区块链技术是什么？用一次 Amazon 购物来解释

如果你关注银行、投资或数字货币新闻有一段时间了，大概已经见过“区块链”这个词，它是为 Bitcoin 存储记录的技术。值得花点时间把它真正弄懂。每当你开始了解区块链，往往会碰到类似“区块链是分布式、去中心化且公开的”这样的定义，第一次读的时候并没有太大帮助。

好消息是，无论标准定义听起来多让人困惑，区块链其实真的很好懂。

区块链是什么？

既然这项技术这么复杂，为什么商业界会认为任何人都能掌握区块链的基本概念？因为区块链从字面上看，就是一条把一个个区块连起来的链。这是直译，但在这里并不是这个意思。在这个语境下说“区块”和“链”，指的是数字信息：区块就是数据，链就是存放数据的数据库。

区块链中的“区块”由数字信息组成，里面存放着三样东西：

1. 区块存储交易的详细信息：你在 Amazon 等网站上购物的日期、时间和金额。（注意：这里的 Amazon 购物只是举例说明，Amazon 并不是在区块链上运行的。）
2. 区块存储交易参与者的信息。记录你这笔 Amazon 购物的区块，会记下你和 Amazon.com, Inc. 双方的参与，但记录的不是你的真实姓名，而是“数字签名”，它更像是用户名，而不是身份证件。你的购买记录会被记下，但不会暴露你的个人身份。
3. 区块还存储着让它与其他所有区块区分开来的信息。就像你我都有名字来区分彼此，每个区块都存储着一个独一无二的代码，叫作哈希（hash），用来把它和其他区块区分开。所以当你在 Amazon 付款、这笔交易完成后，下一笔交易就可以接着进行；即使你这笔交易的细节和上一笔几乎一模一样，哈希也能保证每个区块仍作为独立的记录被存储。

上面的例子把一个区块当作只存储一笔 Amazon 购物，但实际情况并不完全如此。区块链上的每个区块最多可以存放大约 1 MB 的数据，具体取决于每笔交易的大小，这意味着一个区块可以同时存放数千笔交易。

区块链如何运作

当一个区块存储了新数据，它就会被添加到区块链上，这正是这个名字所描述的：一连串连在一起的区块。一个区块要被添加到链上，必须经过四个步骤。

1. 必须发生一笔交易。你用自己的账户在 Amazon 上买东西。点击确认订单后，这笔交易就产生了，下一笔交易也可以接着进行。
2. 这笔交易必须经过验证。购买完成后，必须对它进行核查。其他公共记录，例如证券交易所、维基百科、你家附近的图书馆，都有专人负责核实新的条目。而在区块链上，这项工作交给了分布在世界各地的计算机网络，通常有数千台。（在 Bitcoin 网络上，参与的机器数量达到数百万台。）你下单时，这个网络会检查这笔交易是否确实如你所说那样发生，并确认时间、金额和参与者等细节。
3. 这笔交易必须存入一个区块。你的交易经过核查和确认后，金额、你的数字签名和 Amazon 的数字签名等细节，会和可能多达数百或数千笔其他交易一起存入一个区块。
4. 这个区块必须被赋予一个哈希。一个区块中的所有交易都通过验证后，必须给这个区块一个独一无二的识别代码，也就是哈希。只有生成哈希之后，这个区块才能被添加到区块链上。

新区块被添加到区块链后就会公开，任何人都能查看它的内容，包括你。如果你打开 Bitcoin 区块链浏览器，就会发现你能看到交易数据，包括区块被添加的时间（“Time”）、它在链上的位置（“Height”）以及由谁添加（“Relayed By”）。

区块链是私密的吗？

任何人都可以查看区块链的内容，只要把你的电脑连接到区块链网络即可。连接之后，你的电脑会收到一份区块链副本，每当有新区块加入，它就会自动更新，就像有人发了新帖子时社交动态会自动刷新一样。

网络上的每台电脑都保存着自己的一份区块链副本，这意味着同一条链有数千份副本，Bitcoin 的情况则是数百万份。因为每份副本都完全相同，数据又分散在整个网络中，所以极难被操纵。不存在一本放在某个地方、说了算的账本让攻击者去篡改。想要改动任何内容，攻击者就必须同时改掉网络上的每一份副本。

如果你打开 Bitcoin 区块链浏览器，会发现查看交易并不需要登录或表明身份。区块链交易数据并非完全匿名，但其中不包含个人身份信息，显示的是数字签名或用户名，而不是某个具体的人。

这就引出了一个显而易见的问题：如果你不知道是谁把区块加到链上的，为什么要信任这条链，或者信任维护它的计算机网络？

区块链安全吗？

区块链通过多种方式同时保证安全和可信。首先，新区块总是按时间顺序排成一列添加，新区块一定接在链的“末端”。如果你打开 Bitcoin 区块链浏览器，就能看到每个区块在链上的位置，标注为“Height”。例如在 2019 年 2 月，区块高度约为 56.2 万。

区块一旦被添加到链的末端，再回头修改它的内容就变得极其困难。每个区块都包含自己的哈希，以及前一个区块的哈希。哈希由一种数学函数生成，它把数字信息转换成一串数字和字母，只要信息有任何一点改动，哈希也会随之改变。

正是这个特性让区块链安全。假设攻击者想篡改你的 Amazon 交易，让你付两次钱。他一改金额，这个区块的哈希就会改变，但链上下一个区块记录的仍是旧的哈希。为了掩盖痕迹，攻击者就得把下一个区块也改掉，而这又会改变它的哈希，就这样一路改下去。

因此，改动一个区块就意味着要改动它后面的所有区块，而重新计算所有这些哈希需要多到不现实的算力。简单来说：区块一旦被添加到区块链上，就很难修改，实际上也不可能删除。

至于信任问题，区块链会对想加入网络、往链上添加区块的计算机进行考验。这些考验叫作共识机制（consensus model），要求参与者先“证明”自己才能参与。最知名的例子是 Bitcoin 使用的工作量证明（proof of work）。

在工作量证明机制下，计算机必须通过解一道复杂的数学题来证明自己做了“工作”。解出一道题，就能获得向区块链添加一个区块的权利。用这种方式添加区块，在加密货币圈叫作挖矿，这并不容易。据区块链信息网站 BlockExplorer 的数据，截至 2019 年 2 月，在 Bitcoin 网络上解出一道这样的题的概率约为 5.8 万亿分之一，计算机必须运行强大且耗电的程序，才有一点现实的机会。

工作量证明并不能让攻击变得不可能，但能让攻击变得得不偿失。想篡改区块链的攻击者，面对的也是和其他人一样的 5.8 万亿分之一的概率，而所需算力的成本几乎肯定会超过他能得到的任何好处。