区块链：您需要知道的一切

目录

• 什么是区块链？
• 区块链如何运作
• 区块链是私有的吗？
• 区块链安全吗？
• 区块链与比特币
• 公钥和私钥基础知识
• 实际应用
• 区块链的利与弊
• 区块链的缺点
• 区块链的下一步是什么？

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？

如果这项技术是如此复杂，为什么要称其为“区块链？”，从最基本的意义上说，区块链实际上只是一个区块链，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，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，它们包括三个部分：

1. 块存储有关交易的信息，例如您最近从亚马逊购买的交易的日期，时间和美元金额。 （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）区块存储有关谁参与交易的信息。 从Amazon挥霍购买的区块将记录您的姓名以及Amazon.com，Inc。使用唯一的“数字签名”（类似于用户名）记录您的购买，而不使用您的真实姓名，而不会记录任何识别信息。存储将它们与其他块区分开的信息。 就像您和我的名字可以区分我们一样，每个块存储一个唯一的代码，称为“哈希”，使我们能够区分其他每个块。 假设您在亚马逊上进行了挥霍购买，但在运输过程中，您决定无法抗拒，需要再购买一次。 即使您的新交易的详细信息看上去与您之前的购买几乎相同，但由于它们的独特代码，我们仍然可以区分开。

尽管上面示例中的代码块用于存储从亚马逊购买的单笔商品，但实际情况有所不同。 区块链上的单个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顶下容纳数千笔交易。

什么是区块链？

区块链如何运作

当一个块存储新数据时，它将被添加到区块链中。 顾名思义，区块链由多个串在一起的区块组成。 为了将一个区块添加到区块链中，必须发生四件事：

1. 必须进行交易。 让我们继续以冲动性的亚马逊购买为例。 匆匆点击多个结帐提示后，您会做出更好的判断并做出购买。该交易必须经过验证。 购买后，必须验证您的交易。 对于其他公共信息记录，例如证券交易委员会，维基百科或您的本地图书馆，还有人负责审核新数据条目。 但是，有了区块链，这项工作就留给了计算机网络。 当您从亚马逊购买商品时，该计算机网络会立即检查您的交易是否按照您所说的进行。 也就是说，他们确认购买的详细信息，包括交易时间，金额和参与者。 （更多有关如何发生的信息。）该事务必须存储在一个块中。 在确认您的交易正确无误后，它会亮起绿灯。 交易的美元金额，您的数字签名和亚马逊的数字签名都存储在一个区块中。 在那里，交易可能会像成百上千的其他交易一样加入。 与天使挣扎的天使不同，一旦验证了一个区块的所有交易，就必须为其赋予唯一的识别码，称为哈希。 还为该区块提供添加到区块链的最新区块的哈希值。 散列后，可以将其添加到区块链中。

当将该新块添加到区块链时，该块将公开提供给任何人，甚至您也可以查看。 如果您查看比特币的区块链，您将看到您可以访问交易数据，以及有关区块何时何地（“时间”），何处（“高度”）以及由谁（“中继者”）的信息。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其计算机连接到区块链网络。 这样，他们的计算机将收到区块链的副本，该区块链的副本在添加新块时会自动更新，就像Facebook新闻源一样，在发布新状态时实时更新。

区块链网络中的每台计算机都有自己的区块链副本，这意味着同一区块链有成千上万个副本（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加难以操纵。 有了区块链，就没有一个可以确定的事件的唯一确定帐户。 相反，黑客将需要操纵网络上区块链的每个副本。

但是，在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其数字签名或用户名。

这就提出了一个重要的问题：如果您不知道是谁在向区块链添加区块，那么您如何信任区块链或支持区块链的计算机网络？

区块链安全吗？

区块链技术以多种方式解决了安全性和信任问题。 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”。 如果您查看比特币的区块链，您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，该区块的高度已超过562, 000。

在将区块添加到区块链的末尾后，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，以及之前的块的哈希。 哈希码由数学函数创建，该数学函数将数字信息转换为数字和字母的字符串。 如果以任何方式编辑该信息，则哈希码也将更改。

这就是为什么这对安全性很重要。 假设某位黑客试图从Amazon编辑您的交易，因此您实际上必须支付两次购买费用。 一旦他们编辑了交易的美元金额，该区块的哈希值就会改变。 链中的下一个块仍将包含旧的哈希，黑客将需要更新该块以覆盖其踪迹。 但是，这样做会更改该块的哈希。 接下来，依此类推。

为了更改单个块，黑客需要在区块链上更改每个单个块。 重新计算所有这些散列将需要巨大且不可能的计算能力。 换句话说，一旦将一个区块添加到区块链中，它将变得非常难以编辑且无法删除。

为了解决信任问题，区块链网络已对要加入链并向链中添加块的计算机实施了测试。 这些被称为“共识模型”的测试要求用户在参与区块链网络之前先“证明”自己。 比特币采用的最常见的例子之一就是“工作证明”。

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”他们已经完成了“工作”。 如果计算机解决了这些问题之一，则它们就有资格向区块链添加一个块。 但是，将区块添加到区块链的过程（加密货币世界称之为“采矿”）并不容易。 实际上，根据区块链新闻网站BlockExplorer的说法，2019年2月解决比特币网络中这些问题之一的可能性约为5.8万亿美元中的一个。要解决这些复杂的数学问题，计算机必须运行会花费这些成本的程序大量的电力和能源（阅读：金钱）。

工作量证明不会使黑客无法进行攻击，但确实会使它们毫无用处。 如果黑客想协调对区块链的攻击，他们将需要像其他所有人一样，以5.8万亿的几率解决复杂的计算数学问题。 组织此类攻击的成本几乎肯定会超过收益。

区块链与比特币

区块链的目标是允许记录和分发数字信息，但不能对其进行编辑。 如果不了解该技术的实际作用，那么很难构思出这个概念，因此让我们来看看最早的区块链技术应用是如何工作的。

1991年，两名研究人员Stuart Haber和W. Scott Stornetta首次提出了区块链技术的概述，他们希望实施一个不会篡改文档时间戳的系统。 但是直到大约二十年后的2009年1月比特币的发布，区块链才有了它的第一个实际应用。

比特币协议建立在区块链上。 在介绍数字货币的研究论文中，比特币的匿名创建者中本聪（Satoshi Nakamoto）将其称为“一种完全对等的，没有可信赖的第三方的新型电子现金系统。”

运作方式如下。

全世界所有这些人都有比特币。 根据剑桥替代金融中心2017年的一项研究，这一数字可能高达590万。 假设这590万人口中有一个人希望将其比特币用于购买食品杂货。 这就是区块链进入的地方。

对于印刷货币，印刷货币的使用由中央机构（通常是银行或政府）进行监管和验证，但比特币不受任何人控制。 取而代之的是，用计算机网络验证以比特币进行的交易。

当一个人使用比特币向他人付款时，比特币网络上的计算机会争相验证交易。 为此，用户在计算机上运行程序并尝试解决一个称为“哈希”的复杂数学问题。当计算机通过“哈希”一个块解决问题时，其算法工作也将验证该块的交易。 已完成的交易被公开记录并作为区块存储在区块链上，这时它变得不可更改。 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其使用加密货币的劳动而获得回报。

尽管交易已公开记录在区块链上，但用户数据却不是（或至少不是完整的）。 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唯一且不同的加密密钥：公共密钥和私有密钥。 公钥是交易存入和撤回的位置。 这也是作为用户的数字签名出现在区块链分类账上的密钥。

即使用户收到以公钥支付的比特币付款，他们也将无法从私人对应方撤回。 用户的公钥是通过复杂的数学算法创建的私钥的简化版本。 但是，由于此等式的复杂性，几乎不可能逆转该过程并从公共密钥生成私有密钥。 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岁时一样解释它”）版本。 您可以将公钥视为学校储物柜，将私钥视为储物柜组合。 老师，学生甚至迷恋者都可以在储物柜的开口处插入字母和便笺。 但是，唯一可以检索邮箱内容的人是具有唯一密钥的人。 但是，应该注意的是，尽管学校储物柜组合保存在校长办公室中，但是没有中央数据库可以跟踪区块链网络的私钥。 如果用户放错私钥，他们将无法访问自己的比特币钱包，就像这个人在2017年12月成为全国头条新闻的情况一样。

单一公共链

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，而且也已达成共识。 当用户加入网络时，他们所连接的计算机会收到区块链的副本，每当添加新的交易块时，区块链的副本就会更新。 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为不同于其他所有区块链副本，该怎么办？

区块链协议通过称为“共识”的过程来阻止多个区块链的存在。在存在多个不同的区块链副本的情况下，共识协议将采用可用的最长链。 区块链上更多的用户意味着可以更快地将区块添加到链的末端。 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，但也允许其最大的弱点之一。

从理论上讲，防黑客

从理论上讲，黑客有可能在所谓的51％攻击中利用多数规则。 这是怎么回事。 假设在比特币网络上有500万台计算机，这肯定是轻描淡写的，但数量很容易划分。 为了在网络上获得多数，黑客将需要控制至少250万台计算机和其中一台计算机。 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，然后将其撤消，使其看起来好像仍然拥有刚刚花费的硬币。 这个漏洞被称为“双重支出”，在数字上等同于完美的伪造品，它将使用户能够将自己的比特币花费两次。

对于比特币规模的区块链而言，这种攻击极其困难，因为这将要求攻击者控制数百万台计算机。 当比特币于2009年首次成立并且其用户数量达到数十个时，攻击者更容易控制网络中的大多数计算能力。 区块链的这一定义特征已被标记为新兴加密货币的一个弱点。

用户担心51％的攻击实际上可以限制在区块链上形成垄断。 《纽约时报》记者纳撒尼尔·波珀（Nathaniel Popper）在“数字黄金：比特币和试图改造金钱的不道德和百万富翁的内幕故事”中写道，一群名为“ Bitfury”的用户如何将数千台高性能计算机汇集在一起​​以获取收益区块链上的竞争优势。 他们的目标是尽可能多地开采区块并获得比特币，当时每个比特币的价值约为700美元。

利用Bitfury

但是，到2014年3月，Bitfury的定位将超过区块链网络总计算能力的50％。 该组织没有继续增加对网络的控制，而是选择进行自我调节，并发誓永远不会超过40％。 Bitfury知道，如果他们选择继续增加对网络的控制，则比特币的价值将下降，因为用户为准备遭受51％攻击而变卖了他们的硬币。 换句话说，如果用户对区块链网络失去信心，则该网络上的信息可能会变得毫无价值。 因此，区块链用户只能在开始亏损之前将其计算能力提高到一定程度。

区块链的实际应用

区块链上的块存储有关货币交易的数据-我们已将其排除在外。 但是事实证明，区块链实际上也是一种存储其他类型交易数据的可靠方法。 实际上，区块链技术可用于存储有关财产交换的数据，在供应链中停留，甚至为候选人投票。

专业服务网络德勤（Deloitte）最近对七个国家/地区的1, 000家公司进行了调查，研究将区块链整合到其业务运营中。 他们的调查发现，今天有34％的人已经在生产区块链系统，而另外41％的人则希望在未来12个月内部署区块链应用程序。 此外，近40％的接受调查的公司表示，他们将在来年对区块链投资500万美元或更多。 这是当今正在探索的一些最受欢迎的区块链应用程序。

银行使用

也许没有哪个行业比银行更能从将区块链集成到其业务运营中受益。 金融机构仅在每周五天的工作时间内营业。 这意味着，如果您尝试在周五下午6点存入支票，则可能必须等到周一早上才能看到钱划入您的帐户。 即使您在工作时间内进行存款，由于银行需要结清的交易量巨大，因此交易仍需要一到三天才能完成验证。 另一方面，区块链从不睡觉。

通过将区块链集成到银行，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上所花费的时间，而与时间或星期几无关。 借助区块链，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，结算和清算过程可能需要长达三天的时间（如果银行是在国际上进行交易，则可能需要更长的时间），这意味着在这段时间内冻结了资金和股票。

考虑到所涉金额的大小，即使资金转移的几天，也可能给银行带来巨大的成本和风险。 欧洲银行桑坦德银行（Santander）认为，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。

在加密货币中使用

区块链为比特币等加密货币奠定了基础。 正如我们之前所探讨的那样，诸如美元之类的货币是由中央机构（通常是银行或政府）监管和验证的。 在中央授权系统下，用户的数据和货币在技术上是由其银行或政府来来往往的。 如果用户的银行倒闭或生活在政府不稳定的国家，则其货币价值可能处于危险之中。 这些就是比特币的忧虑。

通过在计算机网络上分散其运营，区块链使比特币和其他加密货币无需中央授权即可运行。 这不仅降低了风险，而且消除了许多处理和交易费用。 它还为那些货币不稳定国家的人们提供了一种更加稳定的货币，使其具有更多的应用程序，并且可以与之开展国内外业务的个人和机构网络更加广泛（至少，这是目标）。

医疗保健用途

医疗保健提供者可以利用区块链安全地存储患者的病历。 生成并签署病历后，可以将其写入区块链，从而为患者提供证明和信心，证明病历无法更改。 这些个人健康记录可以使用私钥进行编码并存储在区块链上，以便它们只能由某些个人访问，从而确保隐私

财产记录使用

该过程不仅成本高昂且耗时，而且还充斥着人为错误，因为每一次错误都会使跟踪财产所有权的效率降低。 区块链有可能消除在本地录音室中扫描文档和追踪物理文件的需求。 如果财产所有权存储在区块链上并经过验证，则所有者可以相信其行为是准确且永久的。

在智能合约中使用

智能合约是可以内置在区块链中以促进，验证或协商合约协议的计算机代码。 智能合约在用户同意的一组条件下运行。 满足这些条件后，协议条款将自动执行。

举例来说，我正在使用智能合约向您出租我的公寓。 我同意在您向我支付保证金后立即将密码输入公寓。 我们俩都将把交易的一部分发送到智能合约，该合约将保留并在租赁之日自动将我的门代码换成您的保证金。 如果我在租赁日期之前未提供门密码，智能合约将退还您的保证金。 这消除了通常使用公证人或第三方调解员的费用。

供应链使用

供应商可以使用区块链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，以及诸如“有机”，“本地”和“公平贸易”之类的健康和道德标签。

正如《福布斯》（Forbes）报道的那样，食品行业正在逐步使用区块链来跟踪从农场到用户的整个过程中食品的路径和安全性。

投票用途

正如在2018年11月在西弗吉尼亚州举行的中期选举中所测试的那样，使用区块链进行投票具有消除选举欺诈和提高选民投票率的潜力。 每张选票将作为一个区块存储在区块链上，几乎无法篡改。 区块链协议还将在选举过程中保持透明性，减少进行选举所需的人员并为官员提供即时结果。

区块链的优缺点

尽管非常复杂，但区块链作为分散式记录保存形式的潜力几乎不受限制。 从更大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。

优点

• 通过消除人工参与验证来提高准确性

• 通过消除第三方验证来降低成本

• 去中心化使得篡改变得更加困难

• 交易安全，私密且高效

• 透明技术

缺点

• 与挖矿比特币相关的大量技术成本

• 每秒低交易

• 在非法活动中使用的历史

• 容易被黑客入侵

这是当今市场上针对企业的区块链的卖点。

链条的准确性

区块链网络上的交易由成千上万台计算机组成的网络批准。 这消除了几乎所有人参与验证过程的过程，从而减少了人为错误并提供了更准确的信息记录。 即使网络上的计算机犯了计算错误，该错误也只会发生在区块链的一个副本上。 为了使该错误蔓延到整个区块链的其余部分，必须至少由网络中51％的计算机来完成，这几乎是不可能的。

降低成本

通常，消费者向银行付款以核实交易，由公证人签署文件，或由部长进行婚姻。 区块链消除了对第三方验证及其相关费用的需求。 例如，企业主每次使用信用卡接受付款时都会产生少量费用，因为银行必须处理这些交易。 另一方面，比特币没有中央机构，几乎没有交易费。

分权化

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。 每当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。 通过在网络上散布该信息，而不是将其存储在一个中央数据库中，区块链变得更加难以篡改。 如果区块链的副本落入黑客之手，则只会破坏信息的单个副本，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才能解决。 例如，如果您尝试在星期五晚上存入支票，那么直到星期一早晨您可能才真正看到帐户中的资金。 金融机构在每周五天的工作时间内运营，而区块链则在每周七天，每天24小时工作。 交易可以在大约十分钟内完成，并且在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，因为时区问题以及所有各方都必须确认付款处理这一事实，跨境交易通常要花费更长的时间。

私人交易

许多区块链网络都作为公共数据库运行，这意味着具有互联网连接的任何人都可以查看网络的交易历史列表。 尽管用户可以访问有关交易的详细信息，但他们不能访问有关进行这些交易的用户的标识信息。 一个普遍的误解是，像比特币这样的区块链网络是匿名的，而实际上它们只是机密的。

也就是说，当用户进行公共交易时，其唯一代码（称为公共密钥）将记录在区块链上，而不是其个人信息上。 尽管一个人的身份仍然链接到其区块链地址，但这可以防止黑客获取用户的个人信息，就像银行被黑客入侵时那样。

安全交易

记录交易后，其真实性必须由区块链网络进行验证。 区块链上成千上万的计算机急于确认购买的细节是正确的。 计算机验证交易后，会将其以块的形式添加到区块链中。 区块链上的每个区块都包含其自己的唯一哈希，以及其之前区块的唯一哈希。 以任何方式编辑块上的信息时，该块的哈希码都会更改，但是，此之后的块上的哈希码不会更改。 这种差异使得更改区块链上的信息而无须通知非常困难。

透明度

即使区块链上的个人信息是私有的，该技术本身也几乎总是开源的。 这意味着区块链网络上的用户可以根据需要修改代码，只要他们拥有网络的大部分计算能力作为后盾即可。 将数据保留在区块链开源上也使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的情况下进行更改。

区块链的缺点

尽管区块链有很大的优势，但采用区块链也面临着巨大的挑战。 今天应用区块链技术的障碍不仅是技术上的。 在很大程度上，真正的挑战是政治和法规上的挑战，在将区块链集成到当前业务网络所需的数千个小时的定制软件设计和后端编程中，什么也没说。 这是阻碍广泛采用区块链的一些挑战。

技术成本

尽管区块链可以节省用户交易费用，但该技术远非免费。 例如，比特币用于验证交易的“工作量证明”系统消耗了大量的计算能力。 在现实世界中，比特币网络上数百万台计算机的功能已接近丹麦每年的消耗量。 所有这些能源都需要花钱，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。

根据美国的平均公用事业成本，该数字接近4758美元。 尽管开采比特币成本高昂，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奖励，以使他们的时间和精力变得物有所值。 但是，当涉及到不使用加密货币的区块链时，需要向矿工付款或以其他方式激励矿工以验证交易。

效率低下

比特币是区块链可能无效的完美案例研究。 比特币的“工作量证明”系统大约需要十分钟才能向区块链添加新的区块。 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要优于比特币，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

区块链网络上的机密性可以保护用户免受黑客攻击并保护隐私，同时还允许在区块链网络上进行非法交易和活动。 引用最多的区块链被用于非法交易的例子可能是丝绸之路，这是一个在线“暗网”市场，于2011年2月至2013年10月被联邦调查局关闭。

该网站允许用户浏览该网站而不进行跟踪，并非法购买比特币。 美国现行法规禁止在线交易的用户（例如基于区块链的在线交易）完全匿名。 在美国，在线交易在开设帐户时必须获得有关其客户的信息，验证每个客户的身份，并确认客户未出现在任何已知或可疑的恐怖组织名单中。

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个中央银行已经开始对数字货币进行调查。 根据英格兰银行2015年2月的研究报告，“还需要进行进一步的研究来设计一种系统，该系统可以利用分布式分类帐技术，而不会损害中央银行控制其货币的能力并保护该系统免受系统性攻击。”

哈克易感性

较新的加密货币和区块链网络容易受到51％的攻击。 由于要获得区块链网络的多数控制权，需要强大的计算能力，因此这些攻击极难执行，但纽约大学计算机科学研究员约瑟夫·博纳瑙说，这可能会改变。 Bonneau去年发布了一份报告，估计有51％的攻击可能会增加，因为黑客现在可以简单地租用计算能力，而不用购买所有设备。

区块链的下一步是什么？

区块链于1991年首次被提出作为研究项目，如今已经步入二十年代末。 就像大多数千禧一代一样，在过去的二十年中，区块链已经受到了公众的广泛关注，全球各地的企业都在思考该技术的能力以及未来几年的发展方向。

随着已经实施和探索了该技术的许多实际应用，区块链终于在二十七岁时成为了自己的名字，这在很大程度上要归功于比特币和加密货币。 作为全美每个投资者的口号，区块链必将使企业和政府运营更加准确，高效和安全。

当我们准备进入区块链的第三个十年时，不再是“是否”传统公司会采用该技术的问题，而是“何时”的问题。