区块链浅析（未完成版）

一、什么是区块链

核心总结：分布式数据存储，去中心化数据治理（管理），多方共同维护的公共账本数据库

（重要的结论读三遍！！！一个字都不要漏！！！然后带着这句话学习这篇博文……）

区块链(Blockchain)：是一种由多方共同维护，使用密码学保证传输和访问安全，能够实现数据一致存储、难以篡改、防止抵赖的记账技术，也称为分布式账本技术(Distributed Ledger Technology)。

区块链实质上是一种去中心化的分布式账本数据库，是分布式数据存储、多中心的点对点传输、共识机制和加密算法等多种技术在互联网时代的创新应用模式。通俗说来，区块链就是分布式账本技术。传统账本是中心集中记账，记什么、怎么记都由中心说了算。而区块链“账本”则可以在互联网上由多方参与、共享，大家共同维护、同时生成、同时存储。

狭义来讲：区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构， 并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本（借鉴的是现实中的账本设计——留存记录痕迹）

广义来讲：区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式

分布式数据库是区块链的物理载体，区块链是交易的逻辑载体，所有核心节点都应包含该条区块链数据的全副本区块链按时间序列化区块，且区块链是整个网络交易数据的唯一主体区块链只对添加有效，对其他操作无效基于非对称加密的公私钥验证

基本定义：
一个分布式帐本，一种通过去中心化、去信任的方式集体维护的一个可靠数据库的方案。

白话定义：
区块链是“数据库”，存的是“账”，所有人都可以参与，用数据块+链的存储方式。

技术定义：
一是人人都有权记录，并且互相认证以辨真假，这叫 共识机制；
二是人人都无法篡改记录，因为有密码学签名；
三是人人都有副本，所以即使有的账本损坏了，整体也不受影响，这叫分布式存储。
通过这种方式记录下的信息以区块方式按照时间链条呈现，所以叫做区块链。

区块链（Blockchain）本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

区块链可以理解为一个账本，这个账本自带价值传输功能，我们只需要加入一个公开的数据库，就可以在里面点对点的记账，进行数据传输和通过智能合约来执行我们的指令。从此不再借助第三方，我们所加入的数据库包括了所有的交易记录以及各种历史数据信息。这些信息安全的分布储存在通过密码学方法产生的数据块中。我们称之为区块，区块和区块之间的连接就形成了区块链

二、区块链的特点

1、去中心化：

其实是分权式的管理机制，伪去中心化。将一个中心的管理权分散给多个，权利分散，不再由一个直接说了算

2、防篡改性（安全性）：

区块链最容易被理解的特性是不可篡改的特性。

不可篡改是基于“区块+链”（block+chain）的独特账本而形成的：存有交易的区块按照时间顺序持续加到链的尾部。要修改一个区块中的数据，就需要重新生成它之后的所有区块。

3、开放性（公开透明）：

区块链技术基础是开源的（这是针对区块链共有链来讲的），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，只要是它整个网络体系的节点，有记账权的节点，都可以进行，因此整个系统信息高度透明

4、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

它的匿名性基于它的算法实现了是以地址来寻址的 ，而不是以个人身份

 

三、区块链层级结构

1、数据层/ Data Layer

数据层主要描述区块链的物理形式，是区块链上从创世区块(创世结点)起始的链式结构，包含了区块链的区块数据、链式结构以及区块上的随机数、时间戳、公私钥数据等，是整个区块链技术中最底层的数据结构。

2、网络层/ Network Layer

网络层主要通过 P2P 技术实现分布式网络的机制，网络层包括 P2P 组网机制、数据传播机制和数据验证机制，因此区块链本质上是一个 P2P 的网络，具备自动组网的机制，节点之间通过维护一个共同的区块链结构来保持通信。

3、共识层/ Consensus Layer

共识层主要包含共识算法以及共识机制，能让高度分散的节点在去中心化的区块链网络中高效地针对区块数据的有效性达成共识，是区块链的核心技术之一，也是区块链社群的治理机制。目前至少有数十种共识机制算法，包含工作量证明、权益证明、权益授权证明、燃烧证明、重要性证明等。

数据层、网络层、共识层是构建区块链技术的必要元素，缺少任何一层都不能称之为真正意义上的区块链技术。

4、激励层/ Actuator Layer（非必须）

激励层主要包括经济激励的发行制度和分配制度，其功能是提供一定的激励措施，鼓励节点参与区块链中安全验证工作，并将经济因素纳入到区块链技术体系中，激励遵守规则参与记账的节点，并惩罚不遵守规则的节点。

5、合约层/ Contract Layer（非必须）

合约层主要包括各种脚本、代码、算法机制及智能合约，是区块链可编程的基础。将代码嵌入区块链或是令牌中，实现可以自定义的智能合约，并在达到某个确定的约束条件的情况下，无需经由第三方就能够自动执行，是区块链去信任的基础。

6、应用层/ Application Layer（非必须）

区块链的应用层封装了各种应用场景和案例，类似于电脑操作系统上的应用程序、互联网浏览器上的门户网站、搜寻引擎、电子商城或是手机端上的 APP，将区块链技术应用部署在如以太坊、EOS、QTUM 上并在现实生活场景中落地。未来的可编程金融和可编程社会也将会是搭建在应用层上。

激励层、合约层和应用层不是每个区块链应用的必要因素，一些区块链应用并不完整包含此三层结构。

 

四、去中心化、分权式治理（重点）

什么是去中心化？非集中化、分权（decentralization）

区块链不是“去中心化”？而是“分权式”？

所谓的“去中心化” 自治这个名词现在还是一个伪命题， 实际上不能执行。“去中心化”这个名词确实引起争议，建议不再使用“去中心化”。而是说区块链是一个分权式的管理机制。

区块链本身就只是一个分布式的架构，分布式架构并不代表不能使用中心化的管理，例如云计算就是使用中心化的管理，虽然是分布式执行，但是中心化的管理，区块链是分布式的执行，但是是一个分权式的管理或者是一种分布式的管理。

1、如何正确理解去中心化？

这篇文章介绍的很形象：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1609277406303571876&wfr=spider&for=pc

（1）权利的去中心化

传统中心化：所有权利在一个目标上，所有都由这个目标说了算

分权式管理：去中心化并非表示没有管理中心，而是将一个中心的管理权分散给多个，权利分散，不再由一个直接说了算

 

（2）结构的去中心化

传统中心化结构：数据存放在数据库中，我们即使做了多个负载均衡数据库，但外部总会有只有一个入进入，然后被分派读取某个负载库，一但这个入口坏掉，我们就无法访问任何数据

结构去中心化：在一个区块链结构中，一但有新数据进入，我们会将这个数据记录在这个区块链中的所有节点上备份，所以只要是加入了这个区块链中的系统或程序（任何一个结点），只要需要数据，访问区块链中任何一个结点都可以拿到数据

 

（3）逻辑的去中心化

暂时没想好如何解释这个，待我再学习下再来总结。。。。。。

2、如何实现去中心化

去中心化的实现就是分布式数据存储和分权式数据治理

之所以说是去中心化，是因为在整个节点网络中，每个节点都是参与者，每个节点都能够进行数据处理的操作，并没有一个统一的中心化服务器来进行业务处理。然后，每个节点处理的结果会被传播到整个网络中去，来同步全部的网络。

分权式数据治理：

分权信任机制，任何个人都可以参与记账（添加数据）和对账（查看数据），决定权和控制权不再由一方掌控；也就是说这个数据库中的数据不再属于私有的而是公有的共享的（数据共享有后，大家一定担心数据安全问题，个人信息是否会被公开，这个后面会说到）

分布式数据存储：

区块链的数据是存放在节点上的，但是又不是以中心的模式储存的，区块链中的数据以广播的形式备份在一定数量的节点上实时的同步，每个参与者(或节点)独立地保存和更新的数据库

分类帐分布在多个节点上，每个节点都保存一个完整的副本。区块链自动同步和验证所有节点上的事务。分类帐对所有参与成员都是透明的，可以验证，无需中央机构或第三方验证服务。

比特币不是一种货币, 他是一个分布式的总账系统, 电子总账在每个参与者电脑上备份, 实时的同步和对账；

总账记录这一定数量的比特币从一个参与者到另外一个参与者的过程, 每次记录都会广播到网络；

比特币本身没有价值. 比特币的价值在于, 第一个通过去中心化的分布式信任系统实现了价值转移；

系统有无数个人可以参与记账，参与记账的人系统会给与一点奖励，所以记账又叫挖矿，记账的人叫矿工。

五、不可篡改性、防篡改（重点）

1、理解不可篡改性 （账本模式）

区块链最容易被理解的特性是不可篡改的特性

不可篡改是基于“区块+链”（block+chain）的独特账本模式而形成的：存有交易的区块按照时间顺序持续加到链的尾部。要修改一个区块中的数据，就需要重新生成它之后的所有区块。

区块链账本中的交易数据可以视为不能被“修改”，它只能通过被认可的新交易来“修正”

从“增删改查”变为仅“增查”两个操作。

传统的数据库具有增加、删除、 修改和查询四个经典操作。对于全网账本而言，区块链技术相当于放弃了删除和修改两个选项，只留下增加和查询两个操作，通过区块和链表这样的“块链式”结构，加上相应的时间戳进行凭证固化，形成环环相扣、难以篡改的可信数据集合。

修正的过程会留下痕迹，这也是为什么说区块链是不可篡改的，篡改是指用作伪的手段改动或曲解。

在现在常用的文件和关系型数据中，除非采用特别的设计，否则系统本身是不记录修改痕迹的。区块链账本采用的是与文件、数据库不同的设计，它借鉴的是现实中的账本设计——留存记录痕迹。因此，我们不能不留痕迹地“修改”账本，而只能“修正”账本

区块链的数据存储被称为“账本”（leger，总账），这是非常符合其实质的名称。区块链账本的逻辑和传统的账本相似。比如，我可能因错漏转了一笔钱给你，这笔交易被区块链账本接受，记录在其中。修正错漏的方式不是直接修改账本，将它恢复到这个错误交易前的状态；而是进行一笔新的修正交易，你把这笔钱转回给我。当新交易被区块链账本接受，错漏就被修正，所有的修正过程都记录在账本之中，有迹可循。 

将区块链投入使用的第一类设想正是利用它的不可篡改特性。农产品或商品溯源的应用是将它们的流通过程记录在区块链上，以确保数据记录不被篡改，从而提供追溯的证据。在供应链领域应用区块链的一种设想是，确保接触账本的人不能修改过往记录，从而保障记录的可靠性。

2018 年 3 月，在网络零售集团京东发布的《区块链技术实践白皮书》中，京东认为，区块链技术（分布式账本）的三种应用场景是：跨主体协作，需要低成本信任，存在长周期交易链条。这三个应用场景所利用的都是区块链的不可篡改特性。多主体在一个不可篡改的账本上协作，降低了信任成本。区块链账本中存储的是状态，未被涉及的数据的状态不会发生变化，且越早前的数据越难被篡改，这使得它适用于长周期交易。

2、如何防止篡改（共识机制）

如何防止篡改？

共识机制的重要作用之一是使得修改大量区块的成本极高，从而几乎是不可能的。

一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高

也就是说任何人要改变区块链里面的信息，必须要攻击网络里面51%的节点才能把数据更改掉，这个难度非常非常大；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

以采用工作量证明的区块链网络（比如比特币、以太坊）为例，只有拥有 51% 的算力才可能重新生成所有区块以篡改数据。但是，破坏数据并不符合拥有大算力的玩家的自身利益，这种实用设计增强了区块链上的数据可靠性。

 

六、区块链的典型应用

不少人把区块链等同为比特币。比特币是区块链的一种呈现方式，但区块链并不等同于比特币。区块链是比特币的底层技术和基础架构，而比特币是区块链的成功应用，但并不意味着区块链只能应用到比特币上。区块链项目主要为四类：

• 数字资产
• 智能合约平台
• 全球支付
• 应用服务

1、数字资产

第一类是数字资产，包括我们非常熟悉的比特币、莱特币。目前全球的数字资产已达1000多个品种，主要充当“交换媒介”功能，交换媒介就是你用来换取商品的一般等价物，比如以前黄金、白银、银票可以作为交换媒介。市值超过1亿美元的约116种，受限于应用场景，市场总容量增长不快，截止2017年12月市值最大的依旧是比特币。

2、智能合约平台

这一类项目的主要功能是建立底层的技术平台，让开发者在这个底层的技术平台上提供智能合约应用。智能合约是在区块链数据库上运行的计算机程序，可以在满足其源代码设定条件下自行执行。智能合约一旦编写好就可以被用户信赖，合约条款不可以被改变，因此合约是不可更改的，也不可以被违约的。比如，基于房屋租金协议相关的智能合约，当业主收到租金时就会触发自动执行，并将公寓的安全密钥给到租户。这个合约可以确保租金的定期支付，并自动执行。

3、全球支付

第三类是全球支付，代表项目有瑞波Ripple和Tether。Ripple是全球第一个开放的支付网络，通过这个支付网络可以转账任意一种货币。

4、应用服务

第四类是平台类的应用，这类运营范围比较广泛，涵盖金融、社交、游戏、公益、监管、打假等诸多领域，也是目前区块链资产增长最快的领域。

在金融领域，能够解决金融机构间对账成本高的问题。2016年8月，微众银行联合上海华瑞银行推出微粒贷机构间对账平台，这也是国内首个在生产环境中运行的银行业联盟链应用场景。传统“批量文件对账”模式长久以来未能解决的成本高问题，正是区块链技术的用武之地。随后，洛阳银行、长沙银行也相继接入机构间对账平台，通过区块链技术，优化微粒贷业务中的机构间对账流程，实现了准实时对账、提高运营效率、降低运营成本等目标。

在公益领域，区块链技术也大有可为。蚂蚁金服涉及区块链的首个应用场景就是公益，帮助一群听障儿童获得一笔善款，然后运用区块链技术促进公益更加开放透明。区块链公益平台就像是在互联网上构建了一个专门用于邮寄资金的邮局。用户捐的每一笔钱，都会打包成一个包裹，这个包裹通过区块链平台传递，每经过一个节点，都会盖上一个邮戳，最后送到受捐人手上。这样可以保证用户捐的每一笔钱都是透明、可追溯、难以篡改的。

在商品打假方面，区块链技术可以大显身手。京东将区块链技术用在了正品溯源上，实物产品的一物一码数字化身份信息存入区块链网络，并且通过数字标签或智能标签进行一一对应，实现数据从采集、交易、流通，到计算分析的每一步记录都可以留存在链上，使得数据质量获得前所未有的强信任背书，也保证了数据分析结果的正确性和数据挖掘的效果。跟此前商家自录入商品信息不同的是，区块链是让多位‘记账师’公正、独立、不可抵赖地完成记账。

对于金融监管，区块链技术也能发挥一技之长。通过对机构间区块链的数据分析，能够比传统审计流程更快更精确地监管金融业务。例如，在反洗钱场景中，每个账号的余额和交易记录都是可追踪的，任意一笔交易的任何一个环节都不会脱离监管视线，这将极大提高反洗钱的力度。