区块链机制和特性

从现在开始，为了了解区块链技术的特点，我想解释一下它是如何工作的，重点是比特币中使用的技术，这也是这项技术的起源。

比特币在网络中所有参与者共享的分布式数字交易分类账上记录和管理 10 分钟内发生在世界各地的交易。 10 分钟内所有交易的记录称为“区块”，每时每刻创建的区块链称为“区块链”。每个块之间都放置数字印章，以确保连接顺序正确。这使得无法时光倒流，未经许可伪造交易记录。

通过区块链，交易的所有参与者都可以监视公开的交易账本。因此，即使没有权威或信任的第三方，欺诈也不能被忽视（图3）。过去交易中不可或缺的第三方，实际上却为交易的顺利进行带来了不便。任何涉及中介的交易始终是成本因素和减慢因素。此外，由于信用往往成为黑匣子，甚至可能成为欺诈的温床。基于区块链的交易消除了这些缺点。

【图3】区块链机制
来源：经济产业省“2015 财年日本经济和社会信息化和服务化相关基础设施发展报告（使用区块链技术的服务的国内外趋势调查）”

构成区块链的三项基本技术

区块链是一种“P2P（点对点）型网络技术”和“密码技术（哈希函数）”^*3，公钥加密^*4，电子签名^*5)”和“共识构建机制”。这些技术都是现有技术，但它们之间的协同作用使得创建具有“不可能欺诈”、“系统不会停止”和“可以低成本构建和运行”等特性的分布式数字账本成为可能。

P2P网络技术是一种在称为节点（有时称为对等点）的网络上的设备和系统之间维护数据并向其他节点提供数据的技术。在典型的客户端/服务器类型网络中，服务器集中负责维护和提供数据。如果一台担负重任的服务器宕机，整个网络就会瘫痪。另一方面，在P2P网络中，网络内的处理被分发到每个节点，因此即使某些节点因网络攻击而宕机，交易和合约的处理也不会停止。这与互联网相对于交换电话网络的优势完全相同。

加密技术对于安全交易至关重要，因为它可以防止篡改等欺诈行为。除了上述的印章验证之外，与新区块链生成相关的数据以及交易数据创建者的身份验证也将被加密。然而，当包含大量信息的交易账本分布到P2P网络上的各个节点并执行涉及密码技术的复杂处理时，不可避免地会出现严重的问题。这肯定会增加成本，因为每个节点都需要有相应的计算能力。需要采取一些措施来利用区块链的优势并保持活跃的交易。这些措施包含在下文所述的建立共识机制中。

正式参与比作弊更有利可图

共识构建机制用于验证参与者何时同意发生了正确的交易并将其记录为新区块。在区块链系统中，区块被生成为记录交易和合约交换的账本的一页。到时候，如果任何人都可以自由生成区块，那么篡改区块就很容易生成。因此，有必要对参与区块生成的参与者进行一些限制。比特币在这部分使用了一种称为“工作量证明（PoW）”的巧妙方法。

区块链是连接过去和现在的交易分类账。如果您尝试篡改特定块，您还需要计算包含所有后续交易的块。要篡改它，您需要比区块链中的所有参与者更快地覆盖欺诈性区块链。也就是说，需要花费巨大的努力，不断地掩盖谎言。这需要付出的努力是巨大的，而且想要篡改它是极其困难的。

此外，在 PoW 中，作为建立共识所需程序的一部分，所有参与者都被迫执行比必要的更耗时的任务。如果一味地强加苦力，参与者最终会付出很大的努力。因此，我们为工作本身付费。在比特币中，任务是创建一个寻宝游戏，玩家以重复简单计算的速度进行竞争，规则是最快找到宝藏的人将获得奖品。这种寻宝活动被称为“采矿”。^*6''（图 4）。

[图4]使用PoW系统的寻宝系统
来源：作者创建

从此类挖矿中获得的奖励会激励人们花钱进行与密码学相关的处理。他们创建了一个系统，如果你积极支持区块链系统，就可以盈利。这种方法的巧妙之处在于，即使有人作弊，正式参与挖矿也比伪造交易账本有利可图。研究人员估计，为了完成欺诈交易，一个网络需要占用网络中所有节点总算力的一半以上。拥有如此强大的计算能力，您可以轻松地在挖矿竞争中生存下来。