揭开区块链之谜二：比特币区块链

区块链的类型

比特币白皮书由中本聪于 2008 年发布，第一个比特币区块于 2009 年被开采。由于比特币协议是开源的，任何人都可以利用该协议，分发它（修改代码），并开始他们自己的版本P2P货币。 许多所谓的山寨币出现并试图比比特币更快或更匿名。 不久之后，不仅代码被修改以创建更好的加密货币，而且还有一些项目试图改变区块链的想法，超越 P2P 货币用例。

这个想法表明比特币区块链实际上可以用于任何类型的交易或任何类型的协议，例如P2P保险、P2P能源交易、P2P拼车等。ColoredCoins和Mastercoin都是尝试用比特币区块链协议解决问题. 以太坊项目决定创建自己的区块链，它具有与比特币不同的属性，并将智能合约层与核心区块链协议分开，提供了一种创建在线市场和可编程交易的新方法，称为智能合约。 方法。

像银行这样的私人机构意识到他们可以使用区块链的核心思想作为分布式账本技术（DLT）首次提出比特币概念的是，并创建一个许可的区块链（联合私有），其中验证者是联盟成员或同行。 独立法律实体的联盟。 许可私人分类账背景下的区块链极具争议性。 这就是分布式账本技术这个术语成为一个更通用的术语的原因。

私有区块链对于解决传统金融机构内的效率、安全和欺诈问题非常有用，但只是渐进式的。 私有区块链不太可能彻底改变金融体系。 然而，公共区块链有可能用软件取代传统金融机构的大部分功能，从根本上重塑金融系统的运作方式。

公共区块链

基于工作量证明 (PoW) 共识算法的最先进的公共区块链协议是开源且无需许可的。 任何人都可以参加。 (1) 任何人都可以下载代码并开始在他们的本地设备上运行一个公共节点，验证网络中的交易，从而参与共识过程，确定哪些块被添加到链中以及当前状态是什么。 (2) 世界上任何人都可以通过网络发送交易并希望将它们包含在区块链中（如果它们有效）。 (3) 任何人都可以在公共区块浏览器上阅读交易。 交易是透明的，但匿名的。

联盟链

联盟区块链在团队的领导下运作。 与公共区块链不同，它们不允许任何可以访问互联网的人参与验证交易的过程。 联盟区块链更快（更高的可扩展性）并提供更多的交易隐私。 联盟链主要用于银行业。 共识过程由一组预选节点控制； 例如，想象一个由 15 个金融机构组成的联盟，每个机构都运行一个节点，其中每个区块链都需要 10 个机构的共识才能发挥作用。 确认将生效。 对区块链数据的访问可能是公开的或仅限于参与者。

私人区块链

只有一个组织可以控制其写权限。 读取权限可以是公开的或限制在任意范围内。 示例应用程序包括单个公司内的数据库管理、审计等，因此在许多情况下根本不需要公共可读性。 在其他情况下，需要公共审计功能。 私有区块链是一种利用区块链技术，建立可以在内部验证交易的团体和参与者的方式。 这就像在一个有安全漏洞风险的集中式系统中，而不是一个由博弈论激励保护的公共区块链。 然而，私有区块链有其用途，尤其是在涉及数据隐私规则和其他监管问题时。 它们具有一定的安全优势和其他安全劣势。

混合/区块链数据库：BigchainDB 示例

最先进的公共区块链目前存在可扩展性问题，这意味着网络每秒只能处理少量交易，因此它们不适合具有高交易量的大型应用程序。 比特币和以太坊每秒只能处理不到十几笔交易，而 Visa 在高峰期需要每秒处理 10 万笔交易。 例如，BigchainDB 将分布式数据库的可扩展性能力与区块链的不可变元素相结合，在数据库端解决了这个问题。

有些人会质疑你可以把 BigchainDB 称为区块链。 但是它是分布式计算技术中的一项重要技术，解决了可扩展性这个大问题。 我们目前正在重新设计Web3.0的数据结构，从中心化计算到去中心化/分布式计算和去中心化网络。 在这种情况下，BigchainDB 是 Web3.0 技术栈中的重要组成部分（见下图）。

不同的分类方案

许多人试图对区块链进行分类，但对于如何准确区分不同类型的区块链还没有达成共识。 我们列出了一系列不同的分类方案。

一个区别是公共和私人直接，或许可和非许可。 有时这些术语是同义词，但它们指的是不同的事物。

比特币区块链是一个游戏规则的改变者，因为它是公开的和无需许可的。 世界上任何人都可以下载开源代码，并通过一种称为挖矿的概念开始验证交易并获得比特币奖励。

比特币网络中的所有利益相关者彼此不认识、不信任，他们通过协议中预先定义的经济激励框架进行协调，并由 P2P 网络的机器共识自动执行。 因此，区块链协议中的智能合约为所有网络参与者提供了一个协调框架，而无需使用传统的法律合约。 在私有和许可的区块链中首次提出比特币概念的是，所有验证交易的网络参与者都是已知的。 双边或多边法律协议提供了信任框架。

加密经济学

加密经济学被认为是对竞争环境中经济互动的研究。 潜在的挑战是，在没有中心化一方控制的去中心化 P2P 系统中，人们必须假设会有不良行为者意图破坏系统。 加密经济学方法将密码学与经济学相结合，创建了一个强大的去中心化 P2P 网络，尽管对手试图破坏 P2P 网络，但该网络能够随着时间的推移而蓬勃发展。 这些系统的基础是密码学，它保证了网络内P2P通信的安全性，经济学鼓励所有参与者为网络做出贡献，从而使网络能够不断发展。

在比特币出现之前，人们普遍认为 P2P 网络中的节点之间不可能实现容错和抗攻击一致性（拜占庭问题）。 中本聪在 2008 年发布的比特币白皮书中引入了 P2P 网络的经济激励机制，并解决了这一问题。基于密码学的去中心化 P2P 系统并不新鲜，比特币之前的这些 P2P 系统所缺乏的是经济参与者网络的协调。激励层。 中本聪实施的工作量证明（POW）共识机制引入了经济协调博弈的新领域，现在称为密码经济学。

P2P 网络中的机器共识

分布式计算中的一个基本问题是在存在大量错误或可能损坏的程序的情况下实现整体系统可靠性。 这通常需要实体就计算期间所需的某些数据值达成一致。 一致性问题需要许多网络参与者就单个数据值达成一致。 某些过程可能会失败或不可靠，因此共识协议必须具有容错性、抗攻击性和抗串通性：

(1) 容错性

去中心化系统不太可能意外失败，因为它们依赖于许多独立的组件。

(2) 抗攻击

去中心化系统的攻击、破坏或操纵成本更高，因为它们缺乏敏感的中心点，这些中心点的攻击成本比周围系统的规模经济低得多。

(3) 反串通

去中心化系统中的参与者更难勾结并以牺牲其他参与者为代价行事，而企业和政府的领导人总是以有利于他们的方式勾结。

经济共识规则

在加密经济系统中，经济激励被设计为具有容错性、攻击性和抗串通性。 这些经济激励与加密代币相关。 比特币只是将利益相关者利益与经济激励相结合的代币治理规则集的第一个例子。

虽然中本聪将比特币的代币治理规则与 POW 激励机制联系在一起，但其他区块链已经尝试了其他共识机制。 以下是一些可能的共识机制。 请注意，密码经济学领域是相当新的。 随着时间的推移，我们可能会看到更多的共识机制。

工作证明 (PoW)：比特币区块链使用电力来保护系统。 它创造了一种您只能通过工作证明 (PoW) 参与的经济。 您这样做是为了赚取比特币代币。 如果你花钱并且公平地遵守规则，你会拿回你的钱。 如果你作弊，你就会赔钱。 一致性规则的设计方式使得作弊无法支付。 这种简单的博弈论均衡是比特币共识算法的核心。 目前，大多数山寨币都是比特币协议的软件分叉，通常对比特币区块链的 PoW 算法稍作改动。 有人认为，比特币目前的共识系统与其说是中本聪设计的纯 PoW，不如说是 Delegated PoW，因为大多数矿工都以矿池的形式组成了卡特尔。

历史：工作量证明是一种经济措施，通过要求服务请求者做一些工作（通常意味着计算机处理时间）来阻止拒绝服务攻击和其他服务滥用（如网络上的垃圾邮件）。 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 在 1993 年的期刊中首次提出了这个概念。 “工作量证明”一词最早由 Markus Jakobsson 和 Ari Juels 在 1999 年的一篇论文中提出并正式化。 这些方案的一个关键特征是它们的不对称性：请求方的工作必须适度（但可行），但服务提供商可以轻松检查。 这个想法也被称为 CPU 成本函数、客户难题、计算难题或 CPU 定价函数。

(1) 权益证明（PoS）：是加密货币区块链网络实现分布式一致性的另一种方式。 PoW 方法要求用户反复运行哈希算法或其他客户端难题来验证电子交易，而权益证明则要求用户证明拥有一定数量的货币。 Peercoin 是第一个使用股权证明发起的加密货币。 其他值得注意的实现可以在 BitShares、Nxt、BlackCoin、NuShares/NuBits 和 Qora 中找到。 以太坊计划从 PoW 到 PoS 共识的艰难过渡。 Decred 混合了 PoW 和 PoS，并结合了两者的元素，试图获得两个系统的好处，并创建一个更强大的共识概念。 使用 PoS，挖掘区块的概率取决于矿工所做的工作（例如，用于检查哈希的 CPU/GPU 周期。在比特币的情况下，与 PoS 相比，比较的资源是矿工持有的比特币数量，持有1%比特币的人可以挖出1%的“PoS区块”。用户必须证明自己拥有一定数量的加密货币才能产生一个区块，而不是牺牲能量来挖出一个区块。你拥有更高的权益，你更有可能产生一个区块。理论上，这应该可以防止用户创建分叉，因为它会降低他们的股份。股份证明听起来是个好主意，但具有讽刺意味的是，存在“没有任何股份”的问题。自从开采比特币以来很昂贵，将你的精力浪费在一个不会让你赚到任何钱的新叉子上是不明智的，但在 PoS 下，它是免费的。

(2) Delegated Proof of Stake：DPoS 使用信用体系和实时投票来达成共识。 更具体地说，必须建立一个受信任的团体，该团体的所有成员都有资格创建区块并阻止不受信任的各方参与。 负责创建区块的各方不能更改交易细节。 但是，它们可以防止特定交易被包含在下一个网络块中。 这似乎需要一定程度的信任，这使得这个概念看起来不那么吸引人。 但是，任何未包含在下一个区块（或无法创建的区块）中的交易将意味着下一个网络区块的大小是其两倍。 从某种意义上说，这可以防止一些恶意破坏。 它所做的只是稍微延迟所述交易。 此外，任何以邪恶手段行事的人都会将他们的行为暴露在公众面前。 支持 DPoS 的币圈成员可以投票将该人彻底除名。 似乎欺诈活动不仅在 DPoS 规则下是不可能的，而且这样做也不符合任何人的最佳利益。 作为网络的一部分，也可以有更多或更少的代表，尽管这也可能没有好处。 不过重复的次数总是可以改变的，这是一个需要牢记的重要因素。

(3) 燃烧证明：它也可以用来引导加密货币。 这个想法是矿工应该证明他们花费了一些硬币，即他们发送到一个可验证的不可花费的地址。 从个人的角度来看，这很昂贵，就像工作量证明一样； 但除了被销毁的基础资产外，它不消耗任何资源。 到目前为止，所有使用加密货币开采的工作量证明都是通过燃烧工作量开采的加密货币来完成的，因此最终的稀缺资源仍然是工作量证明开采的。

(4) Proof of Authority (PoA)：PoA是私有区块链中的一种共识机制，它基本上为一个客户端（或特定数量的客户端）提供一个特定的私钥，赋予其制作区块的权利。链。

升级或更改共识规则

区块链协议是一种强大的工具，可在无需集中管理的分布式网络中自动执行预定义的共识规则。 每个网络成员都知道透明和开源的规则集，可以随时加入和退出。 只要不需要修改协议，区块链协议也是一种强大的管理工具。

随着时间的流逝和情况的变化，可能需要对系统进行升级。 这些升级（分叉）需要网络中所有利益相关者达成共识。 尽管可以通过硬分叉或软分叉来升级协议，并且这些分叉可能极具争议性，正如我们看到的比特币的区块大小争议，或者像以太坊的后 DAO 一样的硬分叉。

示例：在比特币网络中，开发人员在 Github、Bitcointalk、Reddit、邮件上提出对比特币的改进。 此级别的讨论对于实现运行时一致性的平稳过渡至关重要。 对参考实现的修改在测试网上进行了测试。 测试成功后，开发人员将更改实施到比特币软件中，谁在共识过程中有发言权？ (1) 软件开发商； (2) 矿工； （三）交流； (4) 钱包公司； (5)中间商。