资深人士解构科技领域“新宠”——区块链技术,不偏不倚!

SeanSean 2016年08月20日

原文作者
 王毛路  女士
Mrs. Wang Maolu

北京航空航天大学电子工程博士,区块链领域应用保全网创始人,有多年金融机构科技领域工作经验。

1、区块链的构成,解构一下区块链。
区块链从字面上理解,即是由许多个按时间先后顺序排列的区块,以收尾相接的形式所组成的链条。
640.png从结构上看类似于上图。第一个区块(即绿色块)由于没有父区块的存在则被称为创始区块。黑色的最长链条被称为主链,由于区块链遵循最长链原则,因此该链即为被全网络所认可的有效区块链。而紫色的则被称为分叉,即由于不同区块几乎同时被不同矿工(区块链的维护节点)发现时才会发生的情况,但最长链原则决定了只有一条链为有效区块链。
6401.jpg1.1 区块结构
区块是一种被包含在公开账簿(区块链)里的聚合了交易信息的容器数据结构。它由一个包含元数据的区块头和紧跟其后的构成区块主体的一长串交易组成。区块头是80字节,而平均每个交易至少是250字节,而且平均每个区块至少包含超过500个交易。因此,一个包含所有交易的完整区块比区块头的1000倍还要大。下表描述了一个区块结构。
6402.png1.2 区块头
区块头由三组区块元数据(Blockmeta)组成。首先是一组引用父区块哈希值的数据,这组元数据用于将该区块与区块链中前一区块相连接。第二组元数据,即难度、时间戳和nonce,与挖矿竞争相关。第三组元数据是merkle树根(一种用来有效地总结区块中所有交易的数据结构)。下表描述了区块头的数据结构。


1.3 父子区块的连接
由于区块头里面包含“父区块哈希值”字段,所以当前区块的哈希值因此也受到该字段的影响。如果父区块的身份标识发生变化,子区块的身份标识也会跟着变化。当父区块有任何改动时,父区块的哈希值也发生变化。父区块的哈希值发生改变将迫使子区块的“父区块哈希值”字段发生改变,从而又将导致子区块的哈希值发生改变。而子区块的哈希值发生改变又将迫使孙区块的“父区块哈希值”字段发生改变,又因此改变了孙区块哈希值,等等以此类推。一旦一个区块有很多代以后,这种瀑布效应将保证该区块不会被改变,除非强制重新计算该区块所有后续的区块。正是因为这样的重新计算需要耗费巨大的计算量,所以一个长区块链的存在可以让区块链的历史不可改变,这也是比特币安全性的一个关键特征。
你可以把区块链想象成地质构造中的地质层或者是冰川岩芯样品。表层可能会随着季节而变化,甚至在沉积之前就被风吹走了。但是越往深处,地质层就变得越稳定。到了几百英尺深的地方,你看到的将是保存了数百万年但依然保持历史原状的岩层。在区块链里,最近的几个区块可能会由于区块链分叉所引发的重新计算而被修改。最新的六个区块就像几英寸深的表土层。但是,超过这六块后,区块在区块链中的位置越深,被改变的可能性就越小。在100个区块以后,区块链已经足够稳定,这时100个区块以前的币基(coinbase)交易,即通过交易获得的比特币以及新挖出的比特币就可以被用于支付。而几千个区块(一个月)后的区块链将变成确定的历史,永远不会改变。

2、区块链的核心价值及竞争力,体现在哪些方面?为何能颠覆传统?
2.1 分布式,去中介
区块链的组织形式是分布式的,是去中心化的,或者说是去中介化的。能够实现真正的对等网络交易。传统的贸易买卖、金融结算、企业管理,都将大量资源、时间和成本都花费在冗长的中间环节之上,还造成了信息阻塞、信息不对称、不透明。
区块链在不需要中介机构参与的情况下,实现了信息的透明化及可验证性,同时由于在区块链网络的信息传输过程中均经过了加密,因此能够实现验证透明化的同时保护信息的隐私性。而不通过中介的交流不论是在效率上还是成本控制上都更甚一筹。
在传统互联网中,不论是淘宝、Uber、或者P2P网贷平台,虽然致力于解决中间环节的低效高消耗问题,但其本身最终仍然会成为一个中介商,从信息不对称中获利。

2.2 不可篡改,可追溯
就像在1.3中提到的区块链父子区块相互联系的形式,决定了区块链能够将原本可轻易修改、复制、删除的电子数据变得同物理世界一样难以被修改,并且具有唯一性。而同样是由于区块之间前后相连的原因,使得数据的追溯就像地质研究和考古一样,能够一路追溯到数据产生的源头,当然区块链的数据追溯比考古快捷成千上万倍。
也正是由于区块链这样的特性,能够将原本被称为虚拟世界的数字世界变成可信的世界。

2.3  可编程,智能合约
区块链在基于前两大核心特点的基础上还天然集成了计算机科学的可编程性,通过程序化实现各项职能的自动执行,并且由于分布式和不可篡改的特性,实现了不需要也无法被特定外部力量以后门的方式进行协议内容的擅自更改。即可被理解为,一份程序在被同意执行后即在所有人的电脑上复制、留存、并且同时运行,但却没有任何一台电脑具有权限能够擅自更改程序的执行参数,任何修改必须通过共识来集体解决。
衍生到物联网以及人工智能领域,区块链的组织结构将会被称为维系设备之间自动化协作的基础规则,任何一台或几台设备的出错都不会影响整个智能设备之间的有效协作。

3、区块链的问题和缺点有哪些?限制是有哪些?如加密被破解?跟传统监管模式场景不融合?51%原则为什么不能被攻破?
3.1 区块链的问题与缺点
速度、安全、节能三者无法统一的问题,目前相对最为成熟的比特币区块链在安全性上的保证是以牺牲交易速度(每秒仅6笔的交易处理速度),以及高能耗(全网耗电约350兆瓦,28万户家庭用电)。而不需要通过挖矿这样PoW(工作量证明)机制运行的PoS(权益证明)区块链虽然能够保证节能及交易速度,但在安全性上则大大弱于比特币这样的PoW共识机制区块链。三个目的不可能同时解决,指能够通过不同的需求进行取舍与平衡。

3.2 加密破解问题
用于加密比特币的私钥理论上超过2^160个可能性,全世界存在的沙粒个数约2^63个,要破解私钥笔同时找到两颗一样的沙粒再难上2^97倍。

3.3  51%攻击
51%攻击的难度取决于参与区块链网络验证的节点数量,数量越多则越不容易发生。比特币由于使用了PoW的挖矿机制,所实现的效果是通过获得超过全网51%的算力(获得相应验证节点即矿机及电力的控制权)所消耗的成本比篡改比特币区块链所获得的收益要大得多得多。因此比特币是在假设理性人的经济学前提下保证的安全。

3.4  传统监管模式不融合
像比特币那样完全开放的区块链并且通过鼓励大家以消耗资源的挖矿形式参与区块链网络安全维护,显然是不现实的。因此新的区块链结构需要被设计出来以符合特点的应用场景,并且在3.1中提到的速度、安全、节能三要素中选择合适的平衡点。
适用于银行间结算的Ripple,适用于银行间隔夜拆解的智能合约平台R3 Corda都是为特点场景所定制的区块链结构。

4、区块链的应用场景,尤其是保险行业,传统行业需要哪些改造?
4.1 区块链保险
一般性保险行业由于采取备案制以及代理人制度,因此在监管上难以像银行与证券行业一样做到有效监管,也因此导致了保险业中,存在销售解释不当而引起的纠纷、虚假保单、投保人骗保的情况。区块链的记录不可篡改特性能够通过将销售过程以及事故过程数据进行固化的形式,建立可回溯机制,从而确立相应责任人。
而像互助保险这样的新兴保险类型,由于本身即缺乏保险公司那样中心化的承保方,实际上即是弱公信力下的分布式结构。因此它对互相之间信息披露的透明度,协议的约定与执行有着更高的要求,而区块链的优势则与此自然吻合。

4.2传统行业改造
传统行业应用区块链之前首先需要实现一定程度的信息化,提高信息的流动能力与交互能力,在此基础上通过应用分布式结构实现多重备份及全节点的同步功能。再通过选用相应的共识机制,实现信息交互过程中,在不需要中介的前提下所达成的可信化。选用共识机制之前也必须对自身行业或特定场景下,对速度、安全、及成本控制的需求进行严谨评估,订立合适的区块链结构。

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