区块链技术与加密数字货币的原理及应用问题

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这是个人近期的一篇关于区块链技术和加密数字货币学习心得的文章。个人认为，深入了解区块链技术是参与此类投资的基本条件。目前，山寨币泛滥成灾。不了解的投资者，请在深入了解这些项目之前，谨慎投资。

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信息技术和网络基础设施的发展和普及使得网上交易变得非常普遍和容易，例如Paypal、网上银行、信用卡等等。除了金融机构和政府部门发行的法币外，个人或团队也可以通过区块链技术发行比特币、以太币等私人数字货币。这些新的交易方式让货币的载体不再是金属或纸，而是一串数据。这已经是货币发行的一场革命。因为这些数据需要存储在不同类型的存储中，所以必须可以使用计算机、网络和操作系统等高科技设备。

从现象学的角度来看，由计算机和网络构成的“虚拟世界”与“物理世界”具有不同的属性。我们必须首先了解在线数字交易的环境，以及这种环境与“物理世界”有何不同。例如，比较两种伪造货币的难易程度。每张普通纸币都有一个唯一的数字代码，可以追踪钱的去向。先进的防伪技术、特殊的纸墨、夹层等数字货币与区块链的区别，使得假钞的成本非常高。数字货币的本质是内存上的数据，计算机复制数据的成本几乎为零。数字货币设计者必须防止数字货币可以随意复制的问题。这是分类帐记录变得非常重要的地方。由于数字货币缺乏物理载体，一旦账本记录因未知因素丢失，无人能证明该资产的存在。意大利数学家卢卡·帕乔利（Luca Pacioli）于1494年发明复式记账法，同时记录每个账户的来源和去向。首次在记账过程中引入对账校验功能，提高了记账的可靠性。通过这种记账方式，数字货币数据中还包含了一个记账记录，让我们知道钱从哪里来，到哪里去了。然而，在现实中，网络中存在安全问题。数据丢失和被盗非常普遍。在网络上发布的帐户可能会被篡改、销毁或复制。因此，信用卡和 Paypal 类型的数字交易由第三方保护和管理。第三方可以是提供此服务的银行、金融机构或在线公司。这种数字货币的账户由第三方机构保管，存在很多问题。第三方机构需要消耗高额成本来维护账目，如人员聘用、设备支出等。此外，还可能存在信任和隐私问题，因为银行的一些员工可以访问您的账户，而您的私人信息可能会在不知情的情况下被盗。那么如何解决这个问题呢？

分布式系统和密码学的快速发展使货币发行从政府和银行中解放出来。分布式系统可以实现货币发行的去中心化，使数字货币可以在没有管理和维护机构的情况下流通。密码算法可以解决数据安全问题。更安全的算法很难被破解，只有拥有密钥的人才能解密数据。那么分布式系统如何实现货币发行和流通的去中心化呢？以及密码学如何保证数字货币的安全？

首先，分布式系统可以实现会计记录的去中心化。以比特币为例，比特币是一个分布式的点对点网络。由于缺乏中央管理员，比特币的记账不是由一个人或一个组织完成的。账本记录的维护和交易记录的验证由参与比特币网络的“矿工”完成。每个客户端和服务节点都可以访问此帐户记录。记帐记录只能添加新记录，不能篡改以前的记录。每当有新的交易产生时，需要服务节点对交易进行验证，然后更新账户记录，通过全网广播完成交易。

其次，在这个系统中，我们还需要避免对服务节点的恶意操作。再次以比特币为例，整个比特币网络由“矿工”维护。所有交易记录必须经过拥有全网50%以上算力的服务节点确认或拒绝后，才能成为合法交易。这些合法账户存储在区块中，每个区块都包含上一个区块和下一个区块的地址，形成一个区块链。验证交易的过程是一个极其复杂的计算过程。矿工需要使用相对强大的算力来计算新的区块，而如此强大的算力需要消耗大量的电力。因此，恶意操作的犯罪成本非常高，被恶意操纵的矿工需要50%以上的算力才能拒绝合法交易。

最后，公钥密码学的发展使在线交易更加安全。公钥加密也称为非对称加密。在这种加密方法中，密钥分为两类，公钥和私钥。公钥可以将明文加密为密文，但密文解密为明文只能使用私钥而不是公钥。私钥必须由所有者妥善保管，不得泄露给任何人；而公钥可以在非安全的公共渠道中流通。例如，在比特币交易过程中，发送者使用自己的私钥对文件或消息进行签名，接收者在收到消息后使用发送者的公钥验证签名的真实性。这大大提高了安全性，即使有人在不安全的通道上非法窃听，由于缺少私钥而无法伪造签名。

分布式系统可以实现去中心化的货币发行；公钥密码算法可以保护交易的安全。问题似乎解决了，那么区块链技术和加密货币会取代当前的金融体系吗？从目前分布式系统的发展和公钥密码学的进展来看，去中心化的加密数字货币很难替代法定货币。

首先，区块链技术下的分布式系统很难通过增加服务节点来提高交易和验证效率。单个节点的性能可以极大地帮助提高整体性能。然而，在像比特币这样的公共区块链网络上，存在具有不同性能的单个节点。然后一台非常糟糕的计算机将拖累整个过程。目前，公共比特币区块链只能支持每秒约 7 笔交易的吞吐量，而 VISA 系统处理的平均吞吐量为每秒 2000 笔交易。从效率的角度来看，目前的区块链技术还不够成熟，很多工程设计和部署都可以优化。例如，闪电网络是一种增加比特币吞吐量的方法。

那么数字货币与区块链的区别，虽然公钥密码学提出了公钥和私钥的区别，以提高在不安全信道中通信的安全性。存储在本地或其他设备上的私钥仍有可能被盗，但这在一定程度上取决于私钥持有者的个人安全意识和常识。这个问题可以简单地通过增加个人安全知识和意识来预防。主要的问题是，随着计算能力的提高，这些曾经看似不可能破解的加密方法已经变成了蛮力。经典的RAS算法已经被认为不够安全，一般推荐使用椭圆曲线系列算法。

最后，去中心化区块链技术如何与中心化金融机构和中央银行相结合。以目前的技术水平，去中心化的区块链技术要完全取代中心化的金融体系还需要很多年。在这一天到来之前，我们究竟需要如何整合这两个系统？政府需要如何立法？如果我的私人电子钱包被盗怎么办？还有更多。

加密数字货币只是区块链技术带来的发明。在其他领域，所有与信息、价值和信用相关的行业都可以利用区块链技术为他们带来新的产品类型。例如，与比特币相比，以太坊和 Hyperledger 项目是非常不同的产品项目。如果相关的技术问题能够被攻克，那么区块链技术确实有很大的潜力替代当前的金融、信息和价值产业。

参考：

yeasy@github 的区块链技术指南