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【美国计算机学会】区块链到底能做什么?(上篇)

来自美国计算机学会第一期周刊的论文,综合历年区块链研究,对区块链到底是什么进行深入分析;本篇为文章第一部分——区块链的技术属性→

作者投稿
Scott Ruoti
田纳西大学电气计算机和科学系的助理教授
Ben Kaiser
普林斯顿大学信息技术政策中心的博士生
Arkady Yerukhimovich
乔治华盛顿大学的计算机科学助理教授
Jeremy Clark
蒙特利尔Concordia信息系统工程研究所的副教授
Rob Cunningham
软件工程学院CERT部门的网络保证副主任&卡内基梅隆大学网络安全兼职教授


去年,中国央行区块链研究部门发布了《区块链能做什么,不能做什么》。无独有偶,2020年美国计算机学会通讯第一期发布一篇多名技术专家联合撰写的深度调查文章《区块链到底能做什么?》。

文章认为,作为比特币运行的底层技术——区块链,一直受到技术新闻的追捧。技术新闻让人兴奋的最大噱头是区块链技术减少,甚至完全消除人们对信任的需要。这种宣传使得区块链增强了人们的想象,人们也用想象增强了区块链的能力。

事实上,信任是复杂的。区块链技术确实消除了人们对信任特定的、狭窄的依赖,但是它还需要新的假设,对于特定的用例来说,这些假设可能更好,也可能更差。因此,关于区块链技术的效率、安全性、成本等方面,一言难尽。

很明显,区块链技术需要更细致的讨论。企业高管、政府领导、投资者和研究人员经常会问以下三个问题:

  • 什么是区块链技术?
  • 它提供什么功能?
  • 有什么好应用?

《区块链到底能做什么?》一文的目标是彻底地回答这些问题,提供一个区块链技术的整体概述,它将天花乱坠的宣传与现实区分开来,并为将来讨论区块链技术的细节提供一个有用的词汇库

 

区块链技术属性

区块链技术概念的第一个大类是技术属性,再细分为三个关键组:共享治理和操作、可验证状态和数据恢复能力。下图1显示了它们之间的关系。

共享治理和操作、可验证状态和数据恢复能力

 

共享治理和操作

区块链技术解决了这样一种情况:某些实体(例如,个人或公司)希望参与公共系统,但不相信彼此或任何第三方单独操作系统。通过确定系统细节(治理),然后部署网络设备(称为矿工)来运行系统,每个实体都可以确保正确的操作。如果出现一小部分攻击矿工(在高度细微差别的范围内),诚实矿工可以拒绝攻击矿工所采取的恶意行动,并保留系统的正确操作。在这方面,区块链技术提供了广泛的信任,在这种信任中,矿工集体是值得信任的。这常常被给予不恰当的信任——信任仍然存在,但已被去中心化。

共享操作通过共识协议来实现,这些协议被矿工用来就系统执行哪些操作(称为事务)达成一致。这里提到的事务,有时听起来像金融交易——价值从一个账户转移到另一个——但一般来说像是一个要求:在一组交易中给出的输入上执行一个特定的功能(它本身可能存储在区块链系统中)。共享治理存在于有效处理是什么样的(例如,这个事务是由发送方进行数字签名)和系统如何运作(例如,交易中的操作大小和数量小于某个界限)。共享操作意味着每个矿工验证交易,矿工之间的共识用于确保只有正确的有效交易输出被写入到区块链系统(可以提出无效或执行不正确的交易,但会被矿工拒绝)。

区块链系统可以分为去中心化治理(免许可区块链)和联盟治理(许可区块链)两大类。 

 

可验证状态

实体采用区块链技术,是因为他们希望他们的信任能根植于系统中(即,系统的当前状态准确地反映了共识协议在过去允许执行的交易)。为了实现这种信任,矿工将所有交易写入一个经过加密验证的只允许追加的账本,提供完整的系统来源,并允许矿工(或外部方)审计系统的当前状态和过去的操作。

包括比特币在内的许多系统中,这种账本通常被称为区块链(我们避免使用这个术语来描述账本,以免与区块链技术的整体参考相混淆)。在账本中,所有的交易都是严格有序的,在达成一致意见(只要保持一致意见)后,这种有序从未改变,交易也从未被取消。因此,从第一个区块(称为创世区块)开始,所有矿工将以相同的顺序处理所有交易,并达到整个系统的当前状态是相同的。

 

数据恢复能力

如果账本存储在一个单独的位置,所有各方都可以检测到数据的删除或修改,但不能保证数据可以被恢复。使用区块链技术,所有矿工之间可以复制账本内容,以解决单点故障。当确实需要恢复数据时——例如,如果某个矿工的账本损坏了,或者有新的矿工连接——可以验证复制的数据,以确保它正确地表示系统状态。

一些区块链系统试图限制任何被给的矿工需要复制的数据量,方法是对数据进行分片,以及分配矿工仅为系统的一个子集来管理和操作。这就是分片技术,数据的各个部分称之为分片。分片可以极大地减少矿工需要存储的数据量,同时还可以提高共识协议的性能,共识协议通常根据矿工的数量进行扩展。尽管如此,共识还是增加了审计整个系统的复杂性。此外,通过减少负责任何给定交易的矿工数量,分片可以减少攻击所需的矿工数量,以欺骗终端客户某个交易的存在。

(文章未完待续,下周一敬请期待)

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原创文章,作者:tshi,如若转载,请注明出处:https://ipfser.org/2020/01/03/qukuailianzuoshenme/

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