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區(qū)塊鏈構(gòu)架就是造房子,10分鐘帶你走遍構(gòu)建全程

2018-07-31 17:21:38 區(qū)塊鏈大本營(yíng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
本文作者Taylor Pearson,是The End of Jobs專(zhuān)欄作家、企業(yè)家,過(guò)去三年曾與數(shù)百名企業(yè)家互動(dòng)交流。他喜歡研究創(chuàng)新型技術(shù),對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)有較深入的研究。

本文作者Taylor Pearson,是The End of Jobs專(zhuān)欄作家、企業(yè)家,過(guò)去三年曾與數(shù)百名企業(yè)家互動(dòng)交流。他喜歡研究創(chuàng)新型技術(shù),對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)有較深入的研究。

2008年,一個(gè)叫做中本聰(Satoshi Nakamoto)的人(或團(tuán)體)定義了第一個(gè)區(qū)塊鏈。

2009年1月,中本聰將區(qū)塊鏈作為比特幣的核心組成部分推出,它是網(wǎng)絡(luò)上所有交易的公共分類(lèi)帳。

由于使用了區(qū)塊鏈技術(shù),比特幣成為了第一個(gè)解決雙重支付問(wèn)題的數(shù)字貨幣,它不再需要第三方信任機(jī)構(gòu),并且成為其他許多應(yīng)用創(chuàng)新的技術(shù)基礎(chǔ)。

我相信在一百年后,區(qū)塊鏈將像今天的電力一樣普遍。它會(huì)變得像經(jīng)濟(jì)體的基本組成部分一樣,為每個(gè)人服務(wù)。也會(huì)像水一樣平常,以至于我們往往會(huì)忽視它的存在。

可以預(yù)料的是,在接下來(lái)的幾十年中,區(qū)塊鏈應(yīng)用和組織將呈爆炸式增長(zhǎng),就像幾十年前的互聯(lián)網(wǎng)或上世紀(jì)初的電氣化一樣。

如果上述一切成真,那么我們很有必要對(duì)區(qū)塊鏈有一個(gè)基本了解,特別要知道它們的重要性以及它們的工作機(jī)制。

區(qū)塊鏈為什么重要?

“許多名人發(fā)表演講時(shí)都會(huì)提到一句名言,盡管這句話說(shuō)的并不怎么正確:我們應(yīng)該培養(yǎng)思考行為的習(xí)慣。但文明的進(jìn)步卻是由越來(lái)越多無(wú)需思索卻得以運(yùn)行的重要操作推動(dòng)。”

——Alfred North Whitehead(艾爾弗雷德·諾思·懷特海,現(xiàn)代著名數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家和教育理論家)

以區(qū)塊鏈中一方將比特幣發(fā)送給另一方的交易為例,該交易中諸如比特幣來(lái)源、目的地和日期/時(shí)間戳等細(xì)節(jié)會(huì)被添加到區(qū)塊中。

由于密碼學(xué)的使用,區(qū)塊鏈極大地提高了社會(huì)發(fā)展的可擴(kuò)展性(social scalability),個(gè)體之間越來(lái)越多的合作,正成為文明的必要特征。

在過(guò)去的歷史中,人類(lèi)通常只以部落為單位,在小圈子里與有血緣關(guān)系的人交易,因?yàn)楫?dāng)時(shí)人類(lèi)無(wú)法信任部落之外的個(gè)體。

在過(guò)去幾千年中,各種各樣的技術(shù)創(chuàng)新促使人類(lèi)在更大的群體中進(jìn)行合作,社交可擴(kuò)展性被進(jìn)一步提高。

現(xiàn)代法律制度的完善減少了暴力,盜竊和欺詐的發(fā)生幾率,使沒(méi)有預(yù)先存在關(guān)系(pre-existing relationship)的群體或個(gè)體以互動(dòng)。

互聯(lián)網(wǎng)則通過(guò)評(píng)級(jí)系統(tǒng)(rating system),促進(jìn)了預(yù)先存在很少或根本沒(méi)有社會(huì)關(guān)系的個(gè)體之間的交易。

區(qū)塊鏈有潛力將社交可擴(kuò)展性提高到以前技術(shù)所沒(méi)有達(dá)到的水平。這是我們第一次擁有一種不需要依賴可信的第三方,卻能讓一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶安全地將數(shù)字資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶的方式。如此偉大的交易創(chuàng)舉是如何夸大也不為過(guò)的。

除此之外,數(shù)字合約、數(shù)字密鑰,以及實(shí)物資產(chǎn)的數(shù)字所有權(quán),包括汽車(chē)、房屋、股票、債券,以及數(shù)字貨幣也值得深思。

什么是區(qū)塊鏈技術(shù)

我們先來(lái)給區(qū)塊鏈技術(shù)下個(gè)定義:

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分類(lèi)帳,它使用加密技術(shù)和激勵(lì)措施并以防篡改的方式記錄交易。這使匿名雙方進(jìn)行信任最小化(trust-minimized)交易,而不需要可信中介。

現(xiàn)在,讓我們整合這些零散的知識(shí),以便你在文章的最后對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)有一個(gè)完整認(rèn)識(shí)。

基元

在我們深入研究區(qū)塊鏈之前,需要建立一些基元。基元類(lèi)似于建筑材料。如果你想建造一間房子,你需要木料、螺絲、電鉆和鋸子。在你開(kāi)始建造之前,最好對(duì)每個(gè)工具都足夠了解。區(qū)塊鏈也類(lèi)似。

區(qū)塊鏈的基本構(gòu)成要素就是加密基元。

而密碼學(xué)是研究在第三方(即敵人)的存在下安全通信的技術(shù)。

在歷史上,軍方已經(jīng)進(jìn)行了大量的密碼學(xué)研究,以確保他們能夠安全地進(jìn)行通信,而不讓敵人閱讀他們的電報(bào)或無(wú)線電信息。

現(xiàn)代密碼學(xué)被應(yīng)用于網(wǎng)址、信用卡芯片和計(jì)算機(jī)密碼之中。它用來(lái)阻止第三方(黑客,小偷等)竊取敏感數(shù)據(jù),如信用卡信息。

第一個(gè)基本構(gòu)成要素是哈希函數(shù)。

哈希函數(shù)

哈希函數(shù)是一種允許你對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的數(shù)學(xué)函數(shù)。

哈希函數(shù)有三個(gè)屬性:

它的輸入可以是任意大小。

例如,我可以使用“我喜歡冰淇淋”這個(gè)短語(yǔ)作為輸入,或者我也可以使用《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》的全部文本,兩者都行。

不論使用任何大小的輸入,哈希函數(shù)的特定散列算法決定了其固定大小的輸出。為了讓算法過(guò)于簡(jiǎn)單,我們將使用256位輸出(它是比特幣所使用的)。

不論我使用“我喜歡冰淇淋”這一短語(yǔ)作為輸入,還是使用《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》的全文作為輸入,兩者都會(huì)產(chǎn)生相同大小的輸出。

使用SHA 256算法,短語(yǔ)“我喜歡冰淇淋”(沒(méi)有引號(hào))創(chuàng)建輸出:

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從古騰堡計(jì)劃(project Gutenberg)復(fù)制的整本《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》(全587,287詞)創(chuàng)建輸出:

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即使輸入的文本長(zhǎng)度相差146,821倍,你也可以獲得相同大小的輸出。這一點(diǎn)很酷也很有用。

函數(shù)是可高效計(jì)算的,對(duì)于任何給定的輸入字符串,你可以在合理的時(shí)間內(nèi)獲得輸出。

即使我使用《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》的整個(gè)文本作為輸入,它仍然可以在較短時(shí)間內(nèi)將其轉(zhuǎn)換為輸出。

以上是一般哈希函數(shù)的屬性。一般哈希函數(shù)允許你將大量數(shù)據(jù)映射到一個(gè)小空間,這有助于存儲(chǔ)和處理不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)。

不過(guò),我們應(yīng)把重點(diǎn)放在加密哈希函數(shù)上,因?yàn)樗菂^(qū)塊鏈中使用的函數(shù)。

加密哈希函數(shù)有三個(gè)附加屬性:

抗碰撞性(Collision Resistance)

確定隱匿性(Deterministic Hiding)

難題友好性(Puzzle Friendliness)

加密哈希函數(shù)

抗碰撞性

這里的碰撞是指兩個(gè)不同的輸入產(chǎn)生相同的輸出。雖然輸出大小相同,但輸出本身不會(huì)與其他輸出相同。“我喜歡冰淇淋”與《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》的整個(gè)文本產(chǎn)生相同大小的輸出,但字符不同。

如果它們產(chǎn)生完全相同的輸出,你解密了我發(fā)送給你的加密文本之后,并不會(huì)知道我是想告訴你“我喜歡冰淇淋”還是你應(yīng)該閱讀《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》。

值得注意的是,兩個(gè)“鄰近”輸入不會(huì)產(chǎn)生鄰近的輸出。《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》的哈希與改變了一個(gè)字符的《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》的哈希完全不同。

使用SHA 256,整本《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》生成哈希值:

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如果我刪除最后一個(gè)句點(diǎn),但保留其他所有內(nèi)容,則會(huì)生成哈希值:

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這非常類(lèi)似于混沌系統(tǒng)中的兩個(gè)“鄰近”起點(diǎn)非常迅速地導(dǎo)致兩個(gè)完全不同的未來(lái)軌跡。哈希函數(shù)的這種“混亂不規(guī)則性”會(huì)產(chǎn)生抗碰撞性。它的輸出幾乎隨機(jī)(理論上并不隨機(jī)),因此不太可能發(fā)生碰撞。我們還能壓縮數(shù)據(jù),因?yàn)樗梢詫ⅰ笩o(wú)窮大」映射到有限空間。

這一特性在匯款時(shí)尤其重要。錢(qián)包的公鑰是使用加密哈希函數(shù)從私鑰生成的。誰(shuí)都不希望其他人能夠通過(guò)逆向工程獲取公鑰來(lái)計(jì)算你的私鑰(因?yàn)槟愕腻X(qián)可能被偷)。

如果沒(méi)有人能找到碰撞的情況,則可以認(rèn)為哈希函數(shù)是抗碰撞的。從理論上講,我們知道碰撞的存在是因?yàn)檩斎氲臄?shù)量是無(wú)限的,但輸出的數(shù)量是有限的——只有有限種方法可以排列64個(gè)字符。

但在實(shí)踐中,加密哈希函數(shù)SHA 256是抗碰撞的,因?yàn)闆](méi)有人發(fā)現(xiàn)過(guò)碰撞,并且它發(fā)生的幾率是天文數(shù)字。如果人類(lèi)制造的每臺(tái)計(jì)算機(jī)自宇宙開(kāi)始以來(lái)一直試圖發(fā)現(xiàn)碰撞,那么它發(fā)生的可能性低于地球在接下來(lái)的兩秒鐘內(nèi)被巨大的流星摧毀的可能性。

所以,碰撞是可能發(fā)生的,但我們首先還有很多其他更重要的問(wèn)題要解決。

確定隱匿性

哈希值看起來(lái)是隨機(jī)的,但實(shí)際上是確定的。因此,它們的輸出是可重現(xiàn)的,只要你使用相同的輸入,就可以持續(xù)獲得相同的輸出。這意味著,知道輸入的兩方可以通過(guò)向第三方顯示他們的哈希來(lái)驗(yàn)證對(duì)方是否知道輸入。

加密哈希函數(shù)的第二個(gè)屬性是隱匿性。隱匿性意味著即便給出輸出,也沒(méi)有可行的方法來(lái)計(jì)算輸入。

也就是說(shuō),第三方觀察者無(wú)法知道

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的意思是“我喜歡冰淇淋。”

但是,如果我知道輸入是“我喜歡冰淇淋”,那么通過(guò)檢查你的哈希,我可以輕松驗(yàn)證你是否知道輸入。

然而,如果其他人看到哈希,他們就無(wú)法使用它來(lái)計(jì)算輸入。這允許知道輸入的人使用散列后的輸出在公共頻道中安全地進(jìn)行通信,而不必?fù)?dān)心第三方觀察者獲取信息。

難題友好性

第三個(gè)屬性是加密哈希函數(shù)的難題友好性。這意味著如果有人想要生成一個(gè)與“我喜歡冰淇淋”相同的輸出的哈希,那么找到一個(gè)完全符合這一輸出的另一個(gè)值是非常困難的。

生成哈希的算法是嘗試每個(gè)可能的字符串,按長(zhǎng)度排序,然后按字母順序排序,直到得到哈希為相同值的字符串。這等于是大海撈針,所以我們得到的概率表明,小行星消滅地球上的所有生命是一個(gè)更緊迫的問(wèn)題。

另一方面是加密哈希函數(shù)難以逆轉(zhuǎn)(reverse)。相較于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或壓縮算法中使用的哈希,這是加密哈希的主要特點(diǎn)。

這也是區(qū)塊鏈

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責(zé)任編輯:售電衡衡

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