 Vitalik Buterin 使这些概念流行起来。 2013 年，Buterin 编写了一个新的区块链，以太坊。 以太坊的目标是将比特币在货币方面取得的成就扩展到其他领域。

与比特币一样，以太坊也实现了一个拥有自己货币形式（即以太币）的区块链。 与比特币不同，以太坊使用小程序交易，人们称之为智能合约； 智能合约可以有无限的复杂性。 用户通过向程序发送带有指令的交易信息来与程序交互。 然后矿工处理这些交易。

实际上，这意味着任何人都可以将软件程序嵌入到交易中，并且嵌入的软件程序将在区块链的生命周期内保持嵌入、不变和可访问性。 理论上，借助以太坊，Facebook、Twitter、Uber、Soundwave 音乐播放器或任何其他数字服务都可以被新版本取代。 这些新版本的软件完全不受审查者的影响，对其政策透明，并且能够无限期地运行而无需其创建者的维护。

“令人惊奇的是，你可以在这个网络上放置一个计算机程序......类似于比特币，系统上的每个人都可以就发生的事情和时间达成一致......所以，在我看来，这是一个重要的概念，”以太坊的创始人之一 Joseph Lubin 评论道。目前，他经营着 Consensys，这是一家位于布鲁克林的去中心化应用程序孵化器。

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到底什么是有权限的账本？

当 Buterin 试图使用区块链技术创建世界计算机时，另一个趋势正在将技术推向相反的方向：让中本聪的杰作更接近、更可控。 2014 年 9 月，包括巴克莱、高盛和摩根大通在内的一批金融机构组成了一个名为 R3 的新财团，以探索如何使用区块链来提高银行间支付的效率（参见最近的“区块链世界系列报告五” ：华尔街占领区块链”了解详情。

没过多久，这些机构就意识到像比特币、以太坊等区块链的开放结构与银行想要的背道而驰。 用户的匿名性是主要问题，公共地址在开放的区块链上代表这些用户，但不提供用户的真实信息。 美国和其他国家的银行法禁止使用这种匿名方式。 “我们必须确切地知道我们在参与哪些人以及我们的竞争对手在这些平台上有哪些人，”R3 市场研究总监蒂姆斯旺森说。

同时，法律还规定金融机构必须保护消费者信息并控制其在国家和地区范围内的外延。 鉴于公共区块链在每台联网计算机上复制所有交易记录，因此在使用公共区块链时很难限制监管链。

因此，“授权账本”应运而生。 在许可分类账中，添加区块的人的身份是已知的，只有特定的人才能查看系统中的相关数据。 产生新区块的权利是由运行代码的人分配的，不是随机分配的； 因此，无需使用工作证明机制或加密货币进行支付。

这类系统的应用环境是区块链中的所有参与者彼此之间有一定程度的信任，但他们想模拟一个中立的第三方提供的服务，例如国际转账时的银行系统。

去年，R3（最近从 40 多家机构筹集了 1.07 亿美元的资金）发布了其第一个许可分类账 Corda。 但是 Corda 从一开始就有一个竞争对手。 去年春天脱离 R3 财团的摩根大通发布了自己的许可分类账，称为 Quorum。

许可分类账方法已经从银行业传播到需要保护敏感客户数据的各个领域。 这些领域的大多数项目都是使用 Hyperledger 提供的工具创建的，Hyperledger 是一个开源项目，由 Linux 基金会赞助，并得到主要科技公司的赞助。 Hyperledger 为那些希望采用智能合约但对开放以太坊和比特币等区块链犹豫不决的公司构建产品。

“人们必须看到银行、保险和其他行业实体以及制药行业的实际问题，以及这些实体必须遵守的监管要求。 他们无法应对或适应部分开放系统带来的风险和不确定性。” Hacera（一种基于区块链的访问控制管理系统），Jonathan Lev 说，他是

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智能合约在现实中如何运作？

无论区块链技术的最终结果如何，运行在区块链上的智能合约都需要大量的技术支持。 在区块链的技术浪潮中，一些辅助技术正在悄然发展，它们对于区块链技术的拓展将具有至关重要的意义。

“一旦获得智能合约，就会出现大量问题，”康奈尔大学 IC3 主任 Ari Juels 说。 这些问题可以分为几大类。

首先，区块链不能存储太多数据。 例如，通过区块链进行直播视频——无论视频内容发布在哪个网站——对许多项目来说都是一个大问题。

比特币区块链记录了互联网上每一个比特币的输入和输出，以及附加字段的内容。 这样的附加字段可能只允许每个交易 40 字节的元数据。 是这样的。

将智能合约迁移到区块链的另一个问题是区块链本身并不知道现实世界中发生了什么。 如果你的智能合约是一个飞行保险系统，那么问题就来了。 合同需要知道您的航班应该在何时何地起飞。 但是区块链不是为查询网站而设计的。 “来自外部世界的信息必须被注入区块链，”Jules 说。

理想情况下，开发人员会设计出存储和处理数据的方法，而不会重新引入区块链试图避免的弱点，例如易受审查、依赖或依靠狡猾的人类。 为实现这一目标，开发人员必须仔细考虑他们可以信任谁作为“可信方”。

静态数据的存储问题可以通过分布式文件共享服务来解决。 例如，Protocol Labs 的星际数据库或 StorjLabs 的去中心化云存储系统。 这些系统使世界各地的人们能够出租他们硬盘上的一些剩余空间。 这种机制可以适用于基于区块链的智能合约，因为数据冗余存储在世界各地的多台计算机上，因此仍然可以访问但难以审查。

如何将实时数据传输到区块链的问题可以通过区块链开发人员使用所谓的预言机来解决。 作为一系列服务，预言机以高效查询实时数据并将数据传输到区块链上的智能合约为代价。

在 IC3，Jules 使用了一种称为“Town Crier”的自动化预言机，旨在确保传输到区块链的数据来自可信来源并且不会被篡改。 该服务使用英特尔处理器上的“可信软件”。 尽管该芯片在加密盾牌后面运行代码，但它仍然提供了程序按承诺执行的证据。

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钱从哪里来？

如果要用区块链技术重建当代社会所依赖的许多数字服务，就需要有人为必须完成的工程和研究买单。

但是，如果你正在研究一项技术，如果成功的话，会让许多公司失去工作，你从哪里得到钱呢？ 理想情况下，像以太坊这样的开放区块链将数据委托给它的创建者，让他们选择如何共享数据。 在这种情况下，以出售用户的访问、购买和位置数据为商业模式的公司将无法生存。 同时，区块链企业不能靠限制自身的知识产权来盈利，因为知识产权作为开放区块链上的程序，人人都可以浏览。

无论如何，一种基于区块链的业务的潜在融资机制已经出现，这是区块链融资领域的一种新趋势，人们称之为首次代币发行（ICO），以首次公开募股（IPO）命名。 尽管存在一些法律问题，但这种新趋势已被证明是极具成本效益的。

选择通过 ICO 为其项目融资的团体以这样一种方式设计自己的智能合约，即为了使用该应用程序，用户必须拥有特定于应用程序的货币。 这些团体铸造一些代币，并在项目启动前在公开市场上出售。

在非数字世界中，这就像有人开了一家只接受他们自己货币的自助洗衣店。 这样，店主不仅获得了投资者，而且还向公众出售了他们的货币。 届时，货币的交易价格将取决于洗衣服务的价值。

迄今为止，已有超过 5 亿美元通过代币销售流入区块链公司。 近几个月来，新发行的货币无论是发行速度还是发行价格都呈现出令人瞠目结舌的上升趋势。 7 月，一个名为 Tezos 的区块链项目通过 ICO 筹集了超过 2 亿美元，创下了新纪录。

面对天文数字的投资金额，一些观察人士抱怨其严重虚伪。 Monax Industries 创始人普雷斯顿·伯恩 (Preston Byrne) 表示：“制定这些计划的区块链企业家已经展示了永不满足意味着什么，他们称之为受监管的金融服务。” 此外，该公司是区块链开发人员的开放平台。 “所以当资金开始流向他们时，企业家们都开始忽视人民——而他们也是其中的一部分。”

但其他人表示，ICO 作为一种新型投资工具，与人们筹集资金的应用程序一样具有破坏性。

“金钱不是万恶之源；公平才是万恶之源，”乔尔·莫内格罗说。 Joel 离开 UnionSquare Ventures 后，创立了 Placeholder，一家致力于区块链技术研发的基金。

他的话经常被区块链初创公司的领导者引用：将股权分配给创始人和员工，并鼓励他们保存这笔财富，而不是用它来改进他们的产品。

另一方面，应用专用货币不仅是一种金融工具，还是一种技术实现手段。 因此，使用服务的人越多，对服务代币的需求就越大。

“我的想法是，企业不想获取更多利润，而是希望增加代币的使用，因为代币会随着服务使用量的增加而升值。 你扭转了他们的动机。” 蒙特格罗说。

ICO 趋势即将结束，至少在美国是这样。 7月底，美国证监会如火如荼地泼了一盆冷水，发出警告称，经相关部门审查，不少ICO已被归入证券行业，受行业监管.

不管怎样，ICO发币的浪潮还在为行业的岸边洗礼。 只有时间才能证明人们是否正确使用此类技术。

“时间改变了很多东西，而且非常快。 在我们这些早期采用者中，有一些人在三四年前还在苦苦挣扎，但他们一直坚守着自己的信念和自己的货币技术。 现在他们非常富有”，Hacera 的列维说。 “我们仍然需要比特币和以太坊在更大规模上运行，企业需要更加去中心化他们的敏感数据并确保敏感数据的安全。 现在，我们正面临着一个新的时代。 还有一个不同的挑战：鉴于投资的规模，让我们拭目以待，看看有多少老人和年轻人会留下来，继续尝试用已经改变了自己的技术来改变世界。”