4. 区块链

区块链是一种新型计算机。

——克里斯·迪克森(Chris Dixon)

在 20 世纪 90 年代,互联网是一个充满可能性的新世界。那时,人们对互联网的潜力有着各种各样的预测。一些人认为它只是一时的流行,很快就会消失。另一些人则认为它将彻底改变世界。

事实证明,后者是对的。但互联网的发展方式却出乎许多人的意料。

早期的互联网预言家们预测,互联网将是一个去中心化的网络,由用户拥有和控制。他们设想了一个开放的平台,任何人都可以在上面构建,而不需要任何人的许可。这个愿景在很大程度上实现了——至少在一开始是这样。

但随着时间的推移,互联网变得越来越中心化。少数几家大公司控制了大部分流量和数据。用户成为了产品,而不是客户。开放的平台变成了围墙花园。

区块链代表了回归互联网最初愿景的一次尝试。它们是一种新型的计算机,旨在创建去中心化的网络,由用户拥有和控制。

从内而外 vs 从外而内

新技术的采用通常遵循两种模式之一:从内而外或从外而内。

从内而外的技术从核心开始,然后向外扩展。它们首先被技术专家采用,然后逐渐渗透到主流。个人电脑就是一个例子。最初,它们是业余爱好者的玩具。随着时间的推移,它们变得更加用户友好,并最终进入了每个家庭和办公室。

从外而内的技术则相反。它们从边缘开始,然后向内渗透。它们首先在利基市场中找到立足点,然后逐渐扩展到更广泛的应用。

区块链是从外而内的技术。它们最初在加密货币这个利基市场中找到了应用,现在正在扩展到更广泛的用途。

理解这种采用模式很重要,因为它解释了为什么区块链的发展看起来与其他技术不同。区块链不是从完美的产品开始,然后逐渐改进。相反,它们从一个狭窄但有价值的用例开始,然后逐渐扩展到新的领域。

平台-应用反馈循环

成功的技术平台会创建一个正反馈循环:更多的应用程序吸引更多的用户,更多的用户吸引更多的应用程序开发者。这个循环会自我强化,直到平台达到临界质量。

个人电脑就是这样发展起来的。最初,只有少数应用程序。但随着更多人购买电脑,开发者有了更大的动力来创建新的应用程序。更多的应用程序使电脑对更多人更有用,从而吸引了更多的买家。这个循环持续了几十年,直到电脑变得无处不在。

智能手机遵循了类似的模式。iPhone 在 2007 年推出时,只有少数几个应用程序。但 App Store 在 2008 年推出后,开发者蜂拥而至。更多的应用程序使 iPhone 更有价值,从而吸引了更多的用户。更多的用户吸引了更多的开发者。这个循环推动了智能手机革命。

区块链正在经历类似的过程。最初的应用程序是加密货币。随着时间的推移,开发者开始在区块链上构建新的应用程序,如去中心化金融(DeFi)、非同质化代币(NFT)和去中心化自治组织(DAO)。这些应用程序吸引了新用户,新用户又吸引了更多的开发者。

这个反馈循环仍在早期阶段,但它正在加速。随着更多的应用程序和用户加入,区块链网络变得更有价值,从而吸引更多的参与者。

区块链如何工作

区块链是一种分布式数据库,由网络中的许多计算机共同维护。它的名字来源于其结构:数据被组织成"块",这些块按时间顺序链接在一起,形成一条"链"。

区块链的关键特性是:

去中心化。没有单一的实体控制区块链。相反,它由网络中的所有参与者共同维护。这使得区块链抗审查和抗篡改。

透明性。区块链上的所有交易都是公开的,任何人都可以查看。这创造了一个高度透明的系统,其中所有活动都可以被审计。

不可变性。一旦数据被添加到区块链,就几乎不可能更改或删除。这创造了一个永久的、可验证的记录。

共识。区块链使用共识机制来确保网络中的所有计算机对数据的状态达成一致。这消除了对可信第三方的需求。

让我们更详细地看看这些特性是如何工作的。

共识机制

区块链面临的一个核心挑战是:如何让一群互不信任的计算机就数据的状态达成一致?这被称为拜占庭将军问题,这是计算机科学中的一个经典难题。

区块链通过使用共识机制来解决这个问题。共识机制是一组规则,网络使用这些规则来就区块链的状态达成一致。

有两种主要的共识机制:

工作量证明(Proof of Work, PoW)。在工作量证明系统中,计算机(称为矿工)竞相解决复杂的数学难题。第一个解决难题的矿工获得将下一个区块添加到区块链的权利,并因此获得奖励。这个过程被称为挖矿。

工作量证明的优点是它非常安全。攻击网络需要控制超过一半的计算能力,这在大型网络中是极其昂贵的。缺点是它消耗大量能源。

比特币使用工作量证明。以太坊最初也使用工作量证明,但在 2022 年转向了权益证明。

权益证明(Proof of Stake, PoS)。在权益证明系统中,验证者通过锁定(或"质押")一定数量的加密货币来获得验证交易的权利。验证者被随机选择来创建新区块,并因此获得奖励。如果验证者行为不诚实,他们质押的加密货币可能会被罚没。

权益证明的优点是它比工作量证明更节能。缺点是它可能导致财富集中,因为拥有更多加密货币的人有更多机会被选为验证者。

以太坊现在使用权益证明,许多新的区块链也是如此。

密码学

区块链使用密码学来保护数据并验证交易。

哈希函数。哈希函数是一种数学函数,它接受任意大小的输入并产生固定大小的输出(称为哈希)。哈希函数有几个重要的特性:

• 相同的输入总是产生相同的输出。
• 即使输入的微小变化也会导致完全不同的输出。
• 从输出推导输入在计算上是不可行的。

区块链使用哈希函数来创建区块的"指纹"。每个区块都包含前一个区块的哈希,这就是区块如何链接在一起的。如果有人试图更改旧区块中的数据,该区块的哈希会改变,这会破坏链,使篡改变得明显。

公钥密码学。公钥密码学使用一对密钥:公钥和私钥。公钥可以与任何人共享,而私钥必须保密。

在区块链中,你的公钥就像你的银行账号——其他人可以使用它向你发送资金。你的私钥就像你的密码——你使用它来授权交易。

当你发起交易时,你使用私钥对其进行签名。网络中的其他人可以使用你的公钥来验证签名确实来自你,而无需知道你的私钥。

这创造了一个系统,其中你可以证明你拥有某些东西(如加密货币或数字资产),而无需透露你的秘密。

区块链的承诺

区块链提供了一些在以前的技术中很难或不可能实现的东西:

强承诺。区块链可以做出可信的承诺,即规则不会改变。一旦代码部署到区块链上,就很难更改。这与公司网络形成对比,在公司网络中,所有者可以随时更改规则。

这种强承诺使开发者和用户能够信任网络。他们知道,如果他们今天在区块链上构建或投资,明天规则不会改变而损害他们。

抗操纵。区块链的去中心化性质使其抗操纵。没有单一的实体可以审查交易或更改数据。这创造了一个更公平、更开放的系统。

可编程性。区块链不仅仅是数据库。它们是可编程的计算机,可以运行称为智能合约的代码。智能合约是自动执行的协议,当满足某些条件时会自动执行。

这开辟了全新的可能性。例如,你可以创建一个去中心化的应用程序(dapp),它在区块链上运行,不受任何单一实体控制。你可以创建数字资产,如NFT,它们有可验证的所有权和稀缺性。你可以创建去中心化的金融系统,如DeFi,它们提供传统金融服务,但没有中介机构。

可组合性。区块链上的应用程序可以相互交互和构建。这被称为可组合性,我们将在后面的章节中更详细地讨论它。

可组合性创造了一个创新可以复合的环境。开发者可以使用现有的构建块来创建新的应用程序,而无需从头开始。这加速了创新并创造了网络效应。

区块链的权衡

区块链不是万能的。它们有权衡。

性能。区块链通常比中心化系统慢。这是因为每笔交易都必须由网络中的许多计算机验证。这需要时间。

然而,性能正在改善。新的区块链和扩展解决方案(如第二层网络)正在使区块链更快、更便宜。

复杂性。区块链对普通用户来说可能很复杂。管理私钥、支付交易费用(称为gas费)以及与去中心化应用程序交互都需要一定的技术知识。

然而,用户体验正在改善。新的钱包和应用程序正在使区块链更容易使用。

治理。去中心化的治理可能很困难。在没有中央权威的情况下,很难就变更达成共识。这可能导致决策缓慢或社区分裂。

然而,新的治理模式正在出现。代币投票、二次方投票和其他机制正在使去中心化治理更加有效。

区块链作为新型计算机

理解区块链的最好方式是将其视为一种新型计算机。

传统计算机由单个实体拥有和控制。区块链计算机由网络中的所有参与者共同拥有和控制。

传统计算机可以被其所有者随意更改或关闭。区块链计算机有强大的保证,即它们将继续按照编程的方式运行。

传统计算机是不透明的。你不知道它们在做什么,除非所有者选择告诉你。区块链计算机是透明的。所有活动都是公开的,可以被任何人审计。

传统计算机需要信任其所有者。区块链计算机不需要信任任何人。它们通过密码学和共识机制来保证安全。

这种新型计算机开辟了新的可能性。它使我们能够创建以前不可能的应用程序和网络。它使我们能够回归互联网的最初愿景:一个去中心化的网络,由用户拥有和控制。

区块链仍处于早期阶段。它们还不完美。但它们代表了计算的根本性转变,其影响才刚刚开始显现。

正如个人电脑和互联网改变了世界一样,区块链也有可能改变世界。它们是一种新型计算机,为构建下一代网络提供了基础。