区块链技术简史

2016-10-13 21:37 评论 0 条

在世界经济组织(WEF)于2016年8月中旬发布的重磅报告中,给区块链(BlockChain)用了一个看起来洋气高端的名字,DLT(分布式总账技术,DistributedLedger Technology)。但是笔者作为一个技术爱好者,作为一个习惯于追根溯源的法律人,仍然愿意称之为“区块链”;说到它的技术和历史,仍然要从比特币开始说起。

1、比特币概况

区块链技术的首次也是最著名的应用是比特币(BitCoin),一个在2009年1月初正式上线运行的去中心化数字货币应用,他的创始人叫中本聪,但目前大家并不知道此人的真实身份。比特币不同于现代国家发行的货币,它由分布式网络基于数学计算产生,总量恒定(2100万个,发行规律约为每四年减半),所有交易由全网节点共同记账确保其不可篡改,依靠密码学保障网络安全,账户具有匿名性,软件的代码开源,更新与发展依靠网民社区自治。

2、前比特币时代

虽然区块链技术的开端一般只追溯到2008年中本聪发表的《比特币:一个点对点的电子现金系统》创世论文,但是,区块链技术并非突然横空出世,而只是在前人不断艰难探索的基础上的集大成者。包括:经济学理论,如,哈耶克的《货币的非国家化》,凯恩斯的无客观本位货币与购买力理论,弗里德曼的自动化系统取代中央银行设想;博弈论,特别是2005年诺贝尔经济学奖得主之一的托马斯·谢林的“共同知识(Common Knowledge)”概念;会计学领域,由IanGrigg在2005年提出的“三重记账法(Triple EntryAccounting)”;在计算机领域,BT和eMule等P2P文件共享与传输技术,伯克利开放式网络计算平台(BONIC)的折叠蛋白质(Folding@home)和寻找外星人(SETI@home)等网格计算项目,原本用于检测垃圾邮件的“可复用工作量证明(RPOW)”方法;密码学方面,非对称椭圆曲线加密算法、哈希散列函数(Hash)、Schnorr数字签名算法、以及Merkle Tree等具体方法的成熟与广泛运用,为比特币区块链的诞生提供了必要条件。此外,最为重要的是各界人士特别是“密码朋克”们从20世纪80年代以来不断的尝试,其中最为有名的包括e-gold(始于1995年,如今却遗憾的早已被传销玩坏了)、早期的Ripple支付和结算网络(始于2004年)、1990年大卫·乔姆(David Chaum)提出的Ecash(注重隐私安全的密码学网络支付系统)、1998年密码学家戴伟(Wei Dai)提出的B-money(被认为是比特币的精神先导)、2005年尼克·萨博(Nick Szabo)提出的Bitgold(非常类似于比特币的系统,但萨博不擅长编程,而后来的中本聪则编程实现了比特币)。

3、比特币热潮

随着系统本身的完善和相关知识不断普及,比特币的知名度从极客圈慢慢向普通人群蔓延。最重要的是,当2010年5月22日,一位程序员用一万个比特币向商家购买了价值25美元的两块披萨之后,比特币拥有了“价值”。之后,便有了更多的比特币支付案例,包括使用比特币进行捐款(如在银行渠道无法使用的情况下,向“维基解密”和斯诺登的捐款)。

由于市场有需求,比特币交易网站、比特币ATM机、比特币信用卡等开始出现,在2013年,塞浦路斯经济危机等全球性事件将比特币的价格在短时间内不断推向高峰,最高时达1200美元。由于有利可图,计算生产比特币也就是俗称“挖矿”的方式从个人电脑CPU过渡到GPU显卡挖矿(因为显卡更擅长做大量的重复性计算),然后有人研发了专业“矿机”,从FPGA到ASCI矿机,从55、40、28到14纳米,工艺细节也在不断改良,还有人建立了专门的“矿场”(在电力相对便宜的西部地区)。

比特币的生产过程就是基于随机数计算出一个区块,如果该区块的哈希值比当前难度值小且与当前难度值最接近,则该区块就会被公认为是链上的下一个区块,由于该区块生产过程中也包含了一段时间内全网的比特币交易,所以“挖矿”也被视为是争抢记账权,而作为记账的奖励,“矿工”将获得网络自动发放的比特币奖励和被打包交易的转账费。

由于全网算力的不断提升,普通的单台矿机已经很难“挖”到比特币,于是出现了“矿池”,通过协议将分散的算力接入一起计算,最后“挖”到的比特币按照贡献大小比例分配,矿池的运营和收益分配方式包括pplns、pps、dgm、slush等。

4、山寨币和竞争币

因为比特币的源代码是公开的,所以当它变得很值钱的时候,就有一些人fork了它的代码,改动几个参数,造出了“山寨币”。山寨币往往成为了不良商人诈骗、传销的工具,山寨币创造者往往通过宣传包装,吸引无知群众购买,然后在较高价格砸盘套现跑路。

5、乱象与发展

比特币及其它数字货币在发展过程中,因为涉及到金钱,难免催生出很多的乱象:各种拙劣的、没有技术含量的骗局层出不穷(传销与诈骗);用户的钱包秘钥文件被木马盗走;交易所倒闭(曾经全球最大的比特币交易所MT.GOX于2014年初宣布破产)、跑路(注册地为中国香港的GBL交易所的管理层携款潜逃)、伪造交易记录、挪用用户资金;为了逐利,有人用公有设备挖矿(哈佛大学研究员用超级计算机挖矿、bitcointalk论坛上某地方政府机房承建商咨询如何做一个外表是电脑实际是矿机的方案);交易市场也开发出了杠杆、期货等各种金融新玩法,利用人性挖掘利益;由于比特币的匿名性、全球流动特点,一些网上博彩网站使用比特币作为筹码,也成为了洗钱的渠道(由于比特币其实也具有可追踪溯源的特性,居然也有商家提供“洗币”服务,如很多桩大额被盗的比特币都流往BitcoinFog进行混币,近来的Zcash则是一款号称依靠“零知识证明”实现真正隐私保护的数字货币),在臭名昭著的“丝绸之路(SilkRoad)”网站上,曾有大量的比特币用于购买毒品、枪支、信用卡及个人信息等非法物品,由于“丝绸之路”网站采用了“洋葱网络(tor)”和PGP加密,无法被当局管制,直到2013年底,FBI才抓获了其经营者,将该网站关闭(之后还曾一度短暂出现过“SilkRoad2.0”,近来也出现了基于区块链的去中心化交易市场项目,比如ZeroNet)。

固然是利益作祟,才导致比特币的世界乱象重生,但是,也恰是有经济利益驱动,才使比特币技术破解了“拜占庭将军难题”,使得陌生人之间的信任和全网共识成为可能。所以,技术的问题还是要靠技术解决。为了解决资金的安全性问题,布道者提倡大额比特币存自己的节点钱包里,而不是实际上中心化的交易所或“云钱包”中,推荐大额钱包的文件冷备份,普及离线签名技术,因此有了“冷钱包”和“热钱包”之说,进而衍生了“硬件钱包”和“脑钱包”。

6、区块链存证

当一部分人把比特币作为自由货币进行发展的同时,另一部分人注意到的则是比特币底层的技术:2009年1月4日,中本聪在创世区块的币基(CoinBase)上留下了一段话:“TheTimes 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”,那是当天泰晤士报的头版文字标题,这段话永久记录在比特币区块链中,除了揶揄当年金融危机中政府的束手无策,也是在宣称,比特币区块链可以证明不可篡改的记录,并且由全网协议的唯一“时间戳(timestamp)”为记录加上了时间维度。

率先提供存在性证明的服务网站非常直白的就叫“Proof Of Existence”,区块链存证的基本技术门槛并不高,一时间,提供该项服务的企业非常多,而这当中做得最好的,当属“公正通(Factom)”:由于比特币每比交易的OP_RETURN只能存储40(最多80)个字节的数据,所以一般只是把文件的32位哈希值存储到区块链上,只能单向检验文件真伪,并不能逆向还原文件,用户仍需要在本机电脑上妥善保存文件的原件;虽然也可以通过将大文件的hex字串拆分成若干段分别存证,用时再取回组装,但是这样做效率低下,而且成本较高,不是长久之道;Factom在底层锚定比特币OP_RETURN的基础上,构建了也是基于区块链技术的存储层,抓住了行业痛点,使存证产业链变得完整。

有了完整的存证体系,区块链就可以完美应用于电子证据、知识产权、身份验证、婚姻登记、土地登记、食品溯源等领域。Factom曾在政局动荡的洪都拉斯试图用区块链登记土地所有权,中国企业“唯链(vechain)”通过在奢侈品中嵌入可查询区块链记录的NFC芯片进行防伪,MIT(麻省理工学院)在区块链上开发出了学历认证系统,“保全网”运用区块链存证技术双向对接企业和公证机构的需求,阿里巴巴旗下的“蚂蚁金服”正在尝试将区块链用于慈善项目。

除了Factom等现成的方案,如果你想从底层探索一个区块链存证项目,或许还应该了解“星际文件系统(IPFS)”、StorJ、Sia、MainSafe等分布式存储方案。

7、公私钥体系

比特币基于非对称椭圆加密算法,实现了公私钥体系,简单来说,就是通过密钥加密的信息,只有另一个密钥才能解码。公钥和私钥是两把密钥,公钥是公开的密钥(比特币账户可视为公钥,虽然事实上还有更多的计算),私钥是不公开的密钥,公钥由私钥推导而来,但反之不行。

比特币交易的过程是这样的:由私钥对交易内容进行签名,表示我是交易的合法发起人,广播到网络上之后,各节点根据其公钥进行验证,如果验证通过,签名是合法发起人的,则交易予以记录。

在有些场景下,需要证明某人是账户的合法持有人,那么证明的过程如下:使用此人的公钥对一段数据进行加密,进行全网广播,此时,只有通过此人的私钥才能对这一段数据进行解密,也就是说,只有该账户的合法持有人才能看到这段数据的明文。

8、智能资产、智能合约、智能股权

比特币中交易的记账逻辑并非是一方加、一方减,而是通过脚本表达的总账脉络,明明可以很简单的东西,却用了一种叫UTXO(Unspent TransactionOutputs,未花费的交易输出)的体系、用相对复杂的脚本语言来表达,为什么?因为中本聪要告诉人们的是,比特币是“可编程货币”,在其区块链上并不是只能实现简单的加减,而是可以实现复杂的权限管理,公私钥体系并非只是一对一,而是可以演化为复杂的“多签名”验证。这样的思路,加上前面提到的不可篡改的存证、与物联网的对接,尼克·萨博在1997年提出的“智能合约(Smart Contract)”概念就复活了。

更进一步,区块链不仅仅是静态的,也可以动起来,不只是记录,还能够通过条件进行触发,根据预设的情形进行判断和执行。现实中有有形的资产,也有无形的资产,股权属于无形的资产。当前社会条件下,股权形态和分布越来越复杂,仅仅靠国家强制力保障的权利成本有时会过高,救济并不及时,发生纠纷后走法律程序往往得不偿失,所以,不妨事前做好预防,用区块链上的智能资产来确认股权,用智能合约来表达转让流转、纠纷处理等机制,如此,可实现股权的低成本保护和快速安全的流动。国内的“小蚁(AntShares)”就是一款专注于“智能股权”的产品。在这之前,还有很多的探索者,知名的有比特股(Bitshares,自带交易所功能的数字资产发行平台)、万事达币(MasterCoin,是最早建立在比特币区块链之上的可供运行智能合约的编程平台,现已改名为Omni)、合约币(Counterparty,附生在比特币协议之上的去中心化财务应用)。

9、以太坊横空出世

比特币虽然首先运用了Merkle Tree、UTXO、非对称椭圆曲线加密算法、哈希散列函数、公私钥加密等一系列技术方法构建了区块链技术,但是他最初的目的只是“币”,至于存在性证明、智能股权、智能资产、智能合约这些,都是基于“币”属性的一种改造,有很多牵强为之的地方。在比特币区块链上小修小补总像是隔靴搔痒,能不能干脆从底层开始改造?能不能够运用区块链技术搭建一个专门的应用平台,这个平台除了可以存证(把区块链当数据库用),还具有较多的运算功能(让区块链也具有处理复杂运算的能力),让这个成为像AppStore那样的平台,然后由世界各地的开发者根据既定规则提交去中心化的应用(DApp)?(笔者认为“智能合约”与“去中心化应用”在某种意义上是同一的,因此为叙述简洁方便,在后文中会混用两个概念。)一个在2013年不到20岁的俄裔加拿大人Vitalik Buterin提出了这些的构想,次年1月正式宣布了“以太坊(Ethereum)”计划,Gavin Wood撰写了以太坊的形式化推导证明(俗称“黄皮书”),6月以太坊进行了为期42天的众筹(预售以太币),获得了约合当时价值为1843.9万美元的比特币(当时世界第三大众筹项目,目前是世界第六大众筹项目);2015年7月,以太坊Frontier网络启动(开发者先行版,只有命令行界面);2016年3月,以太坊Homestead版本发布,标志着测试版结束,正式版开始。这期间,最敏感的市场仍然是“炒币”,每个以太币的价格从最初众筹时的0.4美元,到2015年12月的0.9美元,到半年后曾一度达到17美元,翻了无数倍。

10、区块链行业迅猛发展

以太坊众筹的成功,让ICO模式引得纷纷效仿(ICO即InitialCoin Offering,改编自证券界的Initial Public Offering(首次公开发行),不同的只是将标的物由证券变成了数字货币)。当然,以太坊并非第一个进行众筹的区块链项目,早在2014年初“合约币”等竞争币就搞过,而更早在比特币矿机稀缺的年代,先支付比特币购买矿机期货的做法,也可视为是一种ICO,只是没有这么称之罢了。作为以太坊的替代方案之一Lisk平台(前身是Crypti),也在2016年初进行了ICO,获得了价值580万美元的比特币(以太坊的另一个竞争者RootStock,原本是基于比特币区块链、用侧链技术构建起智能合约平台,近期他们宣布将以太坊的一个测试版本改进为比特币的侧链了,从而使以太坊的智能合约兼容该平台);此外,试图打造开放金融市场的区块链项目Waves也在2016年第二季度进行了ICO,获得了1643万美元的众筹资金。

11、国家态度和巨头行动

在2015年之前,大多数人知道比特币却不知道区块链的时代,各国的态度大致分成简单的三派:放任(如美国、英国、日本),肯定(如德国金融部认可比特币是一种“货币单位”和“私有资产”、加拿大承认比特币的“货币地位”),或者否定(如泰国是全球首个封杀比特币的国家,俄罗斯和韩国也是反对态度强硬,中国在2013年底比特币价格峰值时期由中国人民银行等五部委联合发布的《关于防范比特币风险的通知》,认为比特币“不具有货币属性,不是真正意义的货币”,基本上是持否定态度的)。

时间来到2016年,“区块链”的名声渐渐盖过了“比特币”,各国对区块链及其相关事物的态度多呈一边倒的支持,如在2016年初的几个月,周小川多次表示,中国央行正在研究发行“数字货币”,而在5月3日《人民日报》刊登的《新技术引领数字货币演变》中,更是明确了对以比特币为代表的数字货币的技术创新的支持态度(周小川还说,数字货币不是传销,不是资金盘,是一种理财投资。当然,虽然中国对数字货币的态度原来越宽容,但有些底线,如“货币必须由国家发行”这样的底线是未突破的)。到了9月,中国人民银行主管的《中国金融》杂志第17期发布《央行数字货币研究与探讨》专题,共有17篇来自各司局主要成员的文章,更有积极表态,央行数字货币离不开区块链技术;此外,英国、荷兰、加拿大等国央行也正在开展发行“数字货币”的研究和行动。

对于商业领域的区块链应用来说,私有链相对公有链还有一个非常大的优势,就是私有链不必担心链上数据公开导致的商业信息的泄露,可将信息限定在内部。然而,完全的企业内部信息流转和保障,与传统的技术相比,数据的安全性和公信力并没有本质的提升,于是商业巨头们想到了一个将商业信息在少数同行间互相分享、行业内许可使用的“联盟链”的点子:每个企业一个节点,相互保障安全,相互监督数据真实性。联盟链又可叫许可链,本质上是一种类似行业联盟的私有链。2016年1月,DTCC(美国存管信托和结算公司)发表白皮书,呼吁全行业开展协作,利用分布式总账技术改造传统封闭复杂的金融业结构;2016年4月,全球最大的联盟链R3 CEV宣布其首个区块链应用Corda(截止目前,已经有42家全球巨头银行和中国平安、招商银行、丰田汽车等知名企业加入R3联盟;经过若干次凤凰涅槃的瑞波(Ripple)结算网关协议也将与R3建立合作伙伴关系);2016年8月,由Linux基金会发起的“超级账本(HyperLedger)”项目(IBM提供了最初的44000行开源代码)发布了一种人人都能浏览其80个成员项目的区块链浏览器,这是将区块链技术标准化的重要一步(中国区块链企业“小蚁”、“太一云”、“布比”均是“超级账本”项目成员,9月,万达金融集团宣布加入“超级账本”项目);与此同时,中国工信部电子标准院召集若干单位开始了编写《中国区块链技术和应用白皮书》的征程;而在此之前,中国已经有了“中国分布式总账基础协议联盟(ChinaLedger)”、“金融区块链合作联盟,简称‘金链盟’(BankLedger)”等联盟链尝试。

12、忧虑与反思

区块链以密码学技术为底层创建了坚固的数据链条,号称安全可靠,这是其广受青睐的原因,但是,世界上并不存在绝对安全的事物。原因有二:第一个原因,区块链网络的安全实际上是一种“概率安全”。人们惧怕“51%攻击”,但并非只有到了51%的算力才会使已确认的区块被改写,只拥有48%算力的矿工也能够有85%的概率逆转10个已被确认的区块,只能操控40%攻击算力也意味着有50%的概率去推翻之前的6次确认,虽然算力越小,逆转区块链网络的可能性越少,但并非代表不可能,最最极端的情况下,很小的算力操控者,如果他的运气好到极致,也是可以逆转已经确认的区块链的,只是,现实来说,那种好运气的概率堪比买一百次大乐透都中头奖,事实上是难以发生的罢了。不过,“难以”并不等于“绝对”,所以哲学层面来说,区块链不是绝对安全的。第二个原因,区块链网络的安全性与其链上承载的财产价值密切相关。私钥生成公钥的过程虽然不可逆,但对密码学家来说,总能留下一些蛛丝马迹,通过这些总能找出破解私钥的相对捷径,从而降低破解加密系统的成本。未来,当区块链上承载越来越多财产的时候,当链上的财产价值大到足以吸引顶尖黑客蜂拥而至研发针对加密系统的逆向算法时,区块链还能安然无恙吗?

在“大众创业、万众创新”的当下,即便最近一段时间遭遇了所谓的“资本寒冬”,但是,“区块链”概念却开始逆势而上,随着相关技术越来越普及,以“新经济”、“新金融”冠名的区块链活动也越来越多,很多人一听“区块链”就像打了鸡血,一些创业团队开始“为了区块链而区块链”(笔者甚至看到了有国内人士提出要搞“党务区块链”来进行党务管理,敢情这样是“杀鸡用牛刀”呀,一套传统的信息系统就能解决的问题,为什么要部署相对复杂的区块链呢?文中提到的那些理由并不是站得住脚的痛点),各大机构争先恐后成立区块链实验室、加入联盟链,试图抢先一步,占得先机……对于这些,对错姑且不论,成败也应留给市场评说,只是记得佛曰:不可执着!“区块链”只是人类历史长河中众多创新技术中的一种而已,让我们平常心对待它,让我们像正确对待自己家成长的孩子那样,静待花开,就好!

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