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白话区块链 之2: 区块链技术理念

【编者Peter Ye按】

可以打开如下链接,详细阅读前一篇

白话区块链 之1: 为什么账本要这么记?

下面的段落是:第1章第2节 《区块链技术理念》。

---Begin---

 区块链在本质上就是一种记账方法,当然了,并不是通过人来记账的,而是通过一种软件,我们暂且简称为区块链客户端。以上面的例子来说,张三、李四、王五、赵六等人,就相当于是一个个的区块链客户端软件,它们运行在不同的设备上,彼此之间独立工作,通常我们把运行中的客户端软件称之为节点,这些节点运行后,彼此之间会认识一下,它们彼此之间是这样认识的:张三认识李四也认识王五,赵六联系到了张三,让张三把他认识的人的联系方式发给自己,这样赵六也认识了李四和王五,通过这样的方式,大家就形成了一张网,有什么事只要招呼一声,立马消息就会传遍整个网络节点,这个方式跟新闻转发差不多,不需要依靠某一个人,大家就能互通消息了,在区块链软件的结构中,这种互相通信的功能称之为是网络路由。

在这个网络中,每个节点都维护着自己的一个账本,账本中记录着网络中发生的一笔笔的账务,具体是什么样的账务呢?这得看具体是什么样的功能网络,区块链技术是属于一种技术方法,可以用来实现各种不同的业务功能,小到如上例中的日常记账,大到各种复杂的商业合约等等,记录的数据也就不同了。网络中的节点是独立记账的,可是记账的内容要保持彼此一致,所用的方法就是设定一个游戏规则,通过这个规则选出一个记账的节点,就如上例中的掷骰子,在区块链系统中,这个所谓的掷骰子称之为是共识算法,就是一种大家都遵守的筛选方案,我们现在可以就这么先简单的理解下。选出一个节点后,则一段时间内的账务数据都以这个节点记录的为准,这个节点记录后会把数据广播出去,告诉其他的节点,其他节点只需要负责接收,通过网络来接收新的数据,接收后各自根据自己现有的账本验证一下能不能接的上,有没有不匹配不规范的,如果都符合要求,就存储到自己的账本中。

在有些系统中,会考虑到被骰子投中的节点的劳动付出,毕竟它要负责整理数据,验证数据,打包数据,还要再广而告之,这个活还是辛苦的,于是会设计一种激励机制,轮到打包的那个节点,可以获得系统的奖励,这个奖励类似于论坛积分一样,站在软件技术的角度,就是一个数据,这个数据可以被认为是奖金,有时候大家会很积极的去争取那个奖金,于是就希望骰子能投中自己,有些区块链系统在这个环节会设计出一种带有竞争的机制,让各个节点去抢,谁能抢到这个机会谁就能获得打包数据的权力并且同时获得这笔奖励,在这种情况下,我们会形象的将这个竞争的过程称之为是挖矿

那么,话又说回来了,在上面我们将这一个个的运行客户端称之为是节点,那到底怎么标记不同的使用者呢?也是通过用户名注册么?实则不然,在区块链系统中,这个地方的设计是很有意思的,是通过一种密码算法来实现的,具体的说是通过一种叫公开密钥算法的机制来实现的,我们知道,对于一种密码算法来说,无论算法过程是什么样的,都会有一个密钥,而公开密钥算法拥有一对也就是两个密钥,跟虎符一样,是彼此配合使用的,可以互相用来加解密,其中一个叫私钥,另外一个叫公钥,公钥可以公开给别人,私钥要自己保管好,在区块链系统中,公钥就是用来当成用户的识别身份的,一般不会直接就使用公钥,因为不容易让人记住,往往都是比较长的,实际处理的时候都会进行一个转换,比如取得公钥的最后20个字节或者经过一系列更复杂的转换,最后得到一个称之为是地址的转换结果,这个地址就能代表一个用户。

为什么在区块链系统中要搞这么一个奇怪的用户身份表示方法呢?似乎看起来除了有些创意外,也没特别的用处啊。这里我们就得再介绍下这个公开密钥算法的特别能力,之前提到说这种算法有两个密钥,那么这两个密钥怎么配合工作的呢?我们来简单的说明一下,用公钥加密的数据必须用对应的私钥来解密,而用私钥加密(通常习惯称为签名)的数据必须用对应的公钥来解密。这个特点可是能发挥很大的用处的,就如上述的例子中,如果张三要发送给李四一张支票,那怎么传送呢?就这么发过去,会被那个记账的人拿到,风险可就大了。于是张三想了一个办法,他在支票上用李四的公钥加了个密,然后再签上自己的名字(使用自己的私钥签名),这个时候其他人就算拿到支票也没用,因为只有李四才有自己的私钥,也只有李四才能解开这张支票来使用。这种功能设计在区块链系统中称之为脚本系统。

现在我们知道了,区块链的技术理念,其实就是大家共同来参与记账,通过一种规则不断地选出账务打包者,其他节点接收验证,并且每个用户都有一对密钥表示自己,通过脚本系统的功能可以实现在这样的一个公共的网络中定向发送有价值的数据。

1.1.3一般工作流程

    通过上面的例子,相信读者朋友对区块链已经有了一个基本的概念认识了,区块链系统有很多种,第一个应用区块链技术的软件就是比特币,事实上区块链的概念就是比特币带出来的,到现在为止,已经出现了相当多基于区块链技术的衍生系统了,比如闪电网络、公证通、以太坊、超级账本项目等,每一类系统都有自己的特点,就好比是汽车设计,有的是设计成跑车;有的是设计成运输车;有的是设计成商务车,但是有一点,无论是是什么类型的车,它的工作方式或者说工作流程都是类似的,在本质上它们都是同一类技术结构的产物。在这一小节,我们就来站在一个一般性的角度,阐述一下区块链系统的工作流程,为了便于说明,我们会选取一些场景例子。

我们先来看一个转账交易的流程,转账交易本质上就是发送一笔数据,这个数据可以表示为资产,也可以表示为订单或者其他各种形式的数据,我们看一下图示:

通过图中我们可以看到,整个数据的发送过程其实还是很简单的,数据发送出去后,会被打包进区块,然后广播出去给所有的节点确认,确认没有问题后就写入到各自的本地区块链账本中,当网络中的大多数节点都确认写入后,这个转账过程就算是定论了。有朋友可能会问,在这种分布式的网络中,怎么能知道是被大多数节点确认写入了呢?这里并没有什么服务器登记啊?这个问题我们先留着,在下面讲到区块链分类的时候会有详细的解释,大家可以先思考一下。

这个工作流程图是有代表性的,其他各种系统都是在这个基础上进行衍生和扩展,比如有些会增加身份认证功能,以确保只有符合身份验证的用户才能发送数据;有些则扩展交易数据的表达能力,使得不但能用来表示一般的交易转账,还能表示更复杂的商业逻辑。各种应用很多,但是万变不离其中。

实际上,说一千道一万,整个一个区块链网络,就是大家共同来维护一份公共账本,注意了,这个公共账本是一个逻辑上的概念,每个节点各自都是独立的维护自己的账本数据的,而所谓的公共账本,就是说各自的账本要保持一致,保持一致的部分就是公共账本,我们看下图示:

如图所示,有些节点在广播新的数据,有些节点在接收数据,大家共同维持一个账本,确保达成一致,区块链技术其实就是围绕着如何来保持数据的一致,如何让这个公共账本的数据不被篡改来展开的,为了解决这些问题,区块链技术拥有一套技术栈,我们通过以下章节来阐述。

---End---

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【编者Peter Ye按】

对区块链有着初步了解的朋友,都知道区块链的区块主要记录的是账本数据,不过随着区块链的场景使用越来越多,其实区块记录的有更多类型的数据,例如历史数据,或者在结合食品溯源方面,记录的就是状态数据。

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