區(qū)塊鏈是什么？超級詳細，看了無師自通！

2019-09-13 16:35:13

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

區(qū)塊鏈技術是由比特幣創(chuàng)造的，本文也將從比特幣開始進行引導，一步一步告訴大家什么是區(qū)塊鏈。如果你想立馬知道區(qū)塊鏈是什么，也可以直接轉(zhuǎn)到文章末尾的區(qū)塊鏈定義。

區(qū)塊鏈，可能是當下最有前景又充滿分歧的技術與經(jīng)濟趨勢。它給數(shù)字世界帶來了“價值表示”和“價值轉(zhuǎn)移”兩項全新的基礎功能。其潛力正在顯現(xiàn)出來，但當下它又處于朦朧與野蠻生長的階段。

對比互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史，現(xiàn)在的區(qū)塊鏈可能相當于 1994 年的互聯(lián)網(wǎng)，即互聯(lián)網(wǎng)剛剛進入大眾視野的時期，那也是第一波互聯(lián)網(wǎng)革命萌芽的時期。谷歌、亞馬遜、Facebook、騰訊、阿里巴巴、優(yōu)步、滴滴，甚至現(xiàn)在市值超萬億的蘋果都得益于那一時刻。

現(xiàn)在區(qū)塊鏈技術可能帶來互聯(lián)網(wǎng)的二次革命，把互聯(lián)網(wǎng)從“信息互聯(lián)網(wǎng)”帶向“價值互聯(lián)網(wǎng)”。在區(qū)塊鏈的對照之下，人們發(fā)現(xiàn)，最初被形象地稱為“信息高速公路”的互聯(lián)網(wǎng)處理的是“信息”，而區(qū)塊鏈能處理的是“價值”。

變革即將發(fā)生，未來已來。我們又一次處于革命的起點——價值互聯(lián)網(wǎng)的變革，而要理解價值互聯(lián)網(wǎng)的未來，我們先要搞明白區(qū)塊鏈技術是什么。

讓我們回到10年前，從中本聰（Satoshi Nakamoto）發(fā)明比特幣的那一刻說起。

比特幣的誕生

2009年1月3日，在位于芬蘭赫爾辛基的服務器上，至今匿名的神秘技術極客中本聰生成了第一個比特幣區(qū)塊，即所謂的比特幣創(chuàng)世區(qū)塊（genesis block）。

在創(chuàng)世區(qū)塊的備注中，中本聰寫入了當天英國《泰晤士報》的頭版頭條標題：

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”
“《泰晤士報》，2009年1月3日，財政大臣站在第二次救助銀行的邊緣”

這樣做，他記錄了比特幣系統(tǒng)啟動和創(chuàng)世區(qū)塊生成的時刻，又借這句話表達了對當時全球金融體系的暗諷。2009 年年初，全球金融體系剛經(jīng)歷了 2008 年金融危機的沖擊，看起來搖搖欲墜。

在生成創(chuàng)世區(qū)塊時，按自己設定的規(guī)則，中本聰獲得了 50 個比特幣獎勵，這是最早的 50 個比特幣。從創(chuàng)始區(qū)塊開始，在比特幣的賬本上每 10 分鐘就有新的數(shù)據(jù)區(qū)塊被增加上去，新的比特幣被憑空發(fā)行出來。比特幣的去中心網(wǎng)絡開始運轉(zhuǎn)，擴展到現(xiàn)在的由數(shù)萬個節(jié)點組成的全球網(wǎng)絡。

在比特幣的創(chuàng)世時刻，它的三個組成部分都出現(xiàn)了，即加密數(shù)字貨幣（cryptocurrency）、分布式賬本（distributed ledger）、去中心網(wǎng)絡（decentralized network），如下圖所示。

圖1：比特幣的三個組成部分

2008 年 10 月 31 日，中本聰向一個密碼學郵件列表的所有成員發(fā)送了一個電子郵件，標題為“比特幣：點對點電子現(xiàn)金論文”。

中本聰郵件見：https://www.mail-archive.com/cryptography@metzdowd.com/msg09959.html。

比特幣白皮書見：www.bitcoin.org/bitcoin.pdf。

他寫道：“我一直在研究一個新的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，它完全是點對點的，無須任何的可信第三方。”比特幣的起源應遠早于這個日期，中本聰曾說，他從 2007 年 5 月就開始為比特幣項目編程。2008 年 8 月，他注冊了 bitcoin.org 域名，這是現(xiàn)在比特幣項目的官方網(wǎng)址。

在郵件中，他附上了比特幣白皮書的鏈接，論文題為“比特幣：一個點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)”（Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System）。中本聰在2008年發(fā)表的這篇論文可能是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展史上最重要的論文之一，其他重要論文有利克里德寫的開啟互聯(lián)網(wǎng)前身阿帕網(wǎng)的“計算機作為一種通信設備”（1968年）、蒂姆·伯納斯-李寫的萬維網(wǎng)協(xié)議（WWW）建議書“信息管理：一個建議”（1989年）、谷歌聯(lián)合創(chuàng)始人謝爾蓋·布林與拉里·佩奇寫的搜索引擎論文（1998年）等。

可以合理地推測，中本聰不是一個學院派的研究型學者，他可能是一個做實際軟件工程開發(fā)的工程師，因為他不只設計了比特幣系統(tǒng)，還把它開發(fā)出來，讓它在互聯(lián)網(wǎng)上運行起來。他可能是先開發(fā)了軟件，才寫了上面提到的重量級論文，來解釋自己的設計。

2008 年 11 月 16 日，中本聰公布了比特幣系統(tǒng)的源代碼。在發(fā)布白皮書、將軟件代碼開源后，在 2009 年 1 月 3 日這一區(qū)塊鏈的創(chuàng)世時刻，最終他在互聯(lián)網(wǎng)上上線了比特幣網(wǎng)絡。之后，中本聰和幾個開發(fā)者在網(wǎng)上一起討論想法，繼續(xù)開發(fā)迭代。隨著比特幣網(wǎng)絡的成熟，他的活動開始減少，比特幣系統(tǒng)逐漸進入自治運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。最終，在發(fā)明比特幣系統(tǒng) 3 年后，自 2011 年 11 月后，中本聰永遠不再出現(xiàn)。他成了一個永遠匿名的傳奇，沒人知道他是誰，他只留下了自己的創(chuàng)造。

中本聰為什么創(chuàng)造比特幣

在創(chuàng)造比特幣的過程中，中本聰發(fā)明了區(qū)塊鏈技術，區(qū)塊鏈是源自比特幣的底層技術。那么，他為什么要創(chuàng)造比特幣？他想解決什么難題？

現(xiàn)在，比特幣常被稱為一種“加密數(shù)字貨幣”，人們常很關注其中的“貨幣”二字。其實，比特幣并不具備現(xiàn)在各國法定貨幣的特征，它只是一種數(shù)字形式的特殊商品。比特幣現(xiàn)在的市場價格和暴漲暴跌也影響著人們對它的看法，人們把它類比為黃金、郁金香等各種投資、投機標的。

但如果回到中本聰創(chuàng)造它的時刻，我們會看到，比特幣的出現(xiàn)是源于技術極客想解決的一個技術難題：“在數(shù)字世界中，如何創(chuàng)造一種具有現(xiàn)金特性的事物？”“比特幣：一個點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)”這個標題體現(xiàn)出了中本聰想解決的難題：他想創(chuàng)造在數(shù)字世界中可用的電子現(xiàn)金，它可以點對點也就是個人對個人交易，交易中不需要任何中介參與。

來對比看看。在物理世界中，一個人可以把現(xiàn)金紙幣給另一個人，不需要經(jīng)過諸如銀行、支付機構、見證人等中介機構。

但由于數(shù)字文件是可復制的，復制出來的電子文件是一模一樣的，因而在數(shù)字世界中，我們不能簡單地用一個數(shù)字文件作為代表價值的事物。同時，我們在支付機構中有多少錢，并沒有像一張張鈔票一樣的數(shù)字文件可以代表，錢僅是中心化數(shù)據(jù)庫中的記錄。

在數(shù)字世界中，當一個人要把現(xiàn)金轉(zhuǎn)給另一個人時，必須要有中介機構的參與。比如，我們通過支付寶轉(zhuǎn)賬的過程是：支付寶在一個人的賬戶記錄里減掉一定金額，在另一個人的賬戶記錄中增加一定金額。

在數(shù)字世界中，如何創(chuàng)建一個無須中介或者說去中心化的數(shù)字現(xiàn)金，一直是一個難題。由于數(shù)字文件可以完美復制，如果沒有一個中心化數(shù)據(jù)庫做記錄，那如何避免一個人把一筆錢花兩次？

這就是所謂的雙重支付或雙花問題（double spending）。在比特幣出現(xiàn)之前，我們熟悉的主要電子現(xiàn)金系統(tǒng)（如PayPal、支付寶等）都是依靠中心化數(shù)據(jù)庫來避免雙花問題，這些可信第三方中介不可或缺，見圖 2。

圖2：比特幣是點對點的現(xiàn)金，無須任何中介

但在另一條道路即去中介或去中心化的電子現(xiàn)金這條路徑上，有很多技術極客一直在做著各種嘗試，只是一直未能獲得最終的成功。

到了 2008 年，中本聰借鑒和綜合前人的成果，特別是現(xiàn)在常被統(tǒng)稱為密碼朋克（cypherpunk）的群體的成果，改進之前各類中心化和去中心化的電子現(xiàn)金，加上自己的獨特創(chuàng)新，創(chuàng)造了比特幣這個點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)，在無須中介的情況下解決了雙花問題。

特別地，比特幣這個電子現(xiàn)金系統(tǒng)是同時去中介化和去中心化的：

個人與個人之間的電子現(xiàn)金無須可信第三方中介的介入，這是去中介化。
這個電子現(xiàn)金的貨幣發(fā)行也不需要一個中心化機構，而是由代碼與社區(qū)共識完成，這是去中心化。

要注意的是，這個“電子現(xiàn)金”中的現(xiàn)金指的并非貨幣，它只是在解決難題的過程中被借用來在數(shù)字世界中代表價值的說法。這樣說是為了便于理解，在現(xiàn)實中，最常見的代表價值的事物是現(xiàn)金。

最初，比特幣這個用以表示價值的電子現(xiàn)金并沒有價格。比特幣系統(tǒng)只是在邏輯上可行的系統(tǒng)，是解決了一個難題的技術玩具。2010 年 5 月 22 日，在一個網(wǎng)絡論壇上，有一個程序員用 1 萬枚比特幣換了兩張棒約翰比薩的代金券，比特幣第一次有了一個公允價格：1 萬枚比特幣價格為 25 美元。為了紀念這一天，每年的 5 月 22 日變成了區(qū)塊鏈世界的一個節(jié)日——比特幣比薩節(jié)。

此后，比特幣雖然從來都不是貨幣，但逐漸地有了價值與價格。比特幣的價格在自由市場交易中被確定，又持續(xù)、反復地大幅波動。但是，不管是從早期的 1132 美元跌掉一半，還是在 2017 年年底快速上漲到接近 2 萬美元，又在幾個月內(nèi)跌到只有三分之一，比特幣系統(tǒng)和它底層的區(qū)塊鏈技術都保持穩(wěn)定。

中本聰設計和編碼實現(xiàn)的比特幣電子現(xiàn)金系統(tǒng)至今已運轉(zhuǎn)近十年。比特幣系統(tǒng)已經(jīng)從一個技術玩具變成一個運轉(zhuǎn)得近乎完美的系統(tǒng)，并且看起來還將長期穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)下去。

從比特幣系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈

在物理世界中，現(xiàn)金是一張張紙幣，但其背后有著一整套與貨幣相關的金融體系：中央銀行、銀行、印鈔廠、信用卡組織，以及后來出現(xiàn)的第三方網(wǎng)絡支付機構等。

在數(shù)字世界中，想要創(chuàng)造一種去中介化、去中心化的“電子現(xiàn)金”，同樣要設計一套完整的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)要能解決以下一系列問題：

這種“現(xiàn)金”如何公平、公正地發(fā)行出來，不被任何中心化的機構或個人控制？
如何實現(xiàn)像在物理世界中一樣，一個人可以直接把現(xiàn)金遞給另一個人，無須任何中介的協(xié)助？
這種電子現(xiàn)金如何“防偽”？在數(shù)字世界中，這個問題可轉(zhuǎn)換為，一筆電子現(xiàn)金如何不被花費兩次？

中本聰設計和開發(fā)了比特幣系統(tǒng)，完美地解決了這些問題。說起比特幣，人們常指的是比特幣這種做價值表示的電子現(xiàn)金。其實，作為電子現(xiàn)金的比特幣只是比特幣系統(tǒng)的表層，比特幣系統(tǒng)包括三層，見圖3：

最上一層是比特幣這種電子現(xiàn)金。這是整個系統(tǒng)的應用層。
中間一層的功能是發(fā)行比特幣與處理用戶間的比特幣轉(zhuǎn)移。這一層也叫比特幣協(xié)議（bitcoin protocol），是整個系統(tǒng)的應用協(xié)議層。
最底層是比特幣的分布式賬本和去中心網(wǎng)絡。這一層也被稱為比特幣區(qū)塊鏈（bitcoin blockchain），是整個系統(tǒng)的通用協(xié)議層。

比特幣系統(tǒng)的三層命名（應用層、應用協(xié)議層、通用協(xié)議層）源自知名區(qū)塊鏈研究者梅蘭妮·斯萬，她也提出了被廣泛引述的一種階段劃分：區(qū)塊鏈 1.0 是貨幣、區(qū)塊鏈 2.0 是合約、區(qū)塊鏈 3.0 是應用。

梅蘭妮·斯萬（Melanie Swan）著有《區(qū)塊鏈：新經(jīng)濟藍圖及導讀》（Blockchain:Blueprint for a new economy）。應用層、應用協(xié)議層、通用協(xié)議層的分類參見她的演講。

圖3：一張圖看清比特幣與區(qū)塊鏈

比特幣系統(tǒng)實現(xiàn)的去中心化的點對點電子現(xiàn)金，其發(fā)行與轉(zhuǎn)賬靠的是中間的比特幣協(xié)議層。類比現(xiàn)實貨幣系統(tǒng)，這一層的角色相當于中央銀行（發(fā)行貨幣）與銀行（處理轉(zhuǎn)賬）等金融機構。

來深入看看名為“比特幣協(xié)議”的這一層。比特幣系統(tǒng)架構圖又常被進一步細分為五層（見圖4），它對應的是比特幣協(xié)議和比特幣區(qū)塊鏈兩個部分。在這個五層架構中，比特幣協(xié)議層被細分為：應用層、激勵層和共識層。

圖4：比特幣系統(tǒng)架構圖

在設計比特幣系統(tǒng)時，中本聰創(chuàng)造性地把計算機算力競爭和經(jīng)濟激勵相結(jié)合，形成了工作量證明（proof-of-work，POW）共識機制，讓挖礦計算機節(jié)點在計算競爭中完成了貨幣發(fā)行和記賬功能，也完成了區(qū)塊鏈賬本和去中心網(wǎng)絡的運維。這就形成了一個完整的循環(huán)：礦機挖礦（算力競爭），完成去中心化記賬（運轉(zhuǎn)系統(tǒng)），獲得比特幣形式的經(jīng)濟激勵（經(jīng)濟獎勵）。

比特幣的工作量證明共識機制是承上啟下的一層，連接了上層應用與下層技術：在其上的層次為電子現(xiàn)金的發(fā)行、轉(zhuǎn)賬、防偽；在其下的層次，去中心網(wǎng)絡的節(jié)點達成一致，更新分布式賬本。

之后在討論區(qū)塊鏈的現(xiàn)在與未來時，我們會不斷地回到比特幣系統(tǒng)的設計上來，它是一個簡單又精妙的系統(tǒng)，融合技術和經(jīng)濟因素，是區(qū)塊鏈所有創(chuàng)新的源頭。

區(qū)塊鏈的定義

至此，相信讀者已經(jīng)大概能明白了區(qū)塊鏈是什么了，最后，再讓我們從不同的角度給區(qū)塊鏈下一個定義吧。

第一種區(qū)塊鏈的定義（比較通俗）

比特幣：一種加密數(shù)字貨幣；區(qū)塊鏈：一種基礎技術。

區(qū)塊鏈是一種源自于“比特幣”的底層技術。換句話說，比特幣是區(qū)塊鏈技術的第一個大獲成功的應用。

第二種區(qū)塊鏈的定義

區(qū)塊鏈是數(shù)字世界中進行“價值表示”和“價值轉(zhuǎn)移”的技術。區(qū)塊鏈硬幣一面是表示價值的加密數(shù)字貨幣或通證，另一面是進行價值轉(zhuǎn)移的分布式賬本與去中心網(wǎng)絡。

分布式賬本與去中心網(wǎng)絡也常被稱為“鏈”，它可被視為一個軟件平臺；而表示價值的通證常被稱為“幣”。

通證存儲在鏈上，通過鏈上的代碼（主要形式的智能合約）來管理，它是可編程的。

圖5：區(qū)塊鏈的兩種定義

【討論】當我們說區(qū)塊鏈時，我們在說什么

比特幣系統(tǒng)包括三層：比特幣、比特幣協(xié)議、比特幣區(qū)塊鏈，即比特幣的分布式賬本與去中心網(wǎng)絡。那么，從比特幣系統(tǒng)來對照看，說區(qū)塊鏈時，我們說的可能是什么？

圖6：從比特幣系統(tǒng)看區(qū)塊鏈是什么

區(qū)塊鏈這個說法包括四種可能性，所覆蓋的范圍逐步變大，見上圖：

可能性之一，區(qū)塊鏈指的是比特幣的數(shù)據(jù)結(jié)構，即由數(shù)據(jù)塊（block）連接形成的鏈（chain），這也被稱為“分布式賬本”。在比特幣白皮書中，中本聰分別提及了區(qū)塊和鏈，但后來它們才被組合成了區(qū)塊鏈（blockchain）這個新詞。
可能性之二，區(qū)塊鏈指的是比特幣的分布式賬本和去中心網(wǎng)絡的組合。對應于比特幣系統(tǒng)，它指的是整個第三層比特幣區(qū)塊鏈。
可能性之三，區(qū)塊鏈指的是比特幣系統(tǒng)的第二層（比特幣協(xié)議）和第三層（比特幣區(qū)塊鏈）的組合。它包括分布式賬本、去中心網(wǎng)絡和比特幣協(xié)議。
可能性之四，區(qū)塊鏈指的是整個比特幣系統(tǒng)，包括所有三層，既包括價值表示的比特幣，也包括了背后支撐的整個系統(tǒng)。從這個范圍看，是把區(qū)塊鏈看成一個既包括技術部分，又包括經(jīng)濟部分的完整系統(tǒng)。

大眾在提及區(qū)塊鏈時，常指的是第四種最大的范圍，即“賬本+網(wǎng)絡+協(xié)議+貨幣”。在產(chǎn)業(yè)中，人們在提到區(qū)塊鏈時，通常指的是第三種范圍，即“賬本+網(wǎng)絡+協(xié)議”。而很多軟件開發(fā)者在說起區(qū)塊鏈時通常指的是第二種范圍“賬本+網(wǎng)絡”，即分布式賬本加去中心網(wǎng)絡。

現(xiàn)在，包括我在內(nèi)的很多人都有一種看法是，將基于區(qū)塊鏈的價值表示物都稱為通證，并把比特幣等代幣（coin）視為通證的一個特定種類。通常而言，提及加密數(shù)字貨幣、通證、代幣時，我們指的都是基于區(qū)塊鏈的、在數(shù)字世界中進行價值表示的事物。如果采用“通證”說法，區(qū)塊鏈的最大范圍包括的則是“賬本+網(wǎng)絡+協(xié)議+通證”。

上一篇：返回列表

下一篇：加密數(shù)字貨幣前傳：從大衛(wèi)·喬姆到中本聰