什么是區塊鏈技術?它有什么特點(邊看邊學. 什么是區塊鏈?)

區塊鏈是在計算機網絡的節點之間共享的分布式數據庫或分類帳。作為數據庫，區塊鏈以數字格式以電子方式存儲信息。區塊鏈以其在比特幣等加密貨幣系統中的關鍵作用而聞名，用于維護安全和分散的交易記錄。區塊鏈的創新之處在于它保證了數據記錄的保真性和安全性，并在不需要受信任的第三方的情況下產生信任。

典型數據庫和區塊鏈之間的一個關鍵區別是數據的結構方式。區塊鏈以組的形式收集信息，稱為塊，其中包含信息集。塊具有一定的存儲容量，在填充時會關閉并鏈接到先前填充的塊，形成稱為區塊鏈的數據鏈。新添加的塊之后的所有新信息都被編譯成一個新形成的塊，一旦填充，該塊也將被添加到鏈中。

數據庫通常將其數據構造成表，而區塊鏈，顧名思義，將其數據構造成串在一起的塊（塊）。當以分散的性質實施時，這種數據結構固有地形成了不可逆轉的數據時間線。當一個塊被填滿時，它就被固定下來并成為這個時間線的一部分。鏈中的每個塊在添加到鏈中時都會被賦予一個確切的時間戳。

關鍵要點

區塊鏈是一種共享數據庫，它在存儲信息的方式上不同于典型的數據庫；區塊鏈將數據存儲在塊中，然后通過密碼學鏈接在一起。

隨著新數據的進入，它被輸入到一個新的塊中。一旦塊被數據填充，它就會被鏈接到前一個塊上，這使得數據按時間順序鏈接在一起。

不同類型的信息可以存儲在區塊鏈上，但迄今為止最常見的用途是作為交易賬本。

在比特幣的案例中，區塊鏈以去中心化的方式使用，因此沒有一個人或團體擁有控制權——相反，所有用戶共同保留控制權。

去中心化的區塊鏈是不可變的，這意味著輸入的數據是不可逆的。對于比特幣，這意味著交易被永久記錄并可供任何人查看。

區塊鏈如何工作？

區塊鏈的目標是允許記錄和分發數字信息，但不能編輯。通過這種方式，區塊鏈是不可變賬本或無法更改、刪除或銷毀的交易記錄的基礎。這就是為什么區塊鏈也被稱為分布式賬本技術（DLT）的原因。

區塊鏈概念于 1991 年首次作為研究項目提出，早于 2009 年其首次廣泛應用：比特幣。此后幾年，通過創建各種加密貨幣、去中心化金融 (DeFi) 應用程序，區塊鏈的使用呈爆炸式增長，不可替代代幣(NFT) 和智能合約。

交易流程

區塊鏈去中心化

想象一下，一家公司擁有一個服務器場，其中有 10,000 臺計算機，用于維護一個包含所有客戶帳戶信息的數據庫。這家公司擁有一個倉庫大樓，其中包含所有這些計算機在一個屋檐下，并且可以完全控制每臺計算機以及其中包含的所有信息。然而，這提供了單點故障。如果那個地方的電停了怎么辦？如果它的互聯網連接被切斷怎么辦？如果一個有趣的員工一鍵刪除所有內容怎么辦？在任何情況下，數據都會丟失或損壞。

區塊鏈的作用是允許該數據庫中保存的數據分布在不同位置的多個網絡節點之間。這不僅創建了冗余，而且還保持了存儲在其中的數據的保真度——如果有人試圖在數據庫的一個實例中更改記錄，其他節點將不會被更改，因此可以防止不良行為者這樣做。如果一個用戶篡改了比特幣的交易記錄，所有其他節點將相互交叉引用，并且很容易用不正確的信息確定節點。該系統有助于建立準確和透明的事件順序。這樣，網絡中的任何單個節點都無法更改其中保存的信息。

因此，信息和歷史（例如加密貨幣的交易）是不可逆的。這樣的記錄可以是交易列表（例如使用加密貨幣），但區塊鏈也可以保存各種其他信息，例如法律合同、州標識或公司的產品庫存。

為了驗證區塊的新條目或記錄，去中心化網絡的大多數計算能力都需要同意它。為防止不良行為者驗證不良交易或雙重支出，區塊鏈由工作證明(PoW) 或權益證明(PoS)等共識機制保護。即使沒有單個節點負責，這些機制也允許達成一致。

透明度

由于比特幣區塊鏈的去中心化性質，所有交易都可以通過擁有個人節點或使用允許任何人實時查看交易的區塊鏈瀏覽器來透明地查看。每個節點都有自己的鏈副本，隨著新塊的確認和添加而更新。這意味著，如果您愿意，您可以隨時隨地追蹤比特幣。

例如，交易所過去曾被黑客入侵，那些將比特幣留在交易所的人失去了一切。雖然黑客可能完全匿名，但他們提取的比特幣很容易追蹤。如果在其中一些黑客中被盜的比特幣被轉移或花費在某個地方，那將是眾所周知的。

當然，存儲在比特幣區塊鏈（以及大多數其他區塊鏈）中的記錄是加密的。這意味著只有記錄的所有者才能解密它以揭示他們的身份（使用公鑰-私鑰對）。因此，區塊鏈用戶可以在保持透明度的同時保持匿名。

區塊鏈安全嗎？

區塊鏈技術以多種方式實現去中心化的安全和信任。首先，新塊總是按時間順序線性存儲。也就是說，它們總是被添加到區塊鏈的“末端”。在將一個區塊添加到區塊鏈末尾之后，除非大多數網絡已達成共識，否則很難返回并更改該區塊的內容。這是因為每個塊都包含自己的hash，以及之前塊的 hash 以及前面提到的時間戳。哈希碼由數學函數創建，該函數將數字信息轉換為一串數字和字母。如果以任何方式編輯該信息，則哈希碼也會更改。

假設在區塊鏈網絡上運行節點的黑客想要更改區塊鏈并從其他人那里竊取加密貨幣。如果他們要更改自己的單個副本，它將不再與其他所有人的副本保持一致。當其他人相互交叉引用他們的副本時，他們會看到這個副本脫穎而出，并且該黑客的鏈條版本將被視為非法而被丟棄。

要成功進行此類黑客攻擊，需要黑客同時控制和更改 51% 或更多的區塊鏈副本，以便他們的新副本成為多數副本，從而成為商定的鏈。這種攻擊還需要大量的金錢和資源，因為他們需要重做所有的塊，因為它們現在有不同的時間戳和哈希碼。

由于許多加密貨幣網絡的規模及其增長速度，實現這一壯舉的成本可能是不可逾越的。這不僅非常昂貴，而且可能毫無結果。這樣做不會被忽視，因為網絡成員會看到區塊鏈發生如此劇烈的變化。然后，網絡成員將硬分叉到沒有受到影響的新版本的鏈。這將導致受攻擊版本的代幣價值暴跌，使攻擊最終毫無意義，因為壞人控制了無價值的資產。如果壞人要攻擊比特幣的新分叉，也會發生同樣的情況。它是這樣構建的，因此參與網絡比攻擊它更能獲得經濟激勵。

比特幣與區塊鏈

區塊鏈技術由 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 于 1991 年首次提出，這兩位研究人員希望實現一個文檔時間戳無法被篡改的系統。但直到近 20 年后，隨著 2009 年 1 月比特幣的推出，區塊鏈才有了它的第一個實際應用。1

比特幣協議建立在區塊鏈之上。在介紹數字貨幣的研究論文中，比特幣的創造者中本聰（化名）將其稱為 “一種完全點對點的新型電子現金系統” ，沒有受信任的第三方。” 2

這里要理解的關鍵是，比特幣僅使用區塊鏈作為透明記錄支付賬本的一種手段，但理論上，區塊鏈可以用于不可變地記錄任意數量的數據點。如上所述，這可以是交易、選舉投票、產品庫存、國家身份證明、房屋契約等形式。

目前，數以萬計的項目正在尋求以各種方式實施區塊鏈來幫助社會，而不僅僅是記錄交易。

區塊鏈與銀行

區塊鏈被認為是對金融業的顛覆性力量，尤其是在支付和銀行業務方面。然而，銀行和去中心化的區塊鏈有很大的不同。

要了解銀行與區塊鏈有何不同，讓我們將銀行系統與比特幣的區塊鏈實現進行比較。

區塊鏈是如何使用的？

正如我們現在所知，比?特幣區塊鏈上的區塊存儲有關貨幣交易的數據。今天，有超過 10,000 個其他加密貨幣系統在區塊鏈上運行。但事實證明，區塊鏈實際上也是一種存儲其他類型交易數據的可靠方式。

一些已經采用區塊鏈的公司包括沃爾瑪、輝瑞、AIG、西門子、聯合利華和許多其他公司。例如，IBM 已經創建了 Food Trust 區塊鏈來追蹤食品到達其位置的旅程。3

為什么要這樣做？食品行業已經看到了無數大腸桿菌、沙門氏菌和李斯特菌的爆發，以及意外引入食品的有害物質。過去，需要數周時間才能從人們的飲食中找到這些爆發的源頭或疾病的原因。使用區塊鏈使品牌能夠跟蹤食品從其原產地到其制造的每一站，最后是其交付的路線。如果發現一種食物被污染，那么它可以通過每個站點一直追溯到其來源。不僅如此，這些公司現在還可以看到它可能接觸到的所有其他東西，從而可以更快地發現問題并可能挽救生命。這是實踐中區塊鏈的一個例子，但還有許多其他形式的區塊鏈實施。

銀行和金融

也許沒有哪個行業比銀行業更能從將區塊鏈整合到其業務運營中受益。金融機構只在營業時間內營業，通常是一周工作五天。這意味著如果您嘗試在周五下午 6 點存入支票，您可能必須等到周一早上才能看到這筆錢進入您的賬戶。即使您確實在營業時間進行存款，由于銀行需要結算的交易量龐大，交易仍可能需要一到三天的時間來驗證。另一方面，區塊鏈從不休息。

通過將區塊鏈集成到銀行中，消費者可以在短短 10 分鐘內看到他們的交易得到處理——基本上就是將區塊添加到區塊鏈所需的時間，無論假期或一天或一周的時間。借助區塊鏈，銀行也有機會在機構之間更快速、更安全地進行資金交換。例如，在股票交易業務中，結算和清算過程最多可能需要三天（如果是國際交易，則可能需要更長的時間），這意味著資金和股票在這段時間內被凍結。

鑒于所涉及金額的規模，即使是在運輸過程中的幾天，也可能給銀行帶來巨大的成本和風險。

貨幣

區塊鏈構成了比特幣等加密貨幣的基石。美元由美聯儲控制。在這個中央權威系統下，用戶的數據和貨幣在技術上是由他們的銀行或政府一時興起的。如果用戶的銀行被黑客入侵，客戶的私人信息就會面臨風險。如果客戶的銀行倒閉或客戶生活在政府不穩定的國家，他們的貨幣價值可能會面臨風險。2008 年，幾家倒閉的銀行被救助——部分使用納稅人的錢。這些是比特幣最初構思和開發的擔憂。

通過在計算機網絡上傳播其操作，區塊鏈允許比特幣和其他加密貨幣在不需要中央機構的情況下運行。這不僅降低了風險，還消除了許多處理和交易費用。它還可以為貨幣或金融基礎設施不穩定的國家/地區的人們提供更穩定的貨幣，具有更多的應用程序和更廣泛的個人和機構網絡，他們可以在國內和國際上開展業務。

對于那些沒有國家身份的人來說， 將加密貨幣錢包用于儲蓄賬戶或作為支付手段尤其重要。一些國家可能飽受戰爭蹂躪，或者政府缺乏任何真正的基礎設施來提供身份證明。這些國家的公民可能無法使用儲蓄或經紀賬戶，因此無法安全地儲存財富。

衛生保健

醫療保健提供者可以利用區塊鏈安全地存儲患者的醫療記錄。當醫療記錄生成并簽名后，可以將其寫入區塊鏈，從而為患者提供記錄無法更改的證據和信心。這些個人健康記錄可以用私鑰編碼并存儲在區塊鏈上，這樣它們就只能被某些個人訪問，從而確保隱私。

財產記錄

如果您曾經在當地的記錄員辦公室待過，您就會知道記錄產權的過程既繁瑣又低效。今天，必須將實物契約交付給當地記錄辦公室的政府雇員，然后手動將其輸入縣的中央數據庫和公共索引。在發生財產糾紛的情況下，對財產的索賠必須與公共索引進行核對。

此過程不僅成本高昂且耗時，而且還容易出現人為錯誤，其中每個錯誤都會降低跟蹤財產所有權的效率。區塊鏈有可能消除在本地記錄辦公室掃描文檔和追蹤物理文件的需要。如果財產所有權在區塊鏈上存儲和驗證，業主可以相信他們的行為是準確且永久記錄的。

在飽受戰爭蹂躪的國家或地區，幾乎沒有政府或金融基礎設施，當然也沒有記錄員辦公室，幾乎不可能證明財產的所有權。如果居住在這樣一個地區的一群人能夠利用區塊鏈，那么就可以建立透明和明確的財產所有權時間線。

智能合約

智能合約是一種計算機代碼，可以內置到區塊鏈中，以促進、驗證或協商合同協議。智能合約在用戶同意的一組條件下運行。當滿足這些條件時，協議條款將自動執行。

例如，假設潛在租戶想使用智能合約租賃公寓。房東同意在房客支付押金后立即向房客提供公寓的門禁密碼。租戶和房東都將各自的交易部分發送到智能合約，智能合約將在租約開始之日保留并自動交換門禁密碼以換取保證金。如果房東在租賃日期之前沒有提供門禁密碼，那么智能合約將退還押金。這將消除通常與使用公證人、第三方調解員或律師相關的費用和流程。

供應鏈

與 IBM Food Trust 示例一樣，供應商可以使用區塊鏈來記錄他們購買的材料的來源。這將使公司不僅可以驗證其產品的真實性，還可以驗證“有機”、“本地”和“公平貿易”等常見標簽的真實性。

正如福布斯報道的那樣，食品行業越來越多地采用區塊鏈來跟蹤整個農場到用戶旅程的食品路徑和安全性。

區塊鏈的優點和缺點

盡管區塊鏈很復雜，但它作為一種去中心化的記錄保存形式的潛力幾乎是無限的。從更大的用戶隱私和更高的安全性到更低的處理費用和更少的錯誤，區塊鏈技術很可能會看到上述應用之外的應用。但也有一些缺點。

優點

通過消除人工參與驗證來提高準確性

通過消除第三方驗證降低成本

去中心化使篡改變得更加困難

交易安全、私密、高效

透明技術

缺點

與開采比特幣相關的巨大技術成本

每秒交易量低

用于非法活動的歷史

監管因司法管轄區而異，仍不確定

數據存儲限制

區塊鏈的好處

鏈條精度

區塊鏈網絡上的交易由數千臺計算機組成的網絡批準。這消除了驗證過程中幾乎所有的人為參與，從而減少了人為錯誤和準確的信息記錄。即使網絡上的計算機出現計算錯誤，錯誤也只會出現在區塊鏈的一個副本上。要使該錯誤傳播到區塊鏈的其余部分，至少需要 51% 的網絡計算機來制造該錯誤——對于像比特幣這樣規模龐大且不斷增長的網絡來說，這幾乎是不可能的。

降低成本

通常情況下，消費者向銀行支付費用以驗證交易，向公證人支付費用以簽署文件，或向部長支付費用以執行婚姻。區塊鏈消除了對第三方驗證的需求——以及隨之而來的相關成本。例如，企業主在接受信用卡付款時會產生少量費用，因為銀行和支付處理公司必須處理這些交易。另一方面，比特幣沒有中央權威，交易費用有限。

權力下放

區塊鏈不會將其任何信息存儲在中心位置。相反，區塊鏈被復制并分布在計算機網絡中。每當向區塊鏈添加新區塊時，網絡上的每臺計算機都會更新其區塊鏈以反映更改。通過在網絡上傳播這些信息，而不是將其存儲在一個中央數據庫中，區塊鏈變得更難篡改。如果區塊鏈的副本落入不法技術人員手中，那么只有一個信息副本，而不是整個網絡受到損害。

高效交易

通過中央機構進行的交易最多可能需要幾天才能結算。例如，如果您嘗試在周五晚上存入支票，您可能要到周一早上才能真正看到賬戶中的資金。金融機構在營業時間內運營，通常是一周工作五天，而區塊鏈則一天 24 小時、一周 7 天、一年 365 天工作。交易可以在短短 10 分鐘內完成，幾個小時后就可以被認為是安全的。這對于跨境貿易特別有用，由于時區問題以及各方必須確認付款處理的事實，跨境貿易通常需要更長的時間。

私人交易

許多區塊鏈網絡作為公共數據庫運行，這意味著任何有互聯網連接的人都可以查看網絡交易歷史列表。盡管用戶可以訪問有關交易的詳細信息，但他們無法訪問有關進行這些交易的用戶的識別信息。人們普遍誤解比特幣等區塊鏈網絡是匿名的，而實際上它們只是保密的。

當用戶進行公開交易時，他們的唯一代碼——如前所述，被稱為公鑰——被記錄在區塊鏈上。他們的個人信息不是。如果一個人在需要身份驗證的交易所購買了比特幣，那么這個人的身份仍然與他們的區塊鏈地址相關聯——但即使與一個人的姓名相關聯，一筆交易也不會泄露任何個人信息。

安全交易

一旦交易被記錄，其真實性必須由區塊鏈網絡驗證。區塊鏈上的數千臺計算機爭相確認購買細節是否正確。計算機驗證交易后，將其添加到區塊鏈塊中。區塊鏈上的每個區塊都包含自己唯一的哈希，以及之前區塊的唯一哈希。當以任何方式編輯一個塊上的信息時，該塊的哈希碼會發生變化——但是，它之后的塊上的哈希碼不會改變。這種差異使得區塊鏈上的信息很難在沒有通知的情況下更改。

透明度

大多數區塊鏈都是完全開源的軟件。這意味著任何人和每個人都可以查看其代碼。這使審計人員能夠審查比特幣等加密貨幣的安全性。這也意味著對于誰控制比特幣的代碼或如何編輯它沒有真正的權威。因此，任何人都可以建議對系統進行更改或升級。如果大多數網絡用戶同意升級后的新版本代碼是合理且值得的，那么比特幣就可以更新了。

為沒有銀行賬戶的人提供銀行服務

也許區塊鏈和比特幣最深刻的方面是任何人，無論種族、性別或文化背景，都可以使用它。據世界銀行稱，估計有 17 億成年人沒有銀行賬戶或任何儲存金錢或財富的手段。幾乎所有這些人都生活在發展中國家，那里的經濟處于起步階段，完全依賴現金。

這些人經常賺一點錢，用實物現金支付。然后，他們需要將這些實物現金存放在家中或其他居住地的隱藏位置，從而使他們遭受搶劫或不必要的暴力。比特幣錢包的鑰匙可以存儲在一張紙、一部便宜的手機上，必要時甚至可以記憶。對于大多數人來說，這些選項可能比床墊下的一小堆現金更容易隱藏。

未來的區塊鏈也在尋找解決方案，不僅可以作為財富存儲的記賬單位，還可以存儲醫療記錄、產權和各種其他法律合同。

區塊鏈的缺點

技術成本

盡管區塊鏈可以為用戶節省交易費用。例如，比特幣網絡用來驗證交易的 PoW 系統會消耗大量的計算能力。在現實世界中，比特幣網絡上數百萬臺計算機的電量接近挪威和烏克蘭每年的消耗量。

盡管開采比特幣的成本很高，但用戶繼續提高電費以驗證區塊鏈上的交易。那是因為當礦工在比特幣區塊鏈中添加一個區塊時，他們會得到足夠的比特幣來獎勵他們的時間和精力。然而，當涉及到不使用加密貨幣的區塊鏈時，礦工將需要獲得報酬或以其他方式激勵來驗證交易。

這些問題的一些解決方案開始出現。例如，已經建立了比特幣礦場來使用太陽能、水力壓裂現場的多余天然氣或風電場的電力。

速度和數據效率低下

比特幣是區塊鏈可能效率低下的完美案例研究。比特幣的 PoW 系統大約需要 10 分鐘才能將新區塊添加到區塊鏈中。按照這個速度，據估計區塊鏈網絡每秒只能管理大約七筆交易 (TPS)。盡管以太坊等其他加密貨幣的表現優于比特幣，但它們仍然受到區塊鏈的限制。就上下文而言，傳統品牌 Visa 可以處理 65,000 TPS。

這個問題的解決方案已經開發了多年。目前有超過 30,000 TPS 的區塊鏈。11

另一個問題是每個塊只能容納這么多的數據。區塊大小的爭論一直是并將繼續是未來區塊鏈可擴展性最緊迫的問題之一。

規定

加密貨幣領域的許多人對政府對加密貨幣的監管表示擔憂。雖然隨著比特幣去中心化網絡的發展，終結比特幣之類的東西變得越來越困難，而且幾乎不可能，但理論上政府可以將擁有加密貨幣或參與其網絡定為非法。

隨著時間的推移，這種擔憂變得越來越小，因為像 PayPal 這樣的大公司開始允許在其平臺上擁有和使用加密貨幣。

什么是簡單的區塊鏈？

簡而言之，區塊鏈是一個共享數據庫或分類帳。數據片段存儲在稱為塊的數據結構中，網絡的每個節點都有整個數據庫的精確副本。確保了安全性，因為如果有人試圖編輯或刪除分類帳副本中的條目，大多數人將不會反映此更改并且將被拒絕。

有多少個區塊鏈？

實時區塊鏈的數量每天都在以越來越快的速度增長。截至 2022 年，基于區塊鏈的活躍加密貨幣超過 10,000 種，還有數百種非加密貨幣區塊鏈。

私有區塊鏈和公共區塊鏈有什么區別？

公共區塊鏈，也稱為開放或無許可區塊鏈，是任何人都可以自由加入網絡并建立節點的區塊鏈。由于它們的開放性，這些區塊鏈必須使用密碼學和工作量證明 (PoW) 等共識系統來保護。

另一方面，私有或許可的區塊鏈要求每個節點在加入之前都經過批準。因為節點被認為是可信的，所以安全層不需要那么健壯。

什么是區塊鏈平臺？

區塊鏈平臺允許用戶和開發人員在現有區塊鏈基礎設施之上創建新用途。一個例子是以太坊，它有一種被稱為以太(ETH) 的原生加密貨幣。但以太坊區塊鏈還允許創建智能合約和可編程代幣，用于初始代幣發行(ICO) 和不可替代代幣 (NFT)。這些都是圍繞以太坊基礎設施建立的，并由以太坊網絡上的節點保護。

誰發明了區塊鏈？

區塊鏈技術于 1991 年由兩位數學家 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 首次提出，他們希望實現一個文檔時間戳無法被篡改的系統。1

在 1990 年代后期，Cypherpunk Nick Szabo提議使用區塊鏈來保護稱為比特黃金的數字支付系統（從未實施）。