Topic: [原创转载] 区块链技术和加密数字货币的原理和应用难题 (Read 153 times)

注意:
这是一篇个人最近对于区块链技术和加密数字货币的学习心得。个人认为，对于区块链技术的彻底了解，是参与此类投资的基本条件。目前山寨币泛滥，对于不了解的投资者请在彻底了解这些项目前谨慎投资。第一次发表在简书，http://www.jianshu.com/p/e8844908c9f8 。因为没人看，所以转了过来。

正文:
信息技术和网络基础设施的发展与普及使得线上交易变得非常普遍和容易，比如Paypal，网络银行，信用卡等等。除了金融机构和政府部门发行的法币外，私人或者团队亦可以通过区块链技术来发行私人数字货币，比如比特币和以太币。这些新的交易方式使得金钱的载体不再是金属或者纸张，而是一串数据。这对于货币的发行来说，已经是一种革命了。因为这些数据需要保存在不同类型的存储器内，必须通过计算机，网络和操作系统等高科技设备才能有应用的可能。

从现象学的角度来看，计算机和网络构筑的“虚拟世界”有着和“物理世界”不同的属性。我们必须首先了解线上数字交易的环境，以及这个环境与“物理世界”的区别。比如，两种类型的货币造假的难易对比。每张正常的纸币都有一个独特的数字编码，这样就有可能追踪钱的去向。先进的防伪技术，特殊的纸张以及油墨，夹层等等使得纸币的造假成本变得很高。数字货币的本质是存储器上的数据，而计算机的数据复制成本几乎为零。数字货币设计者必须防止数字货币可以被随意复制的问题。这时账本记录变得极为重要。因为数字货币缺乏物理载体， 一旦账本记录因未知因素而丢失，那么没有人能够证明该份资产的存在。意大利数学家卢卡－帕西奥利于1494发明了复式记账法，对每一笔帐目同时记录来源和去向，首次将对账验证功能引入记账过程，提升了记账可靠性。通过这个记账法，数字货币的数据同时包括一个账目记录，这样我们就知道钱的来源和去处了。但是，在现实中网络存在安全问题，数据丢失与被盗非常常见，一个在网络上公开的账目可能被篡改，被销毁或者被复制。所以，信用卡和Paypal类型的数字交易方式是被第三方机构来保护与管理的。第三方机构可以是银行，金融机构或者一家提供这种服务的网络公司。这种数字货币的账目则被第三方机构所保管的，这存在很多问题。第三方机构需要消耗很高的成本来维护账目，比如人员的雇佣，设备的支出等等。而且，这里很可能有信任和隐私的问题，因为银行的一些雇员是有权限查看您的账目的，您的私人信息很可能被盗用而不知。那么怎么解决这个问题呢？

分布式系统和密码学的快速发展已经使货币发行权从政府和银行的手中解放了出了。分布式系统可以实现货币发行的去中心化，这样数字货币可以在没有管理和维护机构的情况下来流通。密码学算法可以解决数据的安全问题，较安全的算法是难以被破解的，只有拥有密钥的人才能解密数据。那么分布式系统到底怎么实现货币发行与流通的去中心化的呢？而密码学又是如何保证数字货币的安全性呢？

首先，分布式系统能够实现账目记录的去中心化。以比特币为例，比特币是一个分布式点对点网络。因为缺乏中央管理者，比特币的账目不是由一个人或者一个组织来完成的。账目记录的维护和交易记录的验证是通过整个比特币网络中参与的“矿工们”所完成的。每个客户端和服务节点都可以访问这个账目记录。账目记录只能添加新的记录，但是不可以篡改先前的记录。每当新交易产生时，交易需要被服务节点来验证，然后通过全网广播来更新账目记录并完成交易。

其次，在该系统中我们还需要避免服务节点的恶意操作。再次用比特币为例，整个比特币网络都是被“矿工们”所维护的。所有交易记录必须经过全网超过50%算力的服务节点来确认或者拒绝才能成为合法交易。这些合法账目被存放在一个个区块中，每个区块都包含上个区块和下个区块的地址而形成区块链。验证交易过程是一个极其复杂的计算过程。矿工们需要通过较为强大的算力来计算出新的区块，而这么强大的算力需要消耗很高的电力。故恶意操作的犯罪成本是很高的，恶意操控的矿工需要超过50%的算力才能拒绝合法交易。

最后，公钥密码学的发展使得网上交易更安全。公钥加密又称为非对称加密。该加密法，将密钥分为两类，公钥和私钥。公钥可以将明文加密成密文，然而密文解密成明文只能使用私钥而不能使用公钥。私钥是必须由拥有者妥善保管，并不可将其泄露给任何人；而公钥是可以在非安全的公共渠道上流通的。比如，在比特币交易过程中，发送者使用自己的私钥对文件或消息进行签名，接受者收到消息后使用发送者的公钥来验证签名的真实性。这大大提高了安全性，即使在非安全信道上面有人非法监听，因为缺乏私钥而无法伪造签名。

分布式系统可以实现去中心化的货币发行；公钥密码学算法可以保护交易的安全进行。问题似乎解决了，那么区块链技术和加密数字货币会取代当前的金融系统吗？从当前的分布式系统的发展和公钥密码学的进展来看，能取代法币的去中心化加密数字货币有很大难度。

首先，区块链技术下的分布式系统很难通过增加服务节点来提高交易和验证效率。单个节点的性能对于提升整体性能有极大帮助。但是，类似比特币这样的公开的区块链网络上面存在性能各异的单个节点。那么单个性能极差的计算机将会拖累整个进程。目前，公开的比特币区块链只能支持每秒钟约7笔的吞吐量，然而VISA系统的处理平均值为每秒钟2000笔的吞吐量。从效率来看，目前的区块链技术不够成熟，大量的工程设计和部署是可以优化的，比如闪电网络是一个提升比特币吞吐量的方法。

然后，公钥密码学虽然提出了公钥和私钥之分，从而提升在非安全信道下的通信安全。保存于本地或其他设备上的私钥还是有被盗的可能，但是这在一定程度上取决于私钥持有者个人的安全意识和安全常识。只要提高个人的安全知识和意识即可防止这种问题。主要的问题是，随着计算力的提升，这些曾经看似不可能被破解的加密方法已经可以被暴力破解。经典的RAS算法已经被认为不够安全，一般建议使用椭圆曲线系列算法。

最后，去中心化的区块链技术如何与中心化的金融机构和中央银行进行整合。以目前的技术水平，去中心化的区块链技术需要很多年的时间才能彻底取代中心化的金融体系。在这天到来之前，我们到底需要如何将两大体系进行整合？政府到底需要如何立法？如果私人的电子钱包被盗，该如何解决？等等。

加密数字货币仅仅是一种区块链技术所带来的发明。其他领域凡是和信息，价值以及信用有关的产业，皆可以使用区块链技术来为它们带来新类型的产品。比如Ethereum和Hyperledger项目都是与比特币相比，很不同的产品项目。如果相关的技术难题可以被攻克，那么区块链技术确实有很大潜力来取代当前的金融，信息和价值产业。

参考:
区块链技术指南 by yeasy@github