区块链技术初学者指南

区块链上的矿工是通过解决工作证明问题来生产区块的节点。如果矿工生产的区块被节点的电子共识批准,则该矿工将获得硬币奖励。截至2017年10月,比特币矿工每块获得12.5比特币。

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几乎每个人都听说过区块链,它很棒。但是并不是每个人都了解它是如何工作的。本文表明,区块链当然不是魔术。

什么是区块链?

区块链是一本几乎不可能伪造的日记。

哈希函数

假设一个房间里有10个人决定单独赚钱。他们必须顺应资金的流向,一个人-我们称他为鲍勃-决定在日记中保留所有行动的清单:

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一个人-我们叫他杰克-决定偷钱。为了隐藏这一点,他更改了日记中的条目:

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鲍勃注意到有人干扰了他的日记。他决定阻止这种情况的发生。

他找到了一个称为哈希函数的程序,该程序将文本转换为一组数字和字母,如下表所示。

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哈希是由哈希函数产生的一串数字和字母。哈希函数是一种数学函数,它采用可变数目的字符并将其转换为具有固定数目的字符的字符串。即使字符串中有很小的变化,也会创建一个全新的哈希。

在每条记录之后,他插入了一个哈希。新日记如下:

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杰克决定再次更改条目。晚上,他上了日记,更改了记录并生成了新的哈希。

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鲍勃注意到有人再次筛选了日记。他决定使每笔交易的记录复杂化。在每条记录之后,他插入了一条由记录+最后的哈希值生成的哈希值。因此,每个条目都取决于前一个条目。

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如果杰克试图更改记录,则他将不得不更改所有先前条目中的哈希。但是杰克真的想要更多的钱,他整夜都在计算所有的哈希值。

随机数

但是鲍勃不想放弃。他决定在每条记录之后添加一个数字。此数字称为“ Nonce ”。应该选择Nonce,以便生成的哈希以两个零结尾。

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现在,要伪造唱片,杰克将不得不花费数小时选择每一行的Nonce。

更重要的是,不仅人,而且计算机也无法快速找出Nonce。

节点数

后来,鲍勃意识到记录太多,无法永远保留这样的日记。因此,当他写5,000个事务时,他将它们转换为一页电子表格。玛丽检查了所有交易是否正确。

鲍勃在全球超过5,000台计算机上散布了电子表格日记。这些计算机称为节点。每次发生事务时,都必须由节点批准,每个节点都要检查其有效性。一旦每个节点都检查了一笔交易,便会进行某种电子投票,因为有些节点可能认为交易有效,而另一些节点则认为这是欺诈。

上面提到的节点是计算机。每个节点都有一个数字分类帐或区块链的副本。每个节点检查每个事务的有效性。如果大多数节点都说事务有效,则将其写入一个块中。

现在,如果杰克更改一个条目,则所有其他计算机将具有原始哈希。他们不允许更改发生。

这个电子表格称为区块。整个区块家族就是区块链。每个节点都有一个区块链的副本。一旦一个区块达到一定数量的批准交易,就会形成一个新区块。

区块链每十分钟更新一次。它会自动这样做。没有主计算机或中央计算机指示计算机执行此操作。

电子表格,分类帐或注册表一旦更新,就无法再更改。因此,不可能伪造它。您只能向其中添加新条目。注册表会同时在网络上的所有计算机上更新。

要点:

  1. 区块链是一种包含有关交易信息的日记或电子表格。
  2. 每笔交易都会产生一个哈希。
  3. 哈希是一串数字和字母。
  4. 事务按发生的顺序输入。订单很重要。
  5. 哈希不仅取决于事务,还取决于先前事务的哈希。
  6. 即使是交易中的微小变化也会创建一个全新的哈希。
  7. 节点通过检查哈希值来确保事务未更改。
  8. 如果事务被大多数节点批准,则将其写入一个块中。
  9. 每个区块均引用前一个区块,并共同构成区块链。
  10. 区块链之所以有效,是因为它散布在许多计算机上,每台计算机都有一个区块链的副本。
  11. 这些计算机称为节点。
  12. 区块链每10分钟更新一次。

钱包,数字签名,协议

鲍勃聚集了十个人。他需要向他们解释新硬币。

杰克向团体认罪,并深表歉意。为了证明自己的诚意,他还给了安和玛丽两枚硬币。

整理了所有这些内容之后,Bob解释了为什么再也不会发生这种情况了。他决定实施一种称为数字签名的东西来确认每笔交易。但首先,他给了所有人一个钱包。

什么是钱包?

钱包是一串数字和字母,例如18c177926650e5550973303c300e136f22673b74。这个地址将在交易发生时出现在区块链的各个区块中。没有可见的记录,表明谁与谁进行了什么交易,只有一个钱包号码。每个特定钱包的地址也是公共密钥。

电子签名

要进行交易,您需要做两件事:一个钱包(基本上是一个地址)和一个私钥。私钥是一串随机数,但是与地址不同,私钥必须保密。

当某人决定将硬币发送给其他任何人时,他们必须使用私钥在包含交易的消息上签名。两个密钥的系统是加密和加密的核心,其使用早于区块链的存在。它是在1970年代首次提出的。

一旦消息被发送,它将被广播到区块链网络。然后,节点网络将处理该消息,以确保其包含的事务有效。如果确认有效,则将事务放在一个块中,此后不能更改有关它的信息。

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什么是加密密钥?

加密密钥是一串数字和字母。密码密钥由密钥生成器或密钥生成器生成。这些密钥生成器使用涉及质数的非常高级的数学来创建密钥。

通讯协定

区块链由单独的行为规范以及其中编写的大量规则组成。这些规范称为协议。特定协议的实施从本质上使区块链成为了它—一个分布式的,对等和安全的信息数据库。

区块链协议可确保网络按照其创建者的预期方式运行,即使它是完全自治的且不受任何人控制。以下是一些在区块链中实现的协议示例:

  • 每个哈希号的输入信息必须包括前一个块的哈希号。
  • 每封闭210,000个区块,成功开采一个区块的奖励就会减少一半。
  • 为了将开采一个区块所需的时间保持在大约10分钟,每2016个区块重新计算一次开采难度。

工作证明

将交易放在一个块中被称为工作证明挑战的成功结论,并且由称为矿工的特殊节点执行。

工作量证明是一个需要服务请求者进行某些工作的系统,通常意味着计算机要处理的时间。产生工作证明是一个随机过程,概率很低,因此通常需要大量的试验和错误才能生成有效的工作证明。当涉及比特币时,哈希是工作量的证明。

什么是采矿?

区块链上的矿工是通过解决工作证明问题来生产区块的节点。如果矿工生产的区块被节点的电子共识批准,则该矿工将获得硬币奖励。截至2017年10月,比特币矿工每块获得12.5比特币。

奖励并不是矿工继续运行其硬件的唯一动机。他们还获得了比特币用户支付的交易费用。当前,由于比特币网络中发生大量交易,因此交易费用飞涨。即使费用是发件人自愿支付的,矿工也将始终以较高的交易费用来优先转移资金。因此,除非您愿意支付高额费用,否则您的交易可能需要很长时间才能处理。

重要事项

  1. 如果您拥有数字货币,则需要一个数字钱包。
  2. 钱包是区块链上的地址。
  3. 钱包是公钥。
  4. 想要进行交易的人必须发送消息,并用其私钥签名交易。
  5. 在交易被批准之前,每个投票节点都会以一种特殊的电子方式对其进行检查,这不同于大多数国家的选举。
  6. 作为特殊节点的矿工将交易放在一个块中。
  7. 拥有区块链的网络中的计算机称为节点。
  8. 矿工将交易分批进行,以应对工作量证明的挑战。
  9. 在矿工成功地“封堵”交易区块之后,他们将获得奖励,目前为12.5 BTC,他们还可以保持比特币持有人支付的交易费用。
  10. 交互是使用内置于区块链程序中的称为协议的规则在区块链上进行的。
  11. 密码学对于阻止想要入侵到区块链的盗贼是必不可少的。
  12. 密码密钥由密钥生成器或密钥生成器生成。
  13. 密钥生成器使用涉及质数的非常高级的数学来创建密钥。
  14. 区块包含时间戳,对前一个区块的引用,交易和在区块进入区块链之前必须解决的计算问题。
  15. 需要达成共识的节点分布式网络使区块链内的欺诈几乎成为不可能。

区块链原理

分布式数据库

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数据库是区块链,区块链上的每个节点都可以访问整个区块链。没有节点或计算机可以管理其中包含的信息。每个节点都能够验证区块链的记录。这一切都无需一个或几个中间人来控制一切。

它在架构上是分散的,因为没有一个或几个故障点。没有任何一个失败点会使区块链崩溃。

但是,由于整个区块链是一个分布式网络,会执行编程到其中的某些动作,因此逻辑上将区块链的节点集中化。

点对点(P2P)传输

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按照第一个原则,通信总是直接在同级之间进行,而不是通过某个中央节点进行。有关区块链上发生的情况的信息存储在每个节点上,然后传递到相邻节点。这样,信息便在整个网络中传播。

透明而不假名

任何检查区块链的人都能够看到每笔交易及其哈希值。如果愿意,使用区块链的人可以匿名,也可以将其标识给他人。您在区块链上看到的所有内容都是区块链地址之间交易的记录。

记录

一旦交易记录在区块链上并且更新了区块链,就不可能更改该交易记录。这是因为该特定交易记录已链接到每个先前交易记录。区块链记录是永久性的,按时间顺序排列,并且可用于所有其他节点。该图显示了比特币区块链的摘录。

为什么无法关闭网络?

由于世界各地都有节点,因此几乎不可能由单个方来接管整个网络。

为什么几乎不可能伪造一个区块?

伪造区块几乎是不可能的原因是区块的有效性以及扩展到区块链中的包含性是由节点的电子共识决定的。这些节点成千上万,分布在世界各地,因此,捕获网络将需要一台无法供电的计算机。

您可以将区块链用作普通数据库吗?

您能否以与使用Access,Filemaker或MySql相同的方式在区块链上存储3GB的文件?这不是一个好主意。大多数区块链在设计上都不适合此功能,或者只是缺乏所需的容量。

传统的在线数据库通常使用客户端-服务器网络架构。这意味着具有访问权限的用户可以更改存储在数据库中的条目,但是总体控制权仍在管理员手中。对于区块链数据库,每个用户都负责维护,计算和更新每个新条目。每个节点必须共同努力,以确保得出相同的结论。

区块链架构还意味着每个节点必须独立工作,并将其工作结果与网络其余部分进行比较。因此,达成共识可能非常耗时。因此,与传统的数字交易技术相比,区块链网络被认为非常慢。

但是,有一些使用区块链技术生产数据库的实验,BigchainDB是该领域的第一家主要公司。创造者采用了企业级的分布式数据库,并在此基础上构建了自己的技术,同时增加了区块链的三个关键属性:去中心化,不变性以及注册和转让资产的能力。他们创造的东西是否有用还有待确定。

重要事项

  1. 区块链是一个数据库,分布在所有节点之间。
  2. 没有一个或几个节点控制区块链。
  3. 所有节点都能够验证交易。
  4. 区块链上的所有通信都是p2p。
  5. 任何使用区块链的人都是匿名的。
  6. 区块链上发生的所有交易都记录在此处,因此使用网络的任何人的交易都是公开的,并且完全透明,即使它们可能是匿名的。
  7. 一旦交易记录在区块链上并且区块链已更新,则该交易将无法更改。
  8. 没有人或组织可以关闭区块链。
  9. 尽管区块链在政治和架构上是分散的,但在逻辑上却是集中的。

在哪里可以使用区块链?

在本文的以下部分,我们将讨论使用区块链的许多应用程序中的一些。我们将经常使用术语智能合约。让我们定义该术语。

区块链是所谓智能合约的理想选择。

什么是智能合约?

智能合约以与传统合约相同的方式定义围绕特定协议的规则和处罚。但是,最大的区别是智能合约会自动执行这些义务。对合同进行编码,以便在满足特定标准时解除合同。

1.保修索赔

通常,对保修索赔进行和解是昂贵,费时的,并且对于提出索赔的人来说通常很困难。可以使用区块链实施智能合约,这将不可避免地使流程变得更加容易。

在过去提出索赔时,所有检查都将由人工执行,这可能很耗时,并且为人为错误留有余地。这将变得不必要,因为检查以确保满足所有条件,并且可以使用区块链自动完成。一旦所有义务都得到履行,最终的付款就是自动的。所有这些都可以通过最少的人力参与来完成。

德勤提供的解决方案之一是在收据中包含QR码。QR码设置为包含与购买有关的所有相关信息:商品,序列号,购买日期等。带有QR码的代码还包含有关如何在Facebook Messenger上找到“保修机器人”的说明。然后,用户可以将收据的图片发送到该机器人,引擎解开QR码并将所有产品信息存储在区块链上。

2.衍生工具

衍生工具用于证券交易所,并且与资产价值有关。股票和股票交易中的智能合约可以通过简化,自动化和降低整个行业的衍生品交易成本来改变当前的做法。解决可以在几秒钟内完成,而不是目前所需的三天。使用智能合约,对等交易将成为一种常规操作,从而导致股票交易的彻底革命。巴克莱和其他几家公司已经尝试了一种使用智能合约交易衍生品的方法,但他们得出的结论是,除非银行合作实施该技术,否则该技术将无法正常工作。

3.保险索赔

使用智能合约,可以建立针对特定保险相关情况的一组特定标准。从理论上讲,随着区块链技术的实施,您可以在线提交保险索赔并立即收到自动付款。当然,只要您的要求符合所有要求的条件即可。法国保险业巨头AXA是首家使用区块链技术提供保险的主要保险集团。他们最近推出了一种新的航班延误保险产品,该产品将使用智能合约来存储和处理支出。其他保险公司一定会效仿。

4.身份验证

当前,在身份验证上浪费了太多时间和精力。使用区块链的去中心化,在线身份验证将更快。中央位置的在线身份数据将随着区块链智能合约的使用而消失。电脑黑客将不再具有集中攻击的脆弱点。在区块链的支持下,数据存储可防篡改且不会损坏。在全球范围内,区块链正在推动身份验证方面的重大改进。

瑞士的楚格市使用分散式应用程序(DAPP)来验证其公民的电子身份。另一套用于身份验证的DAPP生产商是爱沙尼亚的Oraclize。它销售DAPP来解决KYC(了解您的客户)问题。这在身份验证中至关重要。汤森路透组织正在创建另一个DAPP,用于使用以太坊进行身份验证。

5.物联网(IoT)

物联网(IoT)是物理设备,车辆和嵌入了软件,执行器,传感器,软件和网络连接的其他项目的网络,并连接到Internet。所有这些功能使此类对象可以收集和交换数据。区块链及其智能合约对此非常理想。

预计涉及设备智能合约的项目将变得非常普遍。全球领先的IT研究公司Gartner做出的预测是,到2020年,至少将有200亿台互联设备存在。这些设备正在使用以太坊智能合约。例如,我们有以太坊灯泡,有以太坊BlockCharge,涉及电动汽车的充电,最后是CryptoSeal;这是用于药物安全的防篡改密封。

区块链将在物联网的推出中发挥重要作用,但也将提供防范黑客的方法。由于它是为分散控制而构建的,因此基于它的安全方案应具有足够的可扩展性,以覆盖物联网的快速增长。此外,Blockchain强大的数据篡改保护功能将通过中继误导性信息,帮助防止流氓设备破坏家庭,工厂或运输系统。

6.存档和文件存储

Google云端硬盘,Dropbox等已经通过使用集中式方法彻底开发了文档的电子存档。集中站点始终吸引黑客。区块链及其智能合约提供了大幅减少这种威胁的方法。

有许多旨在做到这一点的区块链项目。但是请记住,区块链本身通常没有足够的存储,但是可以使用分散的云存储解决方案,例如Storj,Sia,Ethereum Swarm等等。从用户的角度来看,它们的工作就像其他任何云存储一样。区别在于内容托管在各种匿名用户的计算机上,而不是数据中心上。

7.知识产权保护

区块链支持的存档将提供比以前更大的知识产权保护。使用区块链的名为Ascribe的应用程序已经提供了这种保护。

8.犯罪

违法者必须掩藏和伪装从其功劳中获得的金钱。目前,这是通过伪造的银行帐户,赌博和离岸公司以及其他策略来完成的。关于加密货币交易的透明度存在很多担忧。但是,所有必要的监管要素,例如身份识别方和信息,交易记录甚至执行,都可以存在于加密货币系统中。

随着这项技术受到越来越多的主流关注,区块链及其智能合约有可能使大多数洗钱策略无效且非常可追踪。

9.社交媒体

目前,社交媒体组织能够自由使用其客户的个人数据。这帮助他们赚了数十亿美元。使用区块链智能合约,社交媒体用户可以根据需要出售其个人数据。麻省理工学院正在研究这种想法。OPENPDS / SA项目的目的是提供数据所有者,以使用区块链技术调整隐私保护的程度。

10.在选举和民意测验中使用智能合约

使用智能合约可以大大改善选举和民意测验。已经存在各种应用程序,例如区块链投票机,Follow My Vote和TIVI。他们所有人都希望消除欺诈,同时提供完全透明的结果并保持投票匿名。但是,要广泛实施分散投票,还有很长的路要走。

局限性和脆弱性

任何区块链网络都很大程度上取决于其中的活跃用户数量。为了发挥其全部潜能,网络必须是一个健壮的网络,并具有广泛分布的节点网格。

而且,不存在像维萨卡或万事达卡这样的主要发卡机构能够维持相同数量交易的区块链网络。截至2017年,区块链还需要很长的路要走,才能取代金融界的巨头。

最后,在理论上总是有可能大规模捕获任何给定的区块链网络。如果单个组织将以某种方式设法获得对网络大多数节点的控制,那么就其意义而言,它将不再是分散的。

区块链投资环境

随着比特币的价格在2017年第二次达到创纪录的5,000美元,当前可能没有比加密货币和区块链技术更吸引眼球的投资机会。公众和管理当局越来越意识到它的优势,围绕它的大多数担忧都被驳斥了。许多公司已经在该技术上进行了投资,这非常说明全球技术巨头IBM现在正在考虑在该领域投资“员工的时间和精力”。

许多公司提供信用卡以鼓励忠诚度并增加新的收入来源。三星最近与 Blocko 合作,旨在允许信用卡使用Blockchain技术进行安全交易。三星的目标是利用数字身份,数字货币和数字支付来创建新业务。

根据一份报告,截至2017年10月,仅2017年就有42笔股权投资交易,总计3.27亿美元。最活跃的投资者是日本服务公司SBI Holding,持有八家区块链公司的股份。数字大国谷歌是第二大活跃投资者,持有比特币钱包公司Blockchain和Ripple的股份,Ripple致力于基于区块链的资金转账系统。

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