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分类: 大数据

2016-02-19 19:14:15

只要诚实的节点所控制的计算能力的总和,大于有合作关系的(cooperating)攻击者的计算能力的总和,该系统就是安全的

论文及摘要:《比特币:一种点对点的电子现金系统》
[摘要]:本文提出了一种完全通过点对 点技术实现的电子现金系统,它使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方,中间不需要通过任何的金融机构。虽然数字签名(Digital signatures)部分解决了这个问题,但是如果仍然需要第三方的支持才能防止双重支付(double-spending)的话,那么这种系统也就失 去了存在的价值。我们(we)在此提出一种解决方案,使现金系统在点对点的环境下运行,并防止双重支付问题。该网络通过随机散列(hashing)对全部 交易加上时间戳(timestamps),将它们合并入一个不断延伸的基于随机散列的工作量证明(proof-of-work)的链条作为交易记录,除非 重新完成全部的工作量证明,形成的交易记录将不可更改。最长的链条不仅将作为被观察到的事件序列(sequence)的证明,而且被看做是来自CPU计算 能力最大的池(pool)。只要大多数的CPU计算能力都没有打算合作起来对全网进行攻击,那么诚实的节点将会生成最长的、超过攻击者的链条。这个系统本 身需要的基础设施非常少。信息尽最大努力在全网传播即可,节点(nodes)可以随时离开和重新加入网络,并将最长的工作量证明链条作为在该节点离线期间 发生的交易的证明。


区块链
(Blockchain)是比特币的一个重要概念,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过去十分钟内所有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。该概念在的白皮书中提出,中本聪持有第一个区块,即“创世区块”。
区块链的最新技术应用:脱胎于2008年出现的比特币技术,它提供了一种 去中心化的、无需信任积累的信用建立范式。区块链技术本质是去中心化且寓于分布式结构的数据存储、传输和证明的方法,用数据区块(Block)取代了目前 互联网对中心服务器的依赖,使得所有数据变更或者交易项目都记录在一个云系统之上,理论上实现了数据传输中对数据的自我证明,深远来说,这超越了传统和常 规意义上需要依赖中心的信息验证范式,降低了全球”信用”的建立成本,这种点对点验证将会产生一种”基础协议”,是分布式人工智能的一种新形式,将建立人 脑智能和机器智能的全新接口和共享界面。
区块链技术的巨大能量已经引起了许多具有创新精神的人和机构的关注,目前已经有国内外大量的创新团队正在将之付诸实践。例如:2015新版蝴蝶币butterflycoin【BFC】就可以做到了在区块上面进行匿名聊天!

 一、定义

  区块链(Blockchain)是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案主要让参与系统 中的任意多个节点,通过一串使用密码学方法相关联产生的数据块(block),每个数据块中包含了一定时间内的系统全部信息交流数据,并且生成数据指纹用 于验证其信息的有效性和链接(chain)下一个数据库块。

  区块链是一种类似于NoSQL(非关系型数据库)这样的技术解决方案统称,并不是某种特定技术,能够通过很多编程语言和架构来实现区块链技术。 并且实现区块链的方式种类也有很多,目前常见的包括POW(Proof of Work,工作量证明),POS(Proof of Stake,权益证明),DPOS(Delegate Proof of Stake,股份授权证明机制)等。

  区块链的概念首次在论文《比特币:一种点对点的电子现金系统(Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System)》中提出,作者为自称中本聪(Satoshi Nakamoto)的个人(或团体)。因此可以把比特币看成区块链的首个在金融支付领域中的应用。

  二、特征

  结合定义区块链的定义,需要有这四个特征我们才能认为:去中心化(Decentralized)去信任(Trustless)集体维护(Collectively maintain)可靠数据库(Reliable Database)。并且由四个特征会引申出另外2个特征:开源(Open Source匿名性Anonymity。如果一个系统不具备这些特征,将不能视其为基于区块链技术的应用。

  去中心化(Decentralized):整个网络没有中心化的硬件或者管理机构,任意节点之间的权利和义务都是均等的,且任一节点的损坏或者失去都会不影响整个系统的运作。因此也可以认为区块链系统具有极好的健壮性。

  去信任(Trustless):参与整个系统中的每个节点之间进行数据交换是无需互相信任的,整个系统的运作规则是公开透明的,所有的数据内容也是公开的,因此在系统指定的规则范围和时间范围内,节点之间是不能也无法欺骗其它节点。

  集体维护(Collectively maintain):系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护的,而这些具有维护功能的节点是任何人都可以参与的。

  可靠数据库(Reliable Database):整个系统将通过分数据库的形式,让每个参与节点都能获得一份完整数据库的拷贝。除非能够同时控制整个系统中超过51%的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,也无法影响其他节点上的数据内容。因此参与系统中的节点越多和计算能力越强,该系统中的数据安全性越高。

  开源(Open Source:由于整个系统的运作规则必须是公开透明的,所以对于程序而言,整个系统必定会是开源的。

  匿名性(Anonymity):由于节点和节点之间是无需互相信任的,因此节点和节点之间无需公开身份,在系统中的每个参与的节点都是匿名的。

  三、区块链意义之一 :解决拜占庭将军问题

  区块链解决的核心问题不是“数字货币”,而是在信息不对称、不确定的环境下,如何建立满足经济活动赖以发生、发展的“信任”生态体系。而 这个问题称之为“拜占庭将军问题”,也可称为“拜占庭容错”或者“两军问题”,这是一个分布式系统中进行信息机交互时面临的难题,即在整个网络中的任意节 点都无法信任与之通信的对方时,如何能创建出共识基础来进行安全的信息交互而无需担心数据被篡改。区块链使用算法证明机制来保证整个网络的安全,借助它, 整个系统中的所有节点能够在去信任的环境下自动安全的交换数据。关于解决拜占庭将军的细节问题请参见相关论文。

  四、区块链意义之二:实现跨国价值转移

  互联网诞生最初,最早核心解决的问题是信息制造和传输,我们可以通过互联网将信息快速生成并且复制到全世界每一个有着网络的角落,但是它尚始终不能解决价值转移和信用转移。这里所谓的价值转移是指,在网络中每个人都能够认可和确认的方式,将某一部分价值精确的从某一个地址转移到另一个地址,而且必须确保当价值转移后,原来的地址减少了被转移的部分,而新的地址增加了所转移的价值。这里说的价值可以是货币资产,也可以是某种实体资产或者虚拟资产(包括有价证券、金融衍生品等)。而这操作的结果必须获得所有参与方的认可,且其结果不能受到任何某一方的操纵。

  在目前的互联网中也有各种各样的金融体系,也有许多政府银行提供或者第三方提供的支付系统,但是它还是依靠中心化的方案来解决。所谓中心化的方 案,就是通过某个公司或者政府信用作为背书,将所有的价值转移计算放在一个中心服务器(集群)中,尽管所有的计算也是由程序自动完成,但是却必须信任这个 中心化的人或者机构。事实上通过中心化的信用背书来解决,也只能将信用局限在一定的机构、地区或者国家的范围之内。由此可以看出,必须要解决的这个根本问题,那就是信用。所以价值转移的核心问题是跨国信用共识

  在如此纷繁复杂的全球体系中,要凭空建立一个全球性的信用共识体系是很难的,由于每个国家的政治、经济和文化情况不同,对于两个国家的企业和政 府完全互信是几乎做不到的,这也就意味着无论是以个人抑或企业政府的信用进行背书,对于跨国之间的价值交换即使可以完成,也有着巨大的时间和经济成本。但 是在漫长的人类历史中,无论每个国家的宗教、政治和文化是如何的不同,唯一能取得共识的是数学(基础科学)。因此,可以毫不夸张的说,数学(算法)是全球文明的最大公约数,也是全球人类获得最多共识的基础。如果我们以数学算法(程序)作为背书,所有的规则都建立一个公开透明的数学算法(程序)之上,能够让所有不同政治文化背景的人群获得共识。

  五、未来的发展

  互联网将使得全球之间的互动越来越紧密,伴随而来的就是巨大的信任鸿沟。目前现有的主流数据库技术架构都是私密且中心化的,在这个架构上是永远无法解决价值转移和互信问题。所以区块链技术有可能将成为下一代数据库架构。通过去中心化技术,将能够在大数据的基础上完成数学(算法)背书、全球互信这个巨大的进步。

  区块链技术作为一种特定分布式存取数据技术,它通过网络中多个参与计算的节点开共同参与数据的计算和记录,并且互相验证其信息的有效性(防 伪)。从这一点来,区块链技术也是一种特定的数据库技术。互联网刚刚进入大数据时代,但是从目前来看,大数据还处于非常基础的阶段。但是当进入到区块链数据库阶段,将进入到真正的强信任背书的大数据时代。这里面的所有数据都获得坚不可摧的质量,任何人都没有能力也没有必要去质疑。

  也许我们现在正处在一个重大的转折点之上——和工业革命所带来的深刻变革几乎相同的重大转折的早期阶段。不 仅仅是新技术指数级、数字化和组合式的进步与变革,更多的惊喜也许还会在我们前面。在未来的24个月里,这个星球所增长的计算机算力和记录的数据将会超过 所有历史阶段的总和。在过去的24个月里,这个增值可能已经超过了1000倍。这些数字化的数据信息还在以比摩尔定律更快的速度增长。区块链技术将不仅仅 应用在金融支付领域,而是将会扩展到目前所有应用范围,诸如去中心化的微博、微信、搜索、租房,甚至是打车软件都有可能会出现。因为区块链将可以让人类无地域限制的、去信任的方式来进行大规模协作

  我们这一代人将很可能会幸运地经历人类历史上两个最让人吃惊的事件,地球上的所有人和所有机器通过区块链技术以前所未有的互信展开了空前的大规 模协作,其次就是基于此真正的人工智能将被创造出来。这两个时间将会深深地改变这个世界的经济发展模式。创业者、企业家、科学家以及各种各样的极客将利用 这个充裕的世界去创造能让我们震惊和快乐。

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