区块链和分布式账本技术

中本聪（Satoshi Nakamoto）在2008年发布了《比特币：一个点对点的电子现金系统》。第一个比特币区块于2009年被开采。由于比特币协议是开源的，因此任何人都可以使用该协议，对其进行分叉（修改代码）并启动自己的P2P货币系统。

比特币区块链的这种开源性质促成了这样一个事实，多年来，比特币协议已被修改了数百次，以创建比比特币更快或更匿名的替代币，例如“Zcash”和“Litecoin”。在某些时候，区块链底层协议很明显不像银行里的钱，而是提供了一个操作系统，该操作系统允许一群彼此不认识或不信任的人围绕特定目标组织起来。

因此，许多项目试图将区块链技术用于其他类型的P2P价值转移，例如在没有Amazon Web Services的情况下进行分散文件存储的“Sia Network”，或无需Facebook、Twittter等社交网络的“Steemit”。这个想法的出现，使区块链摆脱了只有一个智能合约的单一用途，而是创建了一个协议，在该协议中，您可以在同一区块链上构建任何类型的P2P交易。早期，一些有趣的项目有“彩色硬币”和“万事达币”。他们的想法是将比特币用作任何形式的经济交易或法律合同中的交易代币。参与这些项目一段时间后，Vitalik Buterin意识到，对比特币区块链的这些改编是可行的，但效率和灵活性不够。随后，他介绍了将智能合约功能与区块链功能分离的想法，并启动了以太坊。 因此，以太坊提供了比比特币区块链和派生的专用区块链更灵活的开发环境。这是一个P2P网络，可以处理任何类型的智能合约，你只需几行代码就可以轻松创建它，无需创建自己的专用区块链基础架构。与以单一智能合约实现单一功能（P2P汇款）的比特币不同，以太坊区块链被设计为去中心化的计算机网络，可以在其上编程任何类型的智能合约，从而实现任何形式价值的直接交换。
与比特币和其他单一用途区块链相反，以太坊将智能合约层解耦，该层在以太坊底层区块链上运行，使得仅需几行代码就可以轻松创建智能合约。以太坊的出现启发了许多新的区块链项目，来开发类似的智能合约网络。此类项目包括：“Cardano”、“Neo”、“EOS”、“Hyperledger Fabric”，还有很多。评估他们的可行性将涉及许多因素-技术、经济和法律等。尚不清楚哪种以太坊的替代解决方案将变得流行起来，是否是一个“赢家通吃”的场景，或者是否将有多种标准并行工作。 就目前而言，以太坊似乎具有最大的吸引力，是许多开发人员最先考虑的，但这可能很快就会发生改变。此外，已经出现了具有完全不同类型的共识机制的替代分布式分类账技术，例如有向无环图（DAG），他们不再需要创建区块链，而是使用加密经济机制来替代达成共识。像“IOTA”、“Byteball”或“Nano”这样的项目。另一方面，诸如银行、保险公司和许多供应链企业等私营机构意识到，通过分布式分类账进行集体数据存储和管理的概念，作为一种行业协作工具可能具有非常大的价值。但是，与公共和无许可区块链相反，行业开始设计许可的区块链，其中所有验证者都是财团的成员，或者至少是同一组织的独立法人实体。 然而，在许可分类账和私有分类账的背景下，“区块链”一词备受争议。批评者质疑，您是否完全可以将被授权的分类账视为区块链。支持私有区块链的人认为，将数据批处理为哈希交易区块的任何数据结构都可以视为“区块链”。虽然公共分类账通过数学方式建立信任，并通过一种激励个人行为以达成集体目标的共识机制来运行，但依旧允许分类账集中管理，而不需使用“数学上的信任”。它们使用“法律合同”默认的信任或“信誉”信任。然而，无论是公共的，还是私有的，最常见的不同标准是分布式数据存储和数据验证的原理。这就是为什么术语“分布式分类账技术”（DLT）成为一个更笼统的术语，用来描述源自比特币区块链技术的原因。他们可能被许可，例如在IOTA中，根本不使用区块链。 PoW的替代共识机制 比特币的“工作量证明”是开创性的，因为它解决了“拜占庭将军问题”，但是这有很大的代价。虽然它可以保证不受信任的网络中的安全，但它速度慢、耗能大，并且偏爱那些拥有更多经济资源的人。这就是为什么许多研究人员和开发人员在开创性的“工作量证明”概念的基础上，开始探索替代比特币共识机制的原因，同时试图应对比特币所面临的一些主要挑战。 需要研究的问题是：

•我们如何就大多数人接受的一种历史版本达成共识？经济合作的动机是什么？确保每个人保持完整的系统的收益机制（经济激励措施）是什么？

•如何将稀缺的自然资源（如电力和CPU）与网络资源对齐，以防止恶意行为者以不善行为向系统发送垃圾邮件？

•安全性从何而来？

•安全风险和攻击媒介？

尽管正在尝试许多不同的共识算法，但“工作量证明”和“权益证明”是目前使用最广泛的共识机制。但是，必须注意到的是，使用相同通用共识机制的不同区块链可能具有不同的规范。

股权证明

股权证明是一种共识机制，其中只有在网络中具有财务利益的网络参与者才能在区块链中添加区块。用户必须牺牲自己一定数量的网络令牌来生成区块，而不是牺牲精力来验证区块。在钱包中持有代币则代表一个人的股份。“股权证明”有多种变体。

早期的PoS提议，假设那些在系统中拥有更多股份的人自然会在验证交易和书写区块时以真实的方式行事。代币持有者应该对该网络的安全运行感兴趣；否则，如果他们做出错误的行为，他们在系统中的股份就会贬值。假定一个人拥有的令牌越多，则他锁定的令牌也越多，如果网络受到攻击，他损失的令牌也越多。因此，投票权与网络中所持有的股份的数量成正比。但是，原始的“股权证明”机制存在一个问题：与PoW相反，PoW的采矿成本很高，因此将精力浪费在不会赚钱的分叉上并不明智，PoS没有这样的规定。

在PoW中，验证程序要在每个可能的fork上部署计算能力是非常昂贵的，但在股权证明中却相反，无需密集型的计算工作即可创建一个区块 。验证者可以没有什么损失，但会获得很多 。“Peercoin”是第一个引入“股权证明”的项目，随后还有Tendermint（“ Cosmos”），Ouroboros（“ Cardano”），“ Tezos”，“ Dfinity”，“ Nxt”， “ BlackCoin”，“ NuShares / NuBits”，“ Qora”， 每个都有不同的属性。诸如“Decred”之类的结合了“工作量证明”和“股权证明” 的元素。

以太坊计划使用硬分叉（称为Casper）从“工作量证明”过渡到“股权证明”，并针对如何完成工作提出了不同的建议：

•Casper FFG（Friendly Finality Gadget），PoS和PoW的混合版本，其中验证器每隔50个区块就会创建一个检查点，从而创建一个新的创世区块；

•Casper TFG（友好的幽灵），它要求验证者放入一定数量的ETH作为存款，以便能够创建区块。验证者的任何恶意尝试都可以调用智能合约来销毁存入的金额。该提议基于这样的假设，即害怕受到惩罚会使核对者保持诚实，从而解决了“一无所获”的问题。

委托股权证明（DPoS）和PoS的其他变体

首次由“Bitshares”实施的委托股权证明（DPoS）是PoS的一种更彻底的变化。验证者不会相互竞争以创建交易区块，而是采用代议制民主的方式，代币持有者（利益相关者）可以投票给验证者。代币持有者不对单个区块的有效性投票，而是投票选举代表进行验证。通常，有21至101位当选的代表，可能会定期洗牌或下达命令以支持他们的代表。这意味着建立了一个受信的小组，所有成员都可以在其中创建代表，并防止非受信方创建代表。除了在验证区块上进行竞争之外，每个委托都在指定的时间间隙发布其区块。如果代表连续错过其区块或发布无效交易，代币持有者可以撤回代表的投票。通过部分集中区块的创建，DPoS可以比大多数其他共识算法快几个数量级。代表不能更改事务，但是他们可以否决特定的事务，使其不包含在下一个网络区块中。不同的网络使用其自己的DPoS变体，例如“Steemit”、“EOS”和“Lisk”。

“股权证明”还有更多变体，其中大多数只是概念性的，或者仅由一个网络实施：“租赁股权证明”，“作为交易的股权证明”，“重要性证明”，“容量证明”，“重量证明”，“权限证明”，“通过时间证明”。

拜占庭容错等

另一组共识机制是拜占庭容错的变体，例如联邦拜占庭协议（“Stellar”。“Ripple”），使用拜占庭容错（“Hyperledger Fabric”）和dBFT委派拜占庭容错（“NEO”）。一些其他替代协议使用多种机制组合，例如Hashgraph（异步拜占庭容错，八卦协议，虚拟投票）。

DAGs

此外，还有一系列使用有向非循环图（DAG）协议的，例如“IoT链”、“Nano”和“IOTA”。DAG的共识机制与区块链不一样。有向非循环图不是将数据捆绑在一起，然后逐个确认区块，而是需要新添加的数据来应用和验证过去的数据。通常，每个新事务都必须引用并验证之前的两个事务。这样，网络就形成了一个汇合和确认交易的图表。如果一个人错误地验证了过去的交易，则其他参与者将无法确认自己的交易。关于这些协议的学术文献有限，其中许多协议都是实验性的。有些文档没有适当的文档，仅被一个项目使用，有时没有经过适当的研究，也没有经过学术的同行评审。

是否有Token？

随着对原始比特币协议修改后的治理规则的派生技术的出现，似乎有必要对不同的分布式分类账解决方案进行分类。主要区别是围绕是否被许可：

•验证交易

•将交易记录到分类账

•读取交易

根据分类账的类型，结果将有所不同。为简单起见，我们可以说公共网络中任何人都可以验证、写入和读取交易。而在专有网络中，只有受邀成员才能验证、写入和读取交易。混合也是可能的。一个示例是，验证和写入区块链都可以是受邀的，但是至少读取选定的交易是公开的。

公共和无许可的区块链协议中，每个人都有可能被腐败，并且最常见的是在金钱的假设下设计的。加密经济机制允许创建一种新型的全球治理工具，该工具受到与创建本机令牌相关的经济激励措施的引导。本地令牌的作用是鼓励一群互不认识或互不信任的人围绕特定的区块链或类似公共分类账组织群体，而无需集中机构。因此，令牌即激励计划的组成部分。在公共区块链中，未经中央实体许可的任何人都可以：

•只需从网络上下载代码，即可在其本地设备上运行完整节点，以验证网络中的交易。

•通过简单地在其设备上安装应用程序，挖出一个交易区块，将数据写入区块链中，从而参与共识过程（“工作量证明”），并在此过程中获得网络令牌。

•下载一个钱包并通过网络发送交易，如果有效，希望看到它们包含在区块链中。

•使用公共区块链浏览器软件查看区块链上发生的所有交易，或对存储在完整节点上的所有区块链相关数据进行链上分析（大数据）。

尽管令牌化激励措施使不受信任的网络变得安全，但也使他们变得非常缓慢。公共和无权限网络每秒只能处理少量事务，这使其对于具有高事务量的大规模应用程序是不可行的。比特币和以太坊每秒只能处理不到十二笔交易，但是Visa和类似结算解决方案在高峰时将需要数十万笔交易。但是，当前亦提出了各种技术解决方案来解决这些可伸缩性问题。

另一个问题围绕如何在此网络中产生信任：

•算法信任，或

•默认情况下信任法律合同

由于缺乏现有的法律关系，公共网络需要通过“工作量证明”之类的共识机制来保证算法的信任。参与共识协议的所有节点都是不可信的，因为他们事先是未知的。这种设置的共识机制必须考虑恶意攻击。

令牌是使不受信任参与者组成的网络具有抗攻击性的基本机制组件。另一方面，私人和许可分类账具有双边合同协议的联合设置。这是一个仅限邀请会员的俱乐部。任意参与者都无法轻易访问该网络。成员间的彼此信任是因为他们彼此之间具有双边合同协议，如果出现任何问题，他们知道可以起诉谁。因此，许可分类账不需要令牌来激励协调的行动，而令牌是非许可网络不可或缺的一部分。预先知道所有参与节点的身份这一事实为抵御“Sybil攻击”提供了自然的保护。因此，私有和许可分类账可以每秒结算更多的交易，因为他们不必处理未知数量的匿名节点。与当前最先进的公共区块链相比，它们还提供了更多的隐私。

许可分类账主要由行业财团使用。交易验证由一组预先选定的参与者进行，例如，60家金融机构，每一家金融机构都经营一个节点，并且其中四十个必须在每个区块上签名才能使该区块有效。根据行业和用例，读取分类账数据的权利可能是公开的、部分公开的或仅限于参与者。尽管大多数区块链文献对许可和非许可进行了二进制区分，但我想指出，没有100%的非许可之类的东西。

每种共识机制都需要一个最低的投资门槛，以便能够验证交易或写入分类账。世界上大多数人没有经济手段来购买功能强大的足以开采比特币的专用硬件。即使对于仅验证公共区块链中的交易，且不需要与挖矿节点相同水平的硬件投资的完整节点，也需要投资一般的PC。购买一台PC意味着您必须花费至少上千人民币来验证交易。虽然几千人民币对于一个普通的中国家庭来说不是很多钱，但它超过了世界上相当一部分人的月收入。更不用说采矿计算机所需的成本了。

基于“股权证明”的共识是公开的，但并非完全非许可。共识机制要求您拥有最少数量的网络令牌，才有资格验证交易。因此，“无权限”是一个相对术语，我们不能以二进制的方式来使用它，而只能是一个渐变，范围从非许可到完全许可。在如此早期的区块链技术中，许可的解决方案在希望利用分布式账本技术建立受政府监管的高度管制的行业中可能很有用。行业倡导者声称，联合解决方案可以为传统金融机构提供更高水平的效率、安全性和欺诈问题。

私有区块链不太可能会彻底改变金融系统，但它可能会取代旧系统，从而使整个行业更加高效。一旦基础技术变得更具可扩展性和成熟性，得到监管机构的更好理解，并且人们积累了更多的专业知识和信任，这可能成为公共和非许可区块链基础设施广泛采用的基础。目前尚不清楚该技术在中长期内将如何推广。有人预测，私有区块链可能会遭受1990年代局域网的命运，当时私有公司因为害怕与公共网络连接而建立了自己的局域网。随着时间的流逝，这种恐惧消失了。如今，局域网仅在安全级别非常高的、有限情况下使用。

关于作者：Shermin Voshmgir是《令牌经济》一书的作者。她是维也纳经济大学密码经济学研究所所长，也是BlockchainHub Berlin的创始人。过去，她曾担任The DAO的策展人，并担任多家初创公司的顾问。

关于《令牌经济》：区块链和智能合约使得任何人仅需几行代码就可以轻松创建令牌。它们可以代表从资产到访问权的任何东西，例如黄金、钻石、毕加索画作的一小部分或音乐会的入场券。令牌还可以用于奖励社交媒体的共享，鼓励减少二氧化碳的排放，甚至可以吸引人们观看广告。尽管创建令牌很容易，该令牌由像区块链这样的公共基础设施共同管理，但是对于如何应用这些令牌的理解仍然很模糊。这本书是指令牌，而不是加密货币，并解释了为什么“令牌”一词是更准确的术语，因为许多令牌从未被设计成用来代表货币的加密货币。然而，由于令牌确实与法定货币相似，因此本书将详细分析货币作为交换媒介的作用。本书概述了区块链的机制和情况、令牌的社会经济影响，以及对选定令牌使用案例的深入研究：注意力经济令牌，Steem，令牌管理注册中心（TCR），目标驱动令牌，稳定令牌，资产令牌，部分所有权令牌，Libra&Calibra（Facebbok）等。

WhereIN——国内首款基于Steem区块链的社交媒体应用

全球Dapp排名前200位

点击「阅读原文」下载WhereIN

原文始发于微信公众号（WhereIN社区）：区块链和分布式账本技术