关于区块链的系统思考与梳理

区块链技术这一切都有迹可循，线索就在技术的发展当中。1.从分布式说起分布式技术出现很久了，大概可以这么说，计算机的历史有多久，分布式的历史就有多久。分布式的概念是这么定义的:狭义的分布式是指，指多台PC在地理位置上分布在不同的地方。广义的分布式，概念就丰富了，有分布式系统、分布式程序、分布式计算等等。虽然分布式的概念提出了很久，但是一直没有得到大规模的实际用途，具体是什么原因呢?没有人说得清楚，但我个人估计是没有现实的需求。区块链技术在互联网还没有真正发展起来的时候，大部分业务中心化的服务器都可以处理的很好，效率又高，费用又低，所以对分布式没有需求，所以分布式也就没有大规模发展起来。2.分布式技术的实际应用但是，在互联网发展到一定的程度与规模之后，中心化的技术在发展当中遇到了一些小小的问题。以内容下载为例，如果都从中心化的服务器上下载，那么整个下载的速度就会很慢，并且下载的人越多，速度就会越慢。但是很多内容是刚需，只要能想办法早一秒下载好，就需要早一秒下载好，每一秒都很关键。于是迅雷和PPTV等项目，开始进行分布式改造，万向信托董事长肖风在演讲中曾经这么描述PPTV：现在还有一个案例就是中国的PPTV，大家去看，它采用的就是分布式互联网技术，你没有办法找到谁在盗版?我们知道要想让电影看起来很流畅，一秒钟就要播放24桢画面，在PPTV上，每秒的24桢图画是存在不同的电脑里面的，所以公安没有办法去查找谁在盗版，你根本不可能查得出来谁在盗版，当你在点播区块链技术上的一个视频时，基于这一套算法，就把存在于不同电脑里的图片调出来，还要按照顺序在一秒钟之内帮你播出去，这就是分布式互联网。未来的世界是一个分布式的世界。因为随着数据量的增多，任何的单一的中心服务器都无法承载。如此大负荷的计算量，正如某某所说。未来时一公里之内就会有一个交换机站。未来世界，一公里之内就会有一个交换机站，那时的网络和信号太美我不敢想，这正是分布式技术能够带给我们的美好未来。3.从分布式技术到分布式共识技术的演化永远向前，永不停歇!前面所说的迅雷和PPTV，都只是分布式技术的具体应用，但是他们仍然是在一个中心化机构的管理下进行，仅限于技术层面的协作，算是在既定协议下的简单交换。这边分布式技术在马不停蹄的发展，那边有一个更为大胆的想法出现，有没有可能我们不仅仅能用上分布式的技术，而且还能够实现分布式的共识呢?区块链技术分布式共识与分布式技术虽然只差一个词，但是两者的内涵完全不一样，分布式技术是技术层面的合作，而分布式共识却是社会层面的合作，它的内涵和适用范围要广得多。为了解决这个问题，科学家们想了很多办法。4.容错与共识算法为了从“分布式技术”提升到“分布式共识”，科学家们提出了很多理论，付出了很多的努力。分布式系统要想达成百分之百的共识，是非常非常困难的事，总会有人恶意作恶，总会有人出现错误或者网络延迟等各种问题，要达成分布式的共识，最重要的是解决在达成共识过程中会出现的各种“故障”，用专业术语说，就是要解决容错问题。比如：(1)简单容错在简单的容错系统中，我们假设系统的所有进程的行为方式都是固定的：要么遵守协议，要么失败。这种类型的系统能够妥善处理脱机或故障节点，并且不必担心节点发出任意或恶意的行为。但是，如果运行环境不受控，简单容错机制很难发挥作用。区块链技术(2a)拜占庭容错在拜占庭容错系统中，我们假设节点可能产生故障或者恶意。在分散系统中，网络是开放的、不受限制的，节点由独立的个体控制，因此行为有很大的随意性，在设计系统模型时，这种情况必须考虑。(2b)BAR容错还有一种故障叫做“理性”故障，即节点为了自身利益，可能会背离系统整体的目标。换句话说，节点可以老实，也可以不老实，这取决于其动机。如果“筹码”足够高，那么甚至大多数节点都会“叛变”。正所谓忠诚，取决于背叛的筹码。这被正式定义为BAR模型，它考虑到了拜占庭式故障和理性故障。5.分布式共识的不可能三角具体的技术原理我们暂时不去管它，只需要知道关于如何达成分布式的共识一直在学术上没有得到有效解决方案，甚至拜占庭将军问题在很长一段时间被认为是无解的，还有人提出了“不可能三角”理论。不可能三角：在分布式数据系统中，有一个cap原理(CAPTheorem)。CAP原理中，有三个要素：一致性(Consistency)可用性(Availability)分区容忍性(Partitiontolerance)CAP原理指的是，这三个要素最多只能同时实现两点，不可能三者兼顾。因此在进行分布式架构设计时，必须做出取舍。而对于分布式数据系统，分区容忍性是基本要求，否则就失去了价值。因此设计分布式数据系统，区块链技术就是在一致性和可用性之间取一个平衡。对于大多数web应用，其实并不需要强一致性，因此牺牲一致性而换取高可用性，是目前多数分布式数据库产品的方向。注意看最后一句话：因此牺牲一致性而换取高可用性，是目前多数分布式数据库产品的方向。也就是说一致性的问题，并没有得到很好的解决，这种尴尬的状态一直持续到中本聪的出现。6.中本聪中本聪是一个知识面非常丰富，横跨多领域的天才。从他在比特币白皮书和bitcointalk论坛上的发言来看，他至少拥有计算机、密码学、网络、经济学等多领域的专业知识。而且，在他之前整个密码学界已经做了大量的探索和积累，也曾经出现过类似于Hashcash之类的产品，并且在椭圆双曲线、SHA256、工作量证明、电子签名等多个领域出现了成熟的实用技术。区块链技术正是在他天才的思想与各种机缘巧合的历史背景下，中本聪解决了分布式共识的问题!他开创性的用工作量证明和最长链法则结合解决了共识的问题;他非常巧妙的用概率上的不可能解决了最终确认的问题;虽然牺牲了一定的高性能，但是算是成功的解决了拜占庭容错的问题，第一次让分布式共识在实际意义上变得可行了。分布式共识的达成是非常重要的历史突破!刘昌用老师就把分布式共识这个特性看得非常重，认为它是整个区块链的核心，他说:“我认为区块链的核心是分布式共识。分布式共识提出的就是所谓的区块链核心去中心化，分布式共识的价值就在于简单投票的方式可以用到全球大规模的分散的经济活动当中去。”对此，我深表认同。7.比特币：一种点对点的电子现金系统比特币的一声炮响，为我们打开了新世界的大门。中本聪设计的比特币非常精妙，从交易到链式数据结构，从工作量证明到网络传播，再到最长链法则，再到激励，一环一环，环环相扣。区块链技术比特币的出现，是为了实现它白皮书中所说的目的——一种点对点的电子现金系统。这种电子现金系统的神奇之处在于，它没有中心，完全由分布式共识驱动着往前发展。从哲学角度来讲，分布式共识的达成是一种秩序的形成，是一种熵减的行为，但是大自然的方向却是熵增的。你要实现这种秩序，就必须付出额外的代价，而比特币是用工作量证明来达成的这种秩序。8.去中心化——分布式共识的核心奥义这里有一个小细节需要注意，我前面都是讲的分布式共识，但是到了比特币这里突然讲到了点对点，这两个词并不是同一个意思。事实上，分布式是一个非常大的概念，而点对点是一个非常具体的概念，这两个概念之间还有一个非常重要的概念叫做——去中心化。这们之间的关系大致是这样的：分布式分布式共识去中心化点对点a.要想保证直接的点对点效果，前提是必须有去中心化这个特性的保证;b.并不是所有去中心化都能实现点对点;区块链技术去中心化是分布式网络结构中的一种，所有的去中心化都是采用分布式网络结构的;d.分布式网络结构并不都是“去中心化”的，也可能是“中心化”的。江卓尔非常看重“去中心化”这个特性，他多次表达这样的意思:去中心化的特性是区块链的全部意义所在。这种去中心化的特性，能带来很多在中心化世界中所没有的东西——比如自由。区块链技术正如他经常说的另外一句话：“区块链带来自由，自由带来交易，交易带来财富，这就是区块链时代财富的核心逻辑;由此我们也可以感受下去中心化的特性到底有多重要。”9.计算即权力——去中心化世界的话语权工作量证明的出现，成功的解决了分布式共识的达成问题，同时也打开了一扇去中心化世界的大门。从那时开始，能够实现工作量证明的算力，开始作为生态中最重要的因素登上历史舞台。甚至不夸张的说，算力有可能成为区块链时代和接下来这个科技智能时代所有生态的顶点。因为算力无论是对作为生产关系的区块链，还是对生产力的人工智能，还是对作为生产资料的数据都有至关重要的作用。算力持有者是区块链行业最重要的利益相关者，也是最聪明最敏感的群体，他们所在的地方一般就是利益最大的地方。区块链技术同时，算力之争其实也是这个行业的权力之争，这里面斗争的残酷性完全不因为有“共识”这种美好的词汇而减轻半分。而在算力之争中，大的算力将碾压小的算力，这很残酷!这正在发生!10.区块链：分布式共识的系统性解决方案在比特币的设立之初，目标就很明确，就是要成为一种点对点的电子现金系统，也就是说是当作货币来设计的，所以在代码中增加了许多货币所独有的特点。比如说固定总额2100万个，比如说十分钟出一个区块，比如说固定每个区块挖出比特币的数量，比如说UTXO系统等等，都算是专门为货币交易系统而设计。在比特币刚出现的时候，并没有区块链这个概念，那时候的区块链更像由一个一个的区块构成的链，而不像现在区块链已经成了一个包含丰富内涵的独立概念。在比特币成功运行多年之后，人们忽然发现不仅比特币本身是一种伟大的发明，而且它底层所用到的区块链技术，更是一种非常有意义的技术，非常值得大范围推广运用的技术，其意义甚至不亚于比特币本身。抛开货币这个属性之后，区块链能做的其实更多!区块链技术机制等不同的共识机制发明出来之后，以及后来又陆续出来了若干种不同的分布式共识机制，使得区块链竟然得以脱离比特币本身，成为分布式共识的系统集成解决方案。11.不可篡改的事实机器区块链的出现，在解决分布式共识的同时，带来了一个非常重要的特性，就是不可篡改。有些人可能会觉得不可篡改真的那么有用吗?我现在在微信上的聊天记录也没有谁篡改，我现在支付宝上的转账记录也没有谁篡改，那这种不可篡改和区块链提供给我们的不可篡改，有什么区别呢?微信上的聊天记录不可篡改，是它暂时没有必要去纂改，不信你看看你的微信公众号，经常有文章被删除，有些人的公众号整体被封禁屏蔽，要修改你的文章更是轻轻松松，只是看有没有必要而已;有些人的支付宝，交易账户被关闭，有些账目被强制退回，这些都是对于数据的篡改。它们不篡改你的数据不是因为不能，而是因为它们不想和暂时不需要;但是区块链的不可篡改，是真正的不能篡改!区块链技术为什么区块链上的消息和转账记录能够，被法院认定为证据，就是因为，区块链的不可篡改特性。这种真正意义上的不可篡改，给我们提供了一个很重要的东西，就是确定性。我们以前的信息互联网，上面传递的都是信息，信息具有高度的不确定性，每个人都可以发布，谁都不用为真假负责;但区块链上发布的信息，一经发布，将不可篡改，就可以当作呈堂证供，未来如果追究责任就有了依据。所以有人说区块链是事实的机器，是信任的机器，正是来源于此。12.ICO——分布式共识下的融资形式前面我们一直在讲分布式共识，实际上，要想达成长久有效的分布式共识，激励机制是关键。对一个组织而言，光有共识是不够的，共识是基础，有了共识，事情才能够往前推进。但是要把事情往前推进，除了得有共识，还得有资金。有了资金，分布式共识才有意义，去中心化才有活力。而这些正是ICO出现的意义。区块链技术在比特币的基础上做了