大课堂:何为区块链？

引言：区块链，作为受到关注越来越多的技术，很多人都接触过，例如币圈人士，还有很大一部分人应该只是听过，真正知道区块链是什么的，应该是少部分人。此次课堂，让我们一起来学习，到底何为区块链。

第一次提及区块链概念，应该是公元2008年10月，一个代号为中本聪的人或者团队发表的文章中，准确的说，当时文章中区块与链两个词是分开的，后来被广泛使用时被结合为区块链（Blockchain），而标志区块链诞生是2009年1月9日比特币创世区块的产生。从此，区块链从默默无闻到被质疑，再到现在被广泛提及和追崇。
虽然，区块链是被越来越多人知晓，而这里的知晓应该只能理解为“听说”吧。对于币圈人士来说，他们对区块链技术都会觉得费解，更不必说这个圈子以外的人。例如，作者君就听到好几次有人说区块域，是的，没有错，是区块域，可能是因为区域这一词，有的人就脑补成了区块域。当然，更多的人会问作者君，到底什么区块链？区块链又能做什么？其实，真正要理解其中含义，可能稍显复杂。我们现在这节课先普及一些基本的知识，后续再步步的深入。
本次课堂，我们先了解下区块链的由来，再介绍下何为区块链。
（一）区块链的由来
为了更好地理解区块链的由来，作者君首先讲一个故事，这个故事是将货币发展史和币圈的老村长故事相结合而来。
从前，有一座古老村庄，叫做比特村，里面的人们过着自给自足的生活，而故事就发生在这里。
1、“物品换物品”到“中间物换物品”
商品换商品：在最初时，村民都是利用自己多余的物品与村民换取自己没有的物品，但是很快产生了问题。村民甲想要用自己的羊去换取村民乙的大米，乙跟他换了，但是第二次甲再想用羊换大米时，乙并不同意，因为此时乙并不需要甲的羊，这样导致村民间无法顺利换取所需的物品。

图1 物品交易
中间物换商品：为解决村民换取物品时遇到的问题，经过商议后，村民选取一个中间物，每个物品都可以换为这个中间物，中间物也可用来换取物品。而选为中间物包括石头、大米等等。
但是，很快发现了另外的问题，这些中间物均不能长期保存，会出现腐朽、腐烂等问题。经过研究后，最后选取黄金、白银等不易腐烂且较为稀有的物品，于是，有很长一段时间，村民都是利用这些物品作为中间物来买卖物品（在很多古代电视中，应该也看过这样的场景）。
2、记账方式的出现
随着村庄的发展，德高望重的村长决定设计出纸币，让村民将黄金换成纸币，这样出门携带方便。甚至到后来，村民觉得带纸币也不方便。于是，村长决定，他帮助村民记账，村民交换货币时，不需要带着纸币，他会将这些账记下。作为回报，村长可以从交易中抽取交易费用与日常管理费。

图2 记账方式
例如，如果甲要用400元换乙的一头牛，老村长就得先看看甲是否有400元，确认有的话，就在账本上把400元转到乙的名下，然后让乙把牛给甲。
在一开始的时候，村民都觉得很方便，但是，渐渐的，问题就暴露出来了。
1）随着交易量增多，村长一个人忙不过来，有时候会把账记错了；
2）每天看着库里的那些黄金和纸币，村长心里也痒痒的，偶尔会把村民的账目归到自己的名下，一开始的时候村民也就忍了，但是村长不知收敛，最后东窗事发；
3）再有一天，村长的孩子调皮玩火，账本的一部分被火烧了，村民的账目全乱套了；
4）比特村民与邻村村民换取物品时，邻村村民不一定会接受比特村民纸币，因为邻村虽然使用黄金换物，但是他们不承认比特村纸币的价值，纸币在他们那边不能等价为黄金。

图3 传统记账方式存在的问题
3、区块链的由来
为解决上述的问题，一个名叫中本聪的村民想到另外一个记账的方法。金条还是先放在村委会那里，初始账目依旧转换为账上的记录，并且村民都知道这个账本的每一笔记录。村民都能参加账本的记录，但是由于记账需要花费精力，为保证有人参加，规定了记账成功的人可以获取奖励。（此账本上记录的是村民的本名，而实际区块链上使用的都是地址而非实际用户名字。）

图4 账本
例如，第一次交易时，小张要用4根金条换小王的牛，参与记账的村民就开始翻账本抢着算账。小李第一个算出总账上“小张确实有4根金条并与小王进行了交易”，小李就可以凭此获得奖励并同时通过广播告诉全村人这项交易，然后村民都用“1”的账本页记录这笔交易，放到账本中。
当小田要用3根金条换小吴的猪时，大家又开始翻账本和“1”账本页算账，小余第一个算出“小田确实有3根金条并与小吴交换了猪”，小余就获得奖励并同时通过广播告诉全村人这项交易，然后大家都用“2”的账本页记录这笔交易，并在上面写上“上一次交易请看1”，然后连着“1”账本页放到账本中。

图5 记账及账本同步
整个过程就是悬赏算账，记录交易并广播交易。以此类推，账本上就构成了一条链。通过这种新型的记账方式解决了传统记账方式存在的问题：
1）就算一本账本丢失或者损坏也没关系，因为每个人手里都有一本一模一样的账本；
2）根据账本上的顺序，可追溯任何一位村民的资产以及交易情况；
3）由于账本和算法是公开广播的、有时间和顺序，这就杜绝了伪造、重复交易的问题；
4）由于是公开算账，隔壁村都可以参与记账和验证账本，隔壁村也能够方便的与比特村村民进行交易。
上述只是一个简单的故事，为了让大家更好地理解区块链的由来。实际上，故事中的一些问题是现实生活的一些类比。比如，银行、保险等传统的金融机构充当的还是“村长”的角色，他们需要通过国家或机构信誉度来让用户产生信任感，来保障交易的进行。由于这些账本均由村长一个人保存，所有人都需要找他记账，即为中心化的，若他没有保存好账本或者修改账本，其他人很难发现。纸币在其他村不能使用的原因是由于纸币的发行需要有一个权威机构，若其他村不认可该机构，则该纸币对于他们来说就是废纸，所以在一些战乱国家，即使有当时的纸币，能不一定能买到物品。
（二）何为区块链
看了上述的故事和讲解，不知道大家是否能够了解为什么会有区块链。那区块链到底是什么呢？
根据2016年工信部发布的白皮书中定义，区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用模式。简而言之，区块链（Blockchain）是指利用去中心化和去信任化的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案中参与系统的节点把一段时间系统内全部信息交流的数据，通过密码学算法计算和记录到一个数据块（block），并且生成该数据块的指纹用于链接（chain）下个数据块和校验，系统所有参与节点来共同认定记录是否真实。从技术内核来看，区块链本质上是基于密码学（在第三堂课会介绍密码学知识）的分布式数据库（账本）。
对于“外行”来说，上面这段应该是完全看不懂的，那我们结合上述的区块链由来的故事来理解。编号“1”、“2”、“3”……的账本页在区块链中就代表区块，一页与一页的账本页相连就是账本，而区块链中是一个与一个的区块相连构成了区块链。

图6 区块链结构示意图
上图即为简单的区块链结构示意图，实际上还会包括其他一些信息，本节课暂时就以简单的图作为示例。现在结合故事来介绍区块链的几个特点。
1、去中心化
由于一开始的时候，所有的账均由村长记，村民必须依赖“中心人物”——村长。利用区块链，村民可以不再依赖村长，不需要担心村长在记账过程中出现错误或者伪造数据。
2、公开（以本故事来说是公有链）
公有链系统是开放的（联盟联和私有链具有不同的定义和特性，在后续课堂再进行介绍），账本的数据对所有村民公开，任何人都可以查询账本中任意编码的账本页数据。
3、自治性（即区块链中提到的共识机制）
自治性指的是账本的如何记录在村民中间已经达成了协议，而且该协议是公开透明的。
4、安全可靠
交易信息经过众村民验证并添加至账本后就会被永久地存储起来，单独一位村民对账本上账目的修改是无效的，因此账本的数据可靠性极高。

以上为本次课堂内容，作者君尽量使用通俗的文字来表达，但是每个人所在行业不同，可能还是很多人依旧费解，若有任何问题或者疑问，欢迎大家指正。
下节课的内容：区块链的透明指的是什么？主要以区块链透明性为提纲，在解释透明性的基础上教大学如何查询交易信息。