作者 | 曹嚴(yán)明

如果說比特幣是對(duì)傳統(tǒng)貨幣的一種顛覆，那么比特幣的基礎(chǔ)技術(shù)——區(qū)塊鏈則是對(duì)傳統(tǒng)編程范式的一種顛覆。

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區(qū)塊鏈技術(shù)被看作是一次Paradigm Shift。也許很多人對(duì) “顛覆”這種說法不以為然，因?yàn)楝F(xiàn)在這個(gè)詞已經(jīng)被用濫了（如今哪個(gè)好一點(diǎn)兒的詞沒有被用濫呢？），但是明眼人在匆忙做出“這又是個(gè)噱頭”這樣的結(jié)論之前會(huì)謹(jǐn)慎地去了解它背后的東西。

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這篇文章的目的就是為程序員介紹區(qū)塊鏈的獨(dú)特技術(shù)，以及這些技術(shù)如何運(yùn)用到項(xiàng)目或者產(chǎn)品的開發(fā)過程中。

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即使你不想進(jìn)入全新的區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)大潮，你也會(huì)發(fā)現(xiàn)其底層技術(shù)對(duì)平日的應(yīng)用開發(fā)有不少啟發(fā)和借鑒作用。

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一個(gè)新技術(shù)的誕生有它順應(yīng)時(shí)代的合理性（黑格爾語“存在就是合理的”）。作為程序員我們應(yīng)該去了解它的合理性所在之處，取而用之。我們不一定非要用新技術(shù)去顛覆一個(gè)老應(yīng)用，但可以用新技術(shù)去重塑一個(gè)老應(yīng)用。

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本篇主要討論區(qū)塊鏈在三個(gè)方面的獨(dú)特性：去中心和去中介、隱私保護(hù)、時(shí)間戳。

去中心和去中介

1994年凱文 · 凱利（國內(nèi)稱KK）出版了一本預(yù)言式的巨著《失控》，書中充滿了關(guān)于智慧生命及其社會(huì)進(jìn)化機(jī)制的真知灼見。書中提到的很多概念，比如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)等，在二十多年后的今天已經(jīng)成為普遍事實(shí)。

“去中心化”是凱文 · 凱利在書中提出的“九律”中的一條。

一個(gè)去中心化的系統(tǒng)，沒有一個(gè)中央的、至上而下的控制主體，而完全是由大量相互聯(lián)結(jié)看似無組織的小個(gè)體構(gòu)成，這些個(gè)體有一定的獨(dú)立性，可以相互作用，它們自發(fā)地形成一個(gè)整體以后，由量變引起質(zhì)變，結(jié)果整體的能力、智慧、適應(yīng)性和靈活性，都大大超過了個(gè)體的簡單相加。

這樣的去中心化系統(tǒng)生命力極強(qiáng)，遭到破壞可以自我修復(fù)，因而很難被完全摧毀。

互聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)典型去中心化的例子，極強(qiáng)的適應(yīng)性和抗破壞性是互聯(lián)網(wǎng)的根本。不過如今的互聯(lián)網(wǎng)卻有了中心化的趨勢。

中心化的后果見仁見智，對(duì)崇尚多種選擇的人來說，中心化代表著選擇自由的喪失，服務(wù)質(zhì)量的下降，活力的倒退和創(chuàng)新的萎縮。微博做為新一代互聯(lián)網(wǎng)媒體的翹楚，它的興起、沒落以及再次復(fù)興，從內(nèi)容的產(chǎn)生和傳播來說，就是一個(gè)從一開始的去中心化，到由大V們控制的中心化，再到去中心化的歷程。

總之，只有那些賦予其中每個(gè)個(gè)體充分發(fā)展的自由的系統(tǒng)，那些抗拒中心化趨勢的系統(tǒng)，才是生機(jī)勃勃、有創(chuàng)新力、能夠不斷進(jìn)化的系統(tǒng)。

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站在2016-2017年之交，智能機(jī)器時(shí)代似乎離我們不遠(yuǎn)了。

芯片、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，都極大增強(qiáng)了各種網(wǎng)絡(luò)終端（edge）的能力，無論這些終端是人、手機(jī)、汽車、機(jī)器人，或是其他設(shè)備。以前由于存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)或者計(jì)算能力等限制而選擇中心化的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，現(xiàn)在的程序員則有更大的自由去選擇一種去中心化的設(shè)計(jì)。去中心化的系統(tǒng)更加靈活，更具適應(yīng)性，更有活力。

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另一方面，現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的各種交易活動(dòng)，由于交易雙方缺乏信任、信息不對(duì)稱、搜尋成本、匹配效率、交易費(fèi)用等因素，需要有交易雙方共同信任的中介參與。

比如銀行間的跨境支付，中間需要通過SWIFT網(wǎng)絡(luò)和代理銀行，而不能直接進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易。

中介的產(chǎn)生源自于降低交易成本的目的，但是隨著新技術(shù)的出現(xiàn)和普及，雙方直接交易成為可能，而且成本更低。在這樣的情況下中介變得多余了，交易雙方通過去中介化來降低交易成本。

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去中心和去中介有多種不同層次，可以體現(xiàn)在業(yè)務(wù)模式、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和傳播、應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)、應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)、升級(jí)等方面。比特幣和區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N比較徹底的去中心和去中介應(yīng)用，它包含以下幾種去中心和去中介技術(shù)：

1. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（P2P network）

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)并不是什么新概念，網(wǎng)上的很多文件共享和視頻直播服務(wù)就是用P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。P2P是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位相當(dāng)，沒有任何節(jié)點(diǎn)處于中央控制的地位，也沒有任何節(jié)點(diǎn)扮演交易中介的角色；每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是Server，又是Client；節(jié)點(diǎn)可以選擇隨時(shí)加入，隨時(shí)退出；節(jié)點(diǎn)可以選擇運(yùn)行所有的功能（Full node），也可以選擇運(yùn)行部分的功能；節(jié)點(diǎn)越多，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算能力越強(qiáng)，數(shù)據(jù)安全性越高，抗破壞能力越強(qiáng)。

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2. 去中心化數(shù)據(jù)庫

例如Bitcoin的分布式總帳。

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3. 去中心化應(yīng)用 (Decentralized App，簡稱 DApp)

例如在Ethereum上運(yùn)行的智能合約應(yīng)用。

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4. 共識(shí)算法

無中心、無中介、無需相互信任的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間需要協(xié)調(diào)一種共識(shí)算法，以便共同維護(hù)一個(gè)統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)庫，以及協(xié)同工作以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性和適應(yīng)性。有多種共識(shí)算法，包括：

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PoW–Proof of Work工作量證明

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PoS – Proof of Stake權(quán)益證明

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DPoS–Delegated Proof of Stake授權(quán)權(quán)益證明

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PBFT–Practical Byzantine FaultTolerance實(shí)用拜占庭容錯(cuò)

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PoET–Proof of Elapsed Time流逝時(shí)間量證明等。

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作為一個(gè)程序員或者架構(gòu)師，這些思路和技術(shù)有什么幫助呢？你的應(yīng)用需要去中心或者去中介嗎？你的下一個(gè)應(yīng)用需要采用去中心化的架構(gòu)嗎？設(shè)計(jì)去中心化的架構(gòu)需要作哪些改變？需要哪些基礎(chǔ)設(shè)施？在時(shí)下這股區(qū)塊鏈的淘金熱里，已經(jīng)有很多創(chuàng)業(yè)公司準(zhǔn)備顛覆傳統(tǒng)的中心化應(yīng)用。幾乎所有的應(yīng)用，都開始有相應(yīng)的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化版本。如果你認(rèn)為目前沒有必要或者不可能去中心化，未雨綢繆總是不會(huì)錯(cuò)的。

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隱私保護(hù)

個(gè)人隱私信息泄露在中國是一個(gè)非常嚴(yán)重的現(xiàn)象。

盜取、販賣個(gè)人信息已經(jīng)有完整的黑市產(chǎn)業(yè)鏈，部分互聯(lián)網(wǎng)征信和數(shù)據(jù)公司，從黑市上購買數(shù)據(jù)，甚至雇傭黑客盜取數(shù)據(jù)?；ヂ?lián)網(wǎng)用戶普遍意識(shí)到個(gè)人隱私信息的重要，對(duì)隱私保護(hù)的要求會(huì)更高。程序員有責(zé)任從技術(shù)上加強(qiáng)個(gè)人隱私的保護(hù)。

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在傳統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)中，隱私保護(hù)或者安全性設(shè)計(jì)的優(yōu)先級(jí)并不是很高，現(xiàn)在這種情況必須有所改變，架構(gòu)師需要提升隱私保護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)先級(jí)。

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區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域采用了很多密碼學(xué)的技術(shù)，例如哈希算法、加密算法、公鑰密碼學(xué)、默克爾樹、和零身份證明。

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Bitcoin在保護(hù)用戶身份方面，使用哈希過的公鑰作為個(gè)人賬號(hào)，這樣在交易時(shí)隱藏了個(gè)人信息。另外，個(gè)人賬號(hào)可以設(shè)計(jì)成一次性的，每次交易都使用新賬號(hào)，這樣就很難通過追蹤某個(gè)賬號(hào)的交易來推測用戶身份。Bitcoin的總帳是公開的，上面每筆交易記錄包含付費(fèi)賬號(hào)、收費(fèi)賬號(hào)以及轉(zhuǎn)賬金額。

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如果覺得這樣的隱私保護(hù)還不夠，另一個(gè)數(shù)字貨幣Zcash在Bitcoin之上增加了一些協(xié)議，將付費(fèi)賬號(hào)、收費(fèi)賬號(hào)以及轉(zhuǎn)賬金額都隱藏了起來，采用的方法仍然是加密、哈希、默克爾樹和零知識(shí)證明。

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盡管比特幣出自于一群無政府主義者之手，但他們秉承的一些諸如保護(hù)個(gè)人隱私的信念，在這個(gè)信息泛濫的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代還是非常可取的。

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你的應(yīng)用是否收集了超越應(yīng)用需要的個(gè)人信息？（保護(hù)隱私的最好辦法就是不收集它們）在處理交易時(shí)，是否可以傳遞盡可能少的個(gè)人身份信息？或者使用一次性賬號(hào)？在日志中是否可以記錄盡可能少的個(gè)人身份信息？或者完全不需記錄？緩存數(shù)據(jù)庫中的個(gè)人信息是否安全？消息傳遞時(shí)不僅采用Session Key加密，是否還可以采用Message Key？如今，哈希算法、公鑰加密，默克爾樹，這些加密技術(shù)唾手可得。程序員應(yīng)該養(yǎng)成新的習(xí)慣，在應(yīng)用設(shè)計(jì)中采用各種加密技術(shù)保護(hù)個(gè)人隱私信息，包括個(gè)人賬戶、交易、瀏覽、日志信息等。

時(shí)間戳

傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在設(shè)計(jì)表時(shí)一般會(huì)有一個(gè)或多個(gè)時(shí)間戳（timestamp）字段，用來標(biāo)記一行記錄添加或修改時(shí)的時(shí)間。

基本上，這些時(shí)間戳是給應(yīng)用內(nèi)部使用的。當(dāng)數(shù)據(jù)被共享給其他應(yīng)用時(shí)，這些時(shí)間戳并沒有多大意義，因?yàn)闀r(shí)間戳可以偽造。

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在數(shù)據(jù)黑市上，一個(gè)數(shù)據(jù)掮客可以將一份銀行VIP客戶數(shù)據(jù)進(jìn)行注水，摻入一半的假數(shù)據(jù)。

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一家保險(xiǎn)公司為了攪亂市場上競爭對(duì)手的視線，故意污染數(shù)據(jù)，將高凈值用戶放入騙保用戶黑名單，將騙保用戶放入高凈值用戶名單，然后讓污染后的數(shù)據(jù)故意泄露出去。

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如果每條數(shù)據(jù)都帶有一個(gè)真實(shí)可信的時(shí)間戳（這條數(shù)據(jù)產(chǎn)生的真實(shí)時(shí)間點(diǎn)），這樣的造假行為就比較難奏效，因?yàn)榧贁?shù)據(jù)的時(shí)間戳一般都是最近的。

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以前我們很少關(guān)心數(shù)據(jù)的時(shí)間戳，很少去了解時(shí)間戳對(duì)數(shù)據(jù)的意義，一個(gè)原因也許是我們不知道如何用技術(shù)去實(shí)現(xiàn)這樣的時(shí)間戳。

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如果技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全可行，那么這個(gè)時(shí)間戳對(duì)我們來說就有了全新的意義。

首先，我們有了真正可以信任的歷史數(shù)據(jù)。

第二，這些數(shù)據(jù)因?yàn)榭尚抛兊酶袃r(jià)值，可以在應(yīng)用之外被其他應(yīng)用或者分析工具使用。

第三，我們可以基于這些可信的歷史記錄生成信用。

最后，我們真正進(jìn)入一個(gè)信用社會(huì)。

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想象一下，如果我們想在未來某天證明自己的數(shù)據(jù)是在今天產(chǎn)生的，可以在今天對(duì)今天的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行某種形式的哈希（比如默克爾樹），最終得到一個(gè)哈希值，然后在第二天的《參考消息》上登一個(gè)廣告，把哈希值發(fā)布出去。明天的《參考消息》就成了我們的時(shí)間戳。

如果明天我們想做同樣的事，可以如法炮制，另外有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，那就是要記得把今天的哈希值也給哈希進(jìn)去。這樣每天的哈希值就包含了以前所有數(shù)據(jù)的哈希信息。

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區(qū)塊鏈在P2P網(wǎng)絡(luò)上通過節(jié)點(diǎn)間的共識(shí)算法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式的時(shí)間戳服務(wù)。

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區(qū)塊鏈?zhǔn)窃跁r(shí)間上有序的、由記錄塊（區(qū)塊）組成的一根鏈條。一個(gè)區(qū)塊包含兩個(gè)部分：區(qū)塊頭（Block Header）和記錄部分。區(qū)塊中的所有記錄通過默克爾樹（Merkle Tree）組織起來，默克爾樹根（Root）的哈希值做為本區(qū)塊里所有記錄的數(shù)字指紋被放入?yún)^(qū)塊頭。

區(qū)塊頭還包含以下字段：前一個(gè)區(qū)塊頭的哈希值（這是前一個(gè)區(qū)塊的數(shù)字指紋，也可以看做是指向前一個(gè)區(qū)塊的哈希指針），本區(qū)塊的時(shí)間戳、高度（Hight，即從第一個(gè)區(qū)塊開始數(shù)本區(qū)塊是第幾個(gè)塊），以及一些其他信息。系統(tǒng)的共識(shí)算法保證了每過固定的一段時(shí)間（Bitcoin是大約10分鐘），參與整個(gè)系統(tǒng)記賬的節(jié)點(diǎn)會(huì)達(dá)成共識(shí)在區(qū)塊鏈上添加下一個(gè)新的區(qū)塊。

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時(shí)間戳的這種設(shè)計(jì)，使得更改一條記錄的困難程度按時(shí)間的指數(shù)倍增加，越老的記錄越難更改。這是因?yàn)?#xff0c;如果改動(dòng)某個(gè)區(qū)塊里的一條記錄，意味著該區(qū)塊原來的默克爾樹根失效了，需要改動(dòng)區(qū)塊頭，該區(qū)塊的數(shù)字指紋隨之失效。又由于下一個(gè)區(qū)塊的區(qū)塊頭包含這個(gè)哈希指針，這就意味著下一個(gè)區(qū)塊也需要改動(dòng)。如此直到最新的那個(gè)區(qū)塊。

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可見要想改動(dòng)一個(gè)區(qū)塊，必須同時(shí)改動(dòng)該區(qū)塊后面的所有區(qū)塊。因?yàn)閷⒁粋€(gè)區(qū)塊放入?yún)^(qū)塊鏈中需要消耗非常多的資源（資源種類依共識(shí)算法的不同而不同，可以是計(jì)算力，流逝的時(shí)間，擁有的權(quán)益等），隨著后面添加的區(qū)塊越來越多，要想改動(dòng)某個(gè)區(qū)塊幾乎是不可能的。

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對(duì)一個(gè)普通應(yīng)用來說，如何實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)時(shí)間戳服務(wù)呢？我們需要自己創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈嗎？其實(shí)沒必要，Bitcoin就是一個(gè)很好的時(shí)間戳服務(wù)，我們可以把哈希值寫到Bitcoin的區(qū)塊鏈中。這是一種存在證明（Proof of Existence）。Factom也提供類似的服務(wù)，它收集所有的哈希，每隔10分鐘生成一個(gè)哈希值，寫到Bitcoin的區(qū)塊鏈中。

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哪些數(shù)據(jù)需要有時(shí)間戳？必須是不能變更的數(shù)據(jù)，特別適合存檔文件。需要現(xiàn)在就考慮實(shí)施時(shí)間戳嗎？這個(gè)跟你的數(shù)據(jù)戰(zhàn)略相關(guān)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，擁有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)就是擁有了價(jià)值。時(shí)間戳可以一定程度上保證數(shù)據(jù)的可信度，至少這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過“時(shí)間考驗(yàn)”的。

總結(jié)

2009年1月Bitcoin發(fā)布，2015年7月Ethereum發(fā)布，到今年區(qū)塊鏈開始大熱。對(duì)于程序員和架構(gòu)師來說，區(qū)塊鏈帶來了新的思維，新的程序設(shè)計(jì)范式，它所基于的技術(shù)也是一般程序員不太熟悉的。它號(hào)稱要顛覆傳統(tǒng)應(yīng)用，要構(gòu)造一個(gè)“價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)”。

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本文討論了區(qū)塊鏈三個(gè)有意思的方面：去中心和去中介、隱私保護(hù)、時(shí)間戳。程序員有必要了解這些有益的思路和技術(shù)，審視自己的應(yīng)用和產(chǎn)品，看看是否可以借鑒，是否可以提升用戶體驗(yàn)，增加數(shù)據(jù)價(jià)值，降低運(yùn)營成本，或者是否有新的業(yè)務(wù)場景，也許還可以開創(chuàng)一條全新的業(yè)務(wù)模式。

作者簡介：曹嚴(yán)明，SAP咨詢服務(wù)部架構(gòu)師，專注于保險(xiǎn)業(yè)核心系統(tǒng)、電子商務(wù)、企業(yè)移動(dòng)應(yīng)用等解決方案。曾就職于微軟和HCL，參與過SQL Server、SharePoint、Visual Studio等產(chǎn)品的研發(fā)。

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總結(jié)

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