區塊鏈憑什麼改變這個世界？從它的工作原理談起
比特幣曾被視為一種「驚世駭俗」的產物，然而現在整個世界都在為之瘋狂。
自經濟衰退以來，加密虛擬貨幣受到高度追捧，並被稱為解決傳統金融體系內不公平與腐敗問題的良藥。支持者們深信，隨著這種並發貨幣的騰飛，其將與引發經濟危機的機構直接競爭並最終將後者擊垮。比特幣的非官方標語為「我們值得信任的加密技術」——其中無疑將矛頭指向了中間商、銀行家以及實際上並不可信的「可信」第三方。
在傳統的操作中，當你使用支票支付抵押貸款時，金融機構與其它相關方之間就會建立起一系列協議，從而確保資金從你的賬戶轉到其他人的賬戶。在這個過程中，銀行通過持續記錄賬戶中的每一分錢的來和往，從而保證你的錢財始終安全無憂。
而比特幣的出現則是試圖用密碼學與代碼取代這些中間商所提供的服務（即去中心化）。更具體地說，它運用的是區塊鏈的分散式安全資料庫，這使得比特幣的所有權在從一個人轉移到另一個人的過程中，無論他們身在何處，交易過程都將被完全委託給一組計算機負責執行。
如今，就在第一條區塊鏈構建完成的8年之後，人們試圖將其應用於除貨幣流通之外的其它程序及流程當中，並取得了不同程度的成功。這讓人們對區塊鏈的好奇和熱情不斷升溫。
那麼，除了虛擬貨幣之外，區塊鏈還能夠實現哪些協議的自動化？還能夠去掉哪些不必要的中間商？
比如，區塊鏈能否將司機與乘客聯繫起來，並為雙方提供一套透明的付款平台？能否面向電視節目、電影以及其它數字媒體的存儲庫與重託平台，同時追蹤版稅去向並為內容創作者提供收入？能否檢查船家公司的航班狀態，並在飛機未能準時起飛的情況下，向旅客支付雙方達成共識的賠償款項？
如果答案是肯定的，則意味著區塊鏈技術將最終淘汰掉優步、網飛以及世界上的每一家航空保險供應商。
以上三項應用提議絕非單純的空想，其已經在一套被稱為Ethereum的區塊鏈平台中成為潛在應用方向中的一小部分。在區塊鏈領域，Ethereum也擁有自己的加密虛擬貨幣——即以太幣。（後文將對Ethereum作進一步闡述）
除此之外，目前非常多的企業都在積極推動區塊鏈項目：如微軟正在其客戶提供相關工具從而落地 Azure雲實驗區塊鏈應用; IBM、英特爾以及其它多家廠商也正在合作開發一套名為Hyperledger的開源區塊鏈方案。與此同時，多家大型銀行也已經研發出自己的技術版本，力圖保住自己的領先地位。更不用說比特幣，作為有史以來第一個也是最為成功的區塊鏈項目，其目前的應用方向已經遠遠超出設計師們當初的想像。
但縱觀全局，這些新的區塊鏈項目仍然沒有得到實踐層面的大規模採用。更確切地說，還沒有哪種區塊鏈概念或者戰略對任何行業帶來顛覆性的改變。根據Blockchain.info公布的數據，比特幣本身在全球範圍內每天只有37萬5千人在使用。然而，投資者們手中的鈔票正在湧入，這使得各種建議更像是飄浮在炒作與陰謀暗流之上的冰塊，不斷彼此碰撞且互為消漲。
而在最終熱度下降後，哪套區塊鏈平台能夠繼續存在，而哪些將永遠消失？為了做出準確的預測，我們必須需要弄清區塊鏈技術的真正含義及其功能。而從最符合邏輯的角度出發，比特幣無疑是最理想的討論起點。
以比特幣為例談談區塊鏈是如何「工作」的？
2009年，一位匿名黑客（也可能是一群黑客）以中本聰的名義發布了第一種真正意義上的數字化貨幣。這項技術的工作原理在於，以此為基礎，金錢將僅僅是一種財會工具——或者說一種抽象價值、所有權分配以及交易手段的提供方法。
從歷史角度來看，上述任務都需要由現金來完成。只要擁有物理錢幣，就相當於擁有了所有權，交易將能夠在不同個人之間以談判方式完成。只要現金的複製難度夠高，就不需要完整說明哪個人擁有哪部分貨幣的供應量，或者不同持有人是否曾經使用過同一張50元鈔票。
然而，如果能夠將賬單上的每一份人員清單拼湊起來，我們就會發現各列表之間的物理表現將變得毫無必要。因為銀行與支付處理商已經通過追蹤並處理封閉系統之內的交易活動，將我們的一部分實體貨幣轉化為數字記錄。
對此，比特幣通過建立單一的通用型數字化分類賬目（即所謂區塊鏈）完成了這種轉型。由於只有最後加入的新信息才能做出改變，因此其結構被視為一種「鏈」。每一個新近添加的環（或者說區塊）都包含著一組新的交易，而這些交易都將參考以往的交易鏈進行。舉例來說，如果C向D支付了一個比特幣，且此項交易存在於這條鏈的末端，那麼其另一端則指向B向C支付的這個比特幣，再向前回溯則是A向B支付了這個比特幣……以此類推。
與傳統金融機構所維護的分類賬有所不同，比特幣的區塊鏈會被複制至全球各聯網計算機之上，任何擁有計算機與互聯網連接資源的人都可以進行訪問。
在這個網路中，還有一類參與者被稱為「礦工」，其職責是負責檢測來自用戶的交易請求，並對相關信息進行匯總、驗證從而作為新區塊添加到區塊鏈之內。
所謂驗證，就是查驗某人手中確實擁有交易所需要的比特幣，而且他還沒有在別處花費過該比特幣。比特幣區塊鏈的所有權由一對密鑰確定：第一個叫做公鑰，在區塊鏈中可供任何人查看；第二個被稱為私鑰，由區塊鏈的真正擁有者將其嚴格保密起來。這兩個密鑰之間存在一種特殊的數學關係，從而確保二者能夠合併為有用的簽名數字信息。
下面來看具體工作原理：如上面的例子中，C收到了一條消息，並將其和自己的私鑰結合起來，在經過一系列計算後即可得到一條很長的數字。任何擁有原始信息並掌握相應公鑰的人，都可以利用自己的計算過程來證明這條很長的數字實際上正是用正確的私鑰創建而成。
需要說明的是，在比特幣當中，交易簽名所使用的私鑰來自該比特幣最近進行支付時所對應的公鑰。而當交易處理完成之後，這些比特幣將被分配以一個新的公鑰。
在這個過程中，「礦工」們的主要作用在於確保新交易的不可逆性，從而保證其作為最終結果且不可能受到篡改。
而只有當我們邀請任何及每個人參與分類賬時，才能確保整個區塊鏈的不可逆轉性。如果比特幣區塊鏈由在某一司法管轄區之內的單一銀行中，已知驗證人負責運營，那麼以強制性的方式來保障交易結果將變得非常簡單，並且任何不遵守規則的人都將無所遁形。
不過在比特幣中，並不存在中央機構執行這些規則。在中國、東歐、冰島以及委內瑞拉等地，各類「採礦」公司受到不同文化的驅使，以不同的法律制度與監管要求為依託在全球範圍內匿名運作。這意味著除了比特幣代碼本身，再沒有其它證據能夠證明其存在，更遑論追究其責任。為了確保正確的使用行為，比特幣採用了所謂的工作證明（proof of work）方案。
工作證明（proof of work）如何確保區塊鏈正常運作？
首先，先具體分析一下公共區塊鏈試圖通過工作證明所解決的問題。在這套開放的點對點網路當中，「礦工」會接收到交易消息並進行收集以創建新的區塊。他們這樣做其實是在相互競爭，因為第一個創建出一個有效區塊的人才能獲得報酬（比特幣）。在這種情況下，重點就在於要如何阻止「礦工」刪除剛剛被添加到區塊鏈中的區塊。這種做法雖然無法實現比特幣竊取，但卻可以多次使用同一枚比特幣。舉例來說，我可以前往某不知名的商家，用比特幣購買一杯咖啡。如果我是「礦工」，就可以在之後進入自有版本的比特幣區塊鏈，取消這筆交易，並將修改後的區塊鏈發送給我的同行——這意味著看似花出的比特幣又重新存入了我自己的口袋。
為了避免這樣的情況，比特幣網路上的所有「礦工」都擁有相同的區塊鏈副本，且所有變更與交易皆不可逆轉。同時，為了讓所有參與者保持同步，比特幣「採礦」軟體對於計算資源或者說電力的要求極其之高。因為只有這樣，其才能完成新區塊添加乃至成本更為高昂的在記錄中更改區塊等操作。
此外，任何試圖添加新區塊的「礦工」也必須提供密碼證明。而為了生成證明，「礦工」需要通過多輪哈希函數來消化新區塊。多輪哈希函數是一種計算過程，它能夠接收任意長度的數據塊，並將其簡化為一條固定長度且無特定含義的，由字母以及數字組成的字元串——這就是哈希值。為了使這一過程更為困難，區塊鏈中還要求所產生的哈希值以一定數量的零作為開頭。其中的難點在於，我們無法預測任何給定的數據集將以怎樣的哈希值呈現，因此礦工需要在驗證過的區塊上反覆執行計算，並每次在數據集中插入一個隨機數。當該數字被改變時，也將產生與之對應的新哈希值結果。而只有當最後的「礦工」在得到正確數量的零時，他們的任務才算完成。
第一個找到符合要求的哈希值的「礦工」會向其他「礦工」宣布這個新的區塊，然後由後者對其進行檢查並將其添加至計算機上所存儲的完整版區塊鏈上。為了完成所有這些工作，「礦工」們會收取新的比特幣及其它「採礦」費作為獎勵。
我們將哈希值視為鎖定鏈上某一特定區塊的方法。舉個更為形象的例子：假如你擁有一把需要鑰匙才能關上的鎖，同時還擁有大量可供使用的鑰匙，但不知道哪一把能夠與該鎖相匹配，則必須一一嘗試。當最終找到正確的鑰匙時，你可以將其插入鎖中，以供任何人檢查這種匹配的正確性。
從理論上講，這項工作與「礦工」收到的回報屬於對良好行為的激勵。比特幣「礦工」會大量投資於這套服務網路——具體形式包括提供計算資源以及購買硬體等等。因此，其中的基本思路在於，他們不應採取任何可能導致貨幣完整性受損或貶值的行為（包括進行雙重支付等任何行為）。
這類操作還面臨著另外一種保護機制的約束，因為對舊有區塊內容的變更成本將被添加至區塊鏈內各個新區塊的創建當中。在創建一個新區塊時，其中將包含之前的區塊。舊有區塊發生的任何變更都將導致一切後續區塊的哈希值無效化。因此，我們不可能將經過偽造的區塊插入原有區塊當中，而無需重複該區塊之後已經執行完畢的一切工作。正如之前提到的開鎖比喻，最後一把鎖的設計取決於之前的所有鎖，因此改變區塊鏈當中的任何一把鎖都意味著必須為之後的每一把鎖找到新的鑰匙。
通過這種強迫「礦工」提供昂貴的證據，並為其工作成果提供報酬，中本聰建立起了第一種具備實際可行性的點對點數字貨幣。但除此之外，他還解決了另一個困擾了計算機科學家們幾十年的問題——一致性。比特幣在過去8年當中從未下線，這意味著其找到了一種激勵可能不可信的參與者處理交易，從而獲取可靠結果的途徑。其結果就是，任何擁有互聯網連接的人都能夠查看及添加數據鏈，而且基本不會受到攻擊活動的影響。
如何在其它領域應用區塊鏈技術？
事實證明，這樣一套系統可能不僅僅適用於金融領域。當「礦工」們進行交易驗證時，他們實際上所運行的是數據處理程序，並對交易請求進行支持或反對。然而，如果他們能夠運行更為複雜的程序，例如社交媒體網路中的軟體呢？如果區塊鏈被用於簡單貨幣交易之外的數據，例如在線論壇上的消息，結果又會如何？
前文提到的Ethereum是2013年多倫多一位19歲的計算機專業學生Vitalik Buterin設計的，其目的就在於延續比特幣在貨幣領域的成果，同時將其擴展到其它領域當中。
Ethereum自己的貨幣以太幣與比特幣不同的是，Ethereum用戶交易被稱為智能合約——一種迷你程序，其可配合無限的複雜度水平進行編寫。此後，用戶能夠通過向程序發送載入有指令的交易，從而與其他「礦工」進行往來與交互。
在實際應用當中，這意味著任何人都能夠將軟體程序嵌入到交易當中，並確保其在區塊鏈的使用期限之內不會發生改變或訪問。從理論上講，Ethereum可以帶來足以取代Facebook、Twitter、優步、Spotify乃至其它任何數字化服務的方案。這些新版本對於審計人員而言將是完美、完全透明，並且能在沒有創建者參與的前提下無限期運行。
什麼是許可分類賬？
就在Buterin試圖利用區塊鏈技術打造一套延伸至全世界的超級計算機時，另一種趨勢則將這項技術推向了另一個方向——即邁向中本聰本人更推崇的封閉與可控迭代道路。
2014年9月，包括巴克萊、高盛以及摩根大通在內的多家金融機構共同組成了R3聯盟，旨在探索如何通過區塊鏈技術提升銀行之間的支付效率。
這些機構意識到，像比特幣與以太幣這樣的區塊鏈開放結構與他們自身的需求顯然背道而馳。加密貨幣所關注的主要是用戶匿名性，這些用戶會在開放區塊鏈上以字母加數字組成的公開地址表示，且不具備任何能夠提供其真實身份的指示。而包括美國在內的多個國家的銀行業法律都禁止這種匿名性。
從法律層面考慮，金融機構有理由保護客戶數據，並控制這類數據流出至其它國家或地區。鑒於公開區塊鏈網路中的每台計算機都會複製整條交易記錄，因此在使用這些交易記錄鏈時根本不可能遵循監管機構所提出的要求。
因此，區塊鏈技術中的「許可分類賬」方法應運而生。即在被許可的分類賬當中，添加該區塊者的身份是已知的，且系統中的數據只能由選定人員查看。由於創建新區塊的權利是由運行代碼的人員，而非隨機分配機制決定，因此不需要投入工作量來提供進行「採礦」或支付加密貨幣的工作證明。
這類系統適用於區塊鏈之上各參與者之間信任程度較低，但希望模擬中立第三方服務的情況（如銀行在進行國際電匯結算時）。
就在2016年，R3聯盟發布了第一套許可分類賬方案Corda。不過短短數月，Corda迎來了自己的競爭對手——脫離R3聯盟的摩根大通也發布了自己的許可分類賬Quorum。
目前，許可分類賬方法同樣超越了銀行與金融機構，逐步向其它行業當中擴展，特別是那些需要負責監管客戶敏感數據的領域。其中許多相關項目由Hyperledger提供的工具所構建。（HyperLedger目前主要為希望使用智能合約，但卻對Ethereum及比特幣等開放式區塊鏈持猶豫態度的企業開發產品。）
那麼，智能合約將如何起效？
無論區塊鏈技術最終如何呈現，運行在其上的智能合約都需要各類支持技術作為依託。這些補充性技術目前正在藉助區塊鏈的熱度快速發展，並對區塊鏈技術本身的發展產生至關重要的影響。
康奈爾大學IC3協調人Ari Juels表示：「一旦獲得了智能合約，就會面對一系列問題。」這些問題主要分為以下幾類：
首先，區塊鏈無法存儲大量數據。對於多數項目而言，這顯然是個問題。例如有人建議利用區塊鏈技術進行視頻實況轉播，但其根本無法容納龐大的視頻數據。
其次，將智能合約放在區塊鏈上的另一個問題在於，區塊鏈本身並不清楚現實世界中發生了什麼。如果您的智能合約是一套航空保險系統，那麼其必須了解我們的航班何時起飛與著陸。然而，區塊鏈技術在設計層面就從來不具備查詢網站的能力。因此，它對於外部世界的一切了解都需要主動進行注入。
在理想情況下，開發者們將為區塊鏈設計出數據存儲與訪問方案（但需要注意的是千萬不能重新引入原本就存在的缺陷，尤其是最不可靠的對象——人類。）畢竟區塊鏈誕生的初衷就是為了徹底屏蔽人為接觸。要實現這一點，開發人員必須對「可信方」這一概念作出充分的考量與探索。
靜態數據的存儲問題可以通過分散式文件共享服務來解決，例如使用Protocols
Labs打造的Interplanetary資料庫或者Storj
Labs的去中心化雲存儲系統。這些系統已經幫助世界各地的人們為自己的磁碟騰出更多剩餘空間，相信其也將適用於基於區塊鏈技術的智能合約系統。因為其中的數據將始終以冗餘方式存儲在世界各地的多台計算機之上，從而實現始終可用且難以追蹤等屬性。
至於將實時數據導入區塊鏈，則可使用區塊鏈開發者們所謂的「oracles」實現。這些服務能夠以可靠的方式查詢實時數據源，並將其交付至區塊鏈上以完成饋送。
在IC3，Juels已經實現了一款名為Town Crier的自動化oracle。其負責確保被注入至區塊鏈當中的數據來自可信來源，且未經任何篡改。其使用英特爾處理器上的「受信軟體」晶元。這些晶元運行加密盾之後的代碼，但仍可證明該程序在按照既定方式執行。
區塊鏈技術的融資潛力來自哪裡？
如果現代社會所依賴的眾多數字化服務都需要在區塊鏈之上進行重建，那麼我們將不得不為所需要完成的工程與研究任務付費。
不過如果我們想要創造的是一種一旦成功就將摧毀眾多企業賴以生存的有價值數據的技術方案，又將如何？在理想情況下，Ethereum等開放區塊鏈會信任創建數據的人，允許其選擇如何進行數據共享。在這樣的環境下，任何企業都無法繼續憑藉向客戶銷售其瀏覽行為、購買歷史或位置數據而繼續生存。而區塊鏈企業也無法藉此對知識產權進行限制，因為開放式區塊鏈上的程序可供每位參與者隨意觀看。
儘管如此，區塊鏈業務的潛在融資機制已經出現：其中一大新趨勢取經自首輪公開募股（簡稱IPO）的首次貨幣發行（簡稱ICO）。
在與ICO項目團隊合作設計智能合約時，用戶必須持有特定的加密貨幣才能使用該應用程序。而項目團隊會在發布之前創建一堆此類貨幣，並在公開市場上出售。
這有點像在現實當中，有人走進一家自助洗衣店，卻發現這裡只能使用定製硬幣來運行機器。因此，不同於單純面向投資者，加密貨幣擁有者會將一大堆此類貨幣出售給公眾，而後按照洗衣服務的價值進行收取。
截至目前，已經有超過5億美元以貨幣銷售的方式湧入區塊鏈企業手中。如此可觀的投資導致部分觀察人士心生抱怨。然而，也有不少人認為，作為一種新型投資工具，ICO與其實際應用本身一樣極具顛覆性。
一家專門用於區塊鏈技術研發的新基金公司Placeholder的創始人Joel Monegro表示：「金錢不是萬惡之源，公平才是萬惡之源。」
區塊鏈初創企業經常引用他的論點，認為應該為企業創始人及員工分配股權以鼓勵他們囤積財富，而非改善產品。
在另一方面，特定於某種應用的加密貨幣已經不再是金融工具，而僅僅屬於獲取技術的手段。隨之而來的是，使用該項服務的人越多，訪問該服務所需要的貨幣就越有市場。
Hacera的Levi總結稱，「時代已經改變，而且變化速度很快。我們中的有些嘗鮮者在三、四年之前還兩手空空，但憑藉著自己的信念與加密貨幣市場的旺盛發展，如今獲得了可觀的財富。我們仍然需要進一步擴大以太幣與Ethereum的運作模式，而企業則需要更多地分散並保護其敏感數據。我們目前正面臨著一種新的、不同類型的挑戰：考慮到已經投入的巨額資金，不知道還會有多少前輩與新的願意堅持事業、繼續努力，從而利用這些改變了其自身的技術進一步改變世界。
| 來源：IEEE Spectrum；作者：MORGEN E. PECK；編譯整理：科技行者
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