区块链，你需要知道的一切

如果您在过去十年中关注过银行业、投资或加密货币，您可能熟悉“区块链”，这是比特币背后的记录保存技术。 而且很有可能它只会变得很有意义。 在尝试了解有关区块链的更多信息时，您可能遇到过以下定义：“区块链是一种分布式、去中心化的公共分类账。”

好消息是区块链实际上比定义听起来更容易理解。

什么是区块链？

如果这项技术如此复杂，为什么它被称为“区块链”？ 在最基本的层面上，区块链实际上只是区块链，而不是传统意义上的区块链。 在这种情况下，当我们说“块”和“链”时，我们实际上是在谈论存储在公共数据库（“链”）中的数字信息（“块”）。

区块链上的“区块”由数字信息组成。 具体来说，它们由三部分组成：

块存储有关交易的信息，例如您最近从亚马逊购买的日期、时间和金额。 （注意：此亚马逊示例用于说明性购买；亚马逊零售不适用于区块链原则）

块存储有关谁参与交易的信息。 从亚马逊挥霍购买的积木将记录您的名字和 Amazon.com。 您的购买将使用唯一的“数字签名”（例如用户名）进行记录，并且不会使用任何身份信息。

块存储将其与其他块区分开来的信息。 就像你我的名字区分我们一样，每个块存储一个称为“哈希”的唯一代码，使我们能够区分每个其他块。 假设您在亚马逊上大肆购买，但在运输过程中，您决定无法抗拒并需要第二次购买。 即使您的新交易的详细信息看起来与您之前的购买几乎相同，但由于它们的唯一代码，我们仍然可以将它们区分开来。

虽然上面示例中的代码块用于存储从亚马逊购买的商品，但实际情况有所不同。 区块链上的单个区块实际上可以存储多达 1 MB 的数据。 根据交易的大小，这意味着一个区块可以在一个屋檐下容纳数千笔交易。

区块链如何运作？

当一个块存储新数据时以下哪些不是比特币的优点，它会被添加到区块链中。 顾名思义，区块链由多个区块串在一起组成。 为了将一个块添加到区块链，必须发生四件事：

必须进行交易。 让我们继续以冲动购买亚马逊为例。 在匆忙点击多个结帐提示后，您将使用更好的判断力并做出购买决定。

必须验证交易。 购买后，您的交易必须经过验证。 在其他公共信息记录中，例如证券交易委员会、维基百科或您当地的图书馆，都有人审查新的数据条目。 但是，有了区块链，这项工作就留给了计算机网络。 这些网络通常由遍布全球的数千台（就比特币而言，大约有 500 万台）计算机组成。 当你从亚马逊买东西时，这个计算机网络会立即检查你的交易是否按照你说的去做。 也就是说，他们确认购买的细节，包括交易时间、美元金额和参与者。 （更多关于它是如何在一秒钟内发生的。）

此事务必须存储在一个块中。 确认您的交易无误后，它会亮起绿色。 交易的美元金额、你的数字签名和亚马逊的数字签名都存储在一个块中。 在那里，该交易可以加入成百上千的类似交易。

该块必须被赋予一个哈希值。 就像天使与天使的斗争一样，一旦一个区块的所有交易都得到验证，就必须为它们提供一个唯一的识别码，称为哈希。 该块还被赋予了添加到区块链的最新块的哈希值。 一旦散列，就可以将其添加到区块链中。

当这个新块被添加到区块链时，这个块对任何人都是公开的，甚至你也可以查看。 如果你查看比特币的区块链，你会发现你可以访问交易数据，以及有关何时（“时间”）、何处（“高度”）以及由谁（“中继者”）出块的信息”）信息. 添加到区块链。

区块链是私有的吗？

任何人都可以查看区块链的内容，但用户也可以选择将他们的计算机连接到区块链网络。 这样，他们的计算机将收到一份区块链副本以下哪些不是比特币的优点，该副本会在添加新区块时自动更新，就像 Facebook 新闻提要在发布新状态时实时更新一样。

区块链网络中的每台计算机都有自己的区块链副本，这意味着同一个区块链有数千个副本（就比特币而言）。 尽管区块链的每个副本都是相同的，但在计算机网络中传播该信息会使信息更难以操纵。 使用区块链，没有可以确定的事件的单一确定帐户。 相反，黑客需要操纵网络上区块链的每个副本。

但是，当查看比特币区块链时，您会发现您无权识别有关进行交易的用户的信息。 尽管区块链上的交易并非完全匿名，但有关用户的个人信息仅限于他们的数字签名或用户名。

这就提出了一个重要的问题：如果你不知道是谁在给它添加区块，你怎么能相信区块链或支持它的计算机网络？

区块链安全吗？

区块链技术以多种方式解决安全和信任问题。 首先，新块总是按时间顺序线性存储。 也就是说，它们总是被添加到区块链的“末端”。 如果你看一下比特币的区块链，你会发现每个区块在链上都有一个位置，称为“高度”。 截至2019年2月，区块高度已超过56.2万。

将区块添加到区块链末尾后，很难返回并更改区块的内容。 这是因为每个块都包含自己的哈希值，以及以前的哈希值。 哈希码由将数字信息转换为数字和字母字符串的数学函数创建。 如果以任何方式编辑信息，哈希码也会发生变化。

这就是为什么这对安全很重要。 假设黑客试图修改您在亚马逊的交易，因此您实际上必须为购买的商品支付两次费用。 一旦他们编辑了你的交易金额，区块的哈希值就会改变。 链中的下一个区块仍将包含旧哈希，黑客将需要更新该区块以掩盖他们的踪迹。 但是，这样做会更改块的哈希值。 接下来，依此类推。

为了更改单个块，黑客需要更改区块链上的每个块。 重新计算所有这些哈希值需要巨大且不可能的计算能力。 换句话说，一旦一个块被添加到区块链中，它就变得很难编辑并且不能被删除。

为了解决信任问题，区块链网络已经对想要加入链并向其添加块的计算机进行了测试。 这些测试被称为“共识模型”，要求用户在参与区块链网络之前“证明”自己。 采用比特币最常见的例子之一是“工作量证明”。

在工作量证明系统中，计算机必须通过解决复杂的计算数学问题来“证明”它们已经完成了“工作”。 如果计算机解决了其中一个问题，它们就有资格在区块链中添加一个块。 但是向区块链添加区块（在加密货币世界中称为“挖矿”）的过程并不容易。 事实上，根据区块链新闻网站 BlockExplorer 的数据，2019 年 2 月在比特币网络中解决其中一个问题的几率约为 5.8 万亿分之一。 为了解决这些复杂的数学问题，计算机运行程序所需的电力和能源使他们付出了高昂的代价。

工作量证明不会让黑客无法攻击，但它确实让他们变得毫无用处。 如果黑客想要协调对区块链的攻击，他们将需要像 5.8 万亿可能性中的其他人一样解决复杂的计算数学问题。 防止此类攻击的成本几乎肯定会超过收益。

区块链和比特币

区块链的目标是允许记录和分发数字信息，但不能编辑。 如果不了解这项技术的实际作用，就很难构思出这个概念，所以让我们来看看区块链技术最早的应用是如何工作的。

1991 年，两位研究人员 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 首次概述了区块链技术，他们希望实施一个不会篡改文档时间戳的系统。 但直到大约 20 年后的 2009 年 1 月比特币的推出，区块链才获得了第一个实际应用。

比特币协议建立在区块链之上。 在介绍数字货币的研究论文中，比特币的匿名创造者中本聪称其为“一种完全点对点且没有可信第三方的新型电子现金系统”。

这是它的工作原理。

全世界所有这些人都拥有比特币。 根据剑桥替代金融中心 2017 年的一项研究，这个数字可能高达 590 万。 假设这 590 万人中有一个人想用比特币购买杂货。 这就是区块链的用武之地。

在印刷货币方面，印刷货币的使用受到中央机构（通常是银行或政府）的监管和验证，但比特币不受任何人控制。 相反，计算机网络用于验证比特币交易。

当一个人使用比特币向其他人支付某物时，比特币网络上的计算机会争先恐后地验证交易。 为此，用户在计算机上运行程序并尝试解决称为“散列”的复杂数学问题。 当计算机通过“散列”一个块来解决问题时，它的算法工作也会验证该块的交易。 完成的交易被公开记录并作为块存储在区块链上，此时它变得不可变。 就比特币和大多数其他区块链而言，成功验证区块的计算机会因使用加密货币而获得奖励。 （更详细的验证解释见：什么是比特币挖矿？）

虽然交易公开记录在区块链上，但用户数据并不——或者至少不完整。 为了在比特币网络上进行交易，参与者必须运行一个称为“钱包”的程序。 每个钱包都包含两个独特且不同的加密密钥：公钥和私钥。 公钥是交易存入和提取的地方。 这也是作为用户数字签名出现在区块链账本上的密钥。

即使用户收到以公钥计价的比特币支付，他们也无法通过私人对应方提取。 用户的公钥是其私钥的简化版本，通过复杂的数学算法创建。 然而，由于这个等式的复杂性，将这个过程逆转并从公钥生成私钥几乎是不可能的。 因此，区块链技术被认为是机密的。

公钥和私钥基础知识

这是 ELI5（“像我 5 岁时那样解释”）版本。 您可以将公钥视为学校储物柜，将私钥视为储物柜的组合。 老师、学生，甚至你喜欢的人都可以将信件和便条插入储物柜开口。 然而，唯一能取回邮箱内容的人是拥有唯一密钥的人。 然而，应该注意的是，虽然学校储物柜组合保存在校长办公室，但没有中央数据库来跟踪区块链网络的私钥。 如果用户放错了他们的私钥，他们将无法访问他们的比特币钱包，就像去年 12 月获得 2017 年全国冠军的人的情况一样。

单一公链

在比特币网络中，区块链不仅由用户的公共网络共享和维护，而且具有共识。 当用户加入网络时，他们连接的计算机会收到区块链的副本，每次添加新的交易块时都会更新。 但是，如果由于人为错误或黑客的努力，一个用户的区块链副本被操纵与区块链的所有其他副本不同怎么办？

区块链协议通过称为“共识”的过程防止多个区块链的存在。 在区块链有多个不同副本的情况下，共识协议将采用可用的最长链。 区块链上的更多用户意味着可以更快地将块添加到链的末端。 按照这种逻辑，记录区块链将永远是大多数用户信任的区块链。 共识协议是区块链技术最大的优势之一，但也存在其最大的劣势之一。

理论上，反黑客

理论上，黑客可以在所谓的 51% 攻击中利用多数规则。 这是怎么回事。 假设比特币网络上有 500 万台计算机，这当然是轻描淡写，但很容易划分。 要在网络上获得多数席位，黑客需要控制至少 250 万台计算机和其中一台。 这样，一个攻击者或一组攻击者可能会干扰记录新交易的过程。 他们可以发送交易——然后撤销它，让他们看起来好像仍然拥有刚刚花费的硬币。 这个被称为双重支出的漏洞允许用户两次花费他们的比特币，即使是完美的假币。

这种攻击对于比特币规模的区块链来说极其困难，因为它需要攻击者控制数百万台计算机。 当比特币于 2009 年首次成立且其用户数量为数十人时，攻击者更容易控制网络中的大部分计算能力。 区块链的这一定义特征已被标记为新生加密货币的弱点。

用户担心 51% 攻击实际上可能会限制区块链垄断的形成。 纽约时报记者 Nathaniel Popper 在《数字黄金：比特币的内幕与试图重塑金钱的贫民窟和百万富翁》中写道，一群被称为“Bitfury”的用户如何将数千台高性能计算机聚集在一起，获得具有竞争力的在收入区块链上的优势。 他们的目标是挖掘尽可能多的区块并赚取比特币，当时每个比特币价值约 700 美元。

治理问题

然而，到 2014 年 3 月，Bitfury 的定位是拥有超过 50% 的区块链网络总计算能力。 该集团没有继续增加对网络的控制，而是选择了自我监管，并发誓永远不会超过 40%。 Bitfury 知道，如果他们选择继续加强对网络的控制，比特币的价值将会下降，因为用户会抛售他们的硬币，为 51% 攻击的可能性做准备。 换句话说，如果用户对区块链网络失去信心，该网络上的信息可能会变得一文不值。 好吧，区块链用户只能在开始亏损之前将他们的计算能力提高到一定程度。

区块链的实际应用

区块链上的区块存储关于货币交易的数据——我们已经忽略了。 但事实证明，区块链实际上也是一种存储其他类型交易数据的可靠方式。 事实上，区块链技术可用于存储有关财产交换的数据、留在供应链中，甚至为候选人投票。

专业服务网络德勤最近对七个国家的 1,000 家公司进行了调查，以研究将区块链整合到他们的业务运营中。 他们的调查发现，34% 的人今天已经在生产区块链系统，而另外 41% 的人预计在未来 12 个月内部署区块链应用程序。 此外，近 40% 的受访公司表示，他们将在来年向区块链投资 500 万美元或更多。 以下是当今正在探索的一些最流行的区块链应用程序。

银行使用

也许没有哪个行业比银行更能从将区块链整合到其业务运营中获益更多。 金融机构仅在每周五天的营业时间内营业。 这意味着如果您尝试在周五下午 6 点存入支票，您可能必须等到周一早上才能看到钱记入您的帐户。 即使您在营业时间入金，由于银行需要结算的交易量很大，仍然需要1-3天的时间才能验证交易。 另一方面，区块链从不睡觉。

通过将区块链集成到银行中，消费者可以在短短 10 分钟内看到他们的交易，这基本上是将区块添加到区块链所花费的时间，无论时间或星期几。 在区块链的帮助下，银行也有机会更快、更安全地在机构之间交换资金。 例如，在股票交易业务中，结算和清算过程最多可能需要三天（如果银行进行国际交易，则可能需要更长时间），这意味着资金和股票会被冻结。

考虑到所涉及的金额，即使是几天的资金转移也可能给银行带来巨大的成本和风险。 欧洲桑坦德银行估计每年可能节省 200 亿美元。 法国咨询公司 Capgemini 估计，通过基于区块链的应用程序，消费者每年可以节省多达 160 亿美元的银行和保险费用。

用于加密货币

区块链构成了比特币等加密货币的基础。 正如我们之前探讨的那样，美元等货币由中央机构（通常是银行或政府）监管和验证。 在中央权威系统下，用户的数据和货币在技术上由银行或政府随意控制。 如果用户的银行倒闭或他们居住在政府不稳定的国家，他们的货币价值可能会面临风险。 这些是比特币产生的担忧。

通过在计算机网络中传播其操作，区块链允许比特币和其他加密货币在不需要中央机构的情况下工作。 这不仅降低了风险，而且消除了许多处理和交易费用。 它还为货币不稳定国家的人们提供了一种更稳定的货币，具有更多的应用程序以及更广泛的个人和机构网络，可以与之在国内和国际上开展业务（至少，这是目标）。

保健用途

医疗保健提供者可以利用区块链安全地存储患者的医疗记录。 一旦病历生成并签名，就可以将其写入区块链，为患者提供病历无法更改的证明和信心。这些个人健康记录可以用私钥编码并存储在区块链上，以便他们只能由某些人访问，确保隐私

财产备案使用

如果您曾经在当地的记录员办公室呆过一段时间，您就会知道记录财产所有权的过程可能很繁琐且效率低下。 今天，实体契约必须交付给当地档案办公室的政府雇员，在那里它们被手动输入到该县的中央数据库和公共索引中。 如果发生财产纠纷，必须根据公共索引检查对财产的索赔。

此过程不仅成本高昂且耗时，而且还充满人为错误，因为每个错误都会降低跟踪财产所有权的效率。 区块链有可能消除在本地录音棚中扫描文档和跟踪物理文件的需要。 如果财产所有权在区块链上存储和验证，业主可以相信他们的行为是准确和永久的。

用于智能合约

智能合约是可以构建到区块链中以促进、验证或合同协商协议的计算机代码。 智能合约在用户同意的一组条件下运行。 一旦满足这些条件，协议条款将自动执行。

例如，我使用智能合约将我的公寓出租给您。 我同意在您支付保证金后立即将密码输入公寓。 我们都会将一部分交易发送到一个智能合约，该合约将在租赁当天自动用我的门禁密码交换您的保证金。 如果我没有在租赁日期之前提供门密码，智能合约将退还您的保证金。 这消除了使用公证人或第三方调解员的通常费用。

供应链使用

供应商可以使用区块链来记录他们购买的材料的来源。 这将使公司能够验证其产品的真实性，以及“有机”、“本地”和“公平贸易”等健康和道德标签。

正如福布斯报道的那样，食品行业正逐渐使用区块链来追踪食品从农场到消费者的路径和安全性。

投票目的

正如 2018 年 11 月在西弗吉尼亚州举行的中期选举所测试的那样，使用区块链进行投票有可能消除选举舞弊并增加选民投票率。 每张选票都将作为一个区块存储在区块链上，几乎不可能被篡改。 区块链协议还将提高选举过程的透明度，减少进行选举所需的人数，并为官员提供即时结果。

区块链的优缺点

就其所有复杂性而言，区块链的分散潜力的记录保存形式实际上是无限的。 从更好的用户隐私和更高的安全性到更低的处理费用和更少的错误，区块链技术很可能会看到上述应用之外的应用。

优势

1. 通过消除人为参与验证来提高准确性

2. 通过消除第三方验证降低成本

3.去中心化使得篡改更加困难

4. 交易安全、私密、高效

5.透明技术

缺点

1. 与开采比特币相关的大量技术成本

2.每秒交易量低

3. 非法活动使用史

4. 易于黑客攻击

5、这是目前市场上企业级区块链的卖点。

链条精度

区块链网络上的交易由数千台计算机组成的网络批准。 这消除了几乎所有参与验证过程的人，减少了人为错误并提供了更准确的信息记录。 即使网络上的一台计算机出现计算错误，该错误也只会出现在区块链的一个副本上。 为了让错误传播到整个区块链的其余部分，它需要由至少 51% 的网络计算机来弥补——这几乎是不可能的。

削减开支

通常，消费者向银行付款以验证交易，公证人签署文件，或牧师主持婚姻。 区块链消除了第三方验证的需要及其相关成本。 例如，企业主每次接受信用卡付款时都会产生少量费用，因为银行必须处理交易。 另一方面，比特币没有中央权力机构，几乎没有交易费用。

权力下放

区块链不会将其任何信息存储在中央位置。 相反，区块链被复制并分布在计算机网络中。 每次将新块添加到区块链时，网络上的每台计算机都会更新其区块链以反映更改。 通过在网络上分发这些信息，而不是将其存储在中央数据库中，区块链变得更难以篡改。 如果区块链的副本落入黑客手中，则只会泄露信息的单个副本，而不是整个网络。

高效交易

通过中央机构进行的交易最多可能需要几天时间才能解决。 例如，如果您尝试在周五晚上存入支票，您可能要到周一早上才能真正看到账户中的资金。 金融机构每周运营五天，而区块链每周 7 天、每天 24 小时运营。 交易可以在十分钟左右完成，几个小时后就可以认为是安全的。 这对于跨境交易特别有用，由于时区问题和各方必须确认付款处理的事实，跨境交易通常需要更长的时间。

私人交易

许多区块链网络作为公共数据库运行，这意味着任何有互联网连接的人都可以查看网络交易历史列表。 尽管用户可以访问有关交易的详细信息，但他们无法访问有关进行这些交易的用户的身份信息。 一个常见的误解是像比特币这样的区块链网络是匿名的，而实际上它们只是保密的。

也就是说，当用户进行公开交易时，他们的唯一代码（称为公钥）被记录在区块链上，而不是他们的个人信息。 尽管一个人的身份仍然与他们的区块链地址相关联，但这可以防止黑客像入侵银行一样获取用户的个人信息。

安全交易

交易记录后，其真实性必须由区块链网络验证。 区块链上的数千台计算机急忙确认购买细节是否正确。 计算机验证交易后，将其以块的形式添加到区块链中。 区块链上的每个块都包含自己唯一的哈希值，以及它之前的块的唯一哈希值。 当以任何方式编辑区块上的信息时，该区块的哈希码都会发生变化——但是，该区块之后的哈希码不会改变。 这种差异使得很难在不通知的情况下更改区块链上的信息。

透明度

尽管区块链上的个人信息是私有的，但技术本身几乎总是开源的。 这意味着区块链网络上的用户可以按照他们认为合适的方式修改代码，只要他们有网络的大部分计算能力支持他们。 保持区块链上的数据开源也使得篡改数据变得更加困难。 例如，在任何给定时间，区块链网络上都有数百万台计算机，任何人都不可能在不被注意到的情况下进行更改。

区块链的缺点

尽管区块链具有巨大优势，但其采用过程中也存在巨大挑战。 今天采用区块链技术的障碍不仅仅是技术上的。 在大多数情况下，真正的挑战来自政治和监管，这在将区块链集成到当前业务网络所需的数千小时定制软件设计和后端编程中毫无意义。 以下是阻碍区块链广泛采用的一些挑战。

技术成本

虽然区块链可以为用户节省交易费用，但这项技术远非免费。 例如，比特币用来验证交易的“工作量证明”系统会消耗大量的计算能力。 在现实世界中，比特币网络上数百万台计算机的算力已经接近丹麦的年消耗量。 所有这些能源都要花钱，根据研究公司 Elite Fixtures 的最新研究，开采单个比特币的成本因地点而异，从 531 美元到惊人的 26,170 美元不等。

根据美国的平均公用事业成本，该数字接近 4,758 美元。 尽管开采比特币的成本很高，但用户仍在继续提高电费以验证区块链上的交易。 这是因为当矿工向比特币区块链添加一个区块时，他们会获得足够的比特币作为奖励，让他们的时间和努力变得物有所值。 然而，当涉及到不使用加密货币的区块链时，矿工将需要获得报酬或以其他方式被激励来验证交易。

低效率

比特币是研究区块链如何运作的完美案例。 比特币的“工作量证明”系统大约需要十分钟才能将一个新区块添加到区块链中。 以这种速度，估计区块链网络每秒只能管理七笔交易。 尽管以太坊（20 TPS）和比特币现金（60 TPS）等其他加密货币的性能优于比特币，但它们仍然受到区块链的限制。 传统品牌 Visa 可以处理 24,000 TPS。

非法活动

虽然区块链网络的机密性可以保护用户免受黑客攻击并保护隐私，但它也允许在区块链网络上进行非法交易和活动。 区块链被用于非法交易的被引用最多的例子可能是丝绸之路，这是一个在线“暗网”市场，从 2011 年 2 月一直运营到 2013 年 10 月，当时它被联邦调查局关闭。

该站点允许用户在不被跟踪的情况下浏览该站点并非法购买比特币。 美国现行法规禁止在线交易（例如基于区块链的交易）的用户完全匿名。 在美国，要求在线交易所在开户时获取其客户的信息，核实每个客户的身份，并确认客户没有出现在任何已知或疑似恐怖组织的名单上。

中央银行的担忧

包括美联储、加拿大银行和英格兰银行在内的几家中央银行已经对数字货币展开调查。 根据 2015 年 2 月英格兰银行的一份研究报告，“需要进一步研究来设计一个系统，该系统可以利用分布式账本技术，而不会损害中央银行控制其货币和保护该系统免受系统性攻击的能力。” 系统。”

黑客易感性

较新的加密货币和区块链网络容易受到 51% 攻击。 纽约大学计算机科学研究人员 Joseph Bonanau 表示，由于获得区块链网络的多数控制权需要巨大的计算能力，这些攻击极难执行，但这种情况可能会改变。 Bonneau 去年发布了一份报告，估计 51% 攻击可能会增加，因为黑客现在可以简单地租用计算能力，而不是购买所有设备。

区块链的下一步是什么？

Blockchain was first proposed as a research project in 1991 and is now well into the late twenties. Like most millennials, blockchain has received a lot of public attention over the past two decades, leaving businesses all over the world to speculate on what the technology can do and where it might go in the years to come.

With many practical applications of the technology already implemented and explored, blockchain has finally come into its own at the age of 27, thanks in large part to bitcoin and cryptocurrencies. As the watchword of every investor in the country, blockchain will make business and government operations more accurate, efficient and secure.

As we prepare to enter the third decade of blockchain, it is no longer a question of "if" traditional companies will adopt the technology, but a question of "when".

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