區塊鍊的技術簡史與未來前景，從網際網路進化角度分析

背景

2008年，神秘的中本聰在密碼學郵件組第一次提出了區塊鍊的概念，同時區塊鍊也成為“電子貨币”比特币的核心技術，在麥肯錫的一份報告中，将區塊鍊技術稱之為繼蒸汽機、電力、資訊和網際網路科技之後，最有潛力觸發第五輪颠覆性革命浪潮的核心技術。另一方面，區塊鍊技術産生的比特币，山寨币，ICO項目導緻的大量詐騙活動也引起了社會的批判浪潮。

區塊鍊技術究竟是像電子郵箱、Tcp/iP、網際網路、社交網絡一樣，是革命性的，引領網際網路未來的技術；還是一個被誇大的、存在巨大缺陷的技術？

要了解區塊鍊的曆史地位和未來趨勢，就不得不從網際網路的誕生開始研究區塊鍊的技術發展簡史，從中發掘區塊鍊産生的動因，并由此推斷區塊鍊的未來。

一.比特币誕生之前，5個對區塊鍊未來有重大影響的網際網路技術

1969年，網際網路在美國誕生，此後網際網路從美國的四所研究機構擴充到整個地球。在應用上從最早的軍事和科研，擴充到人類生活的方方面面，在網際網路誕生後的近50年中，有5項技術對區塊鍊的未來發展有特别重大的意義。

1.1974誕生的TCP/IP協定：決定了區塊鍊在網際網路技術生态的位置

1974年，網際網路發展邁出了最為關鍵的一步，就是由美國科學家文頓•瑟夫和羅伯特•卡恩共同開發的網際網路核心通信技術－－TCP/IP協定正式出台。

這個協定實作了在不同計算機，甚至不同類型的網絡間傳送資訊。所有連接配接在網絡上的計算機，隻要遵照這個協定，都能夠進行通訊和互動。

通俗的說，網際網路的資料能穿過幾萬公裡，到達需要的計算機使用者手裡，主要是網際網路世界形成了統一的資訊傳播機制。也就是網際網路裝置傳播資訊時遵循了一個統一的法律-TCP/IP協定。

了解TCP/IP協定對掌握網際網路和區塊鍊有非常重要的意義，在1974年TCP/IP發明之後，整個網際網路在底層的硬體裝置之間，中間的網絡協定和網絡位址之間一直比較穩定，但在頂層應用層不斷湧現層出不窮的創新應用，這包括新聞，電子商務，社交網絡，QQ，微信，也包括區塊鍊技術。

也就是說區塊鍊在網際網路的技術生态中，是網際網路頂層-應用層的一種新技術，它的出現，運作和發展沒有影響到網際網路底層的基礎設施和通訊協定，依然是按TCP/IP協定運轉的衆多軟體技術之一。

2.1984年誕生的思科路由器技術：是區塊鍊技術的模仿對象

1984年12月，思科公司在美國成立，創始人是斯坦福大學的一對夫婦，計算機中心主任萊昂納德·波薩克和商學院的計算機中心主任桑蒂·勒納，他們設計了叫做“多協定路由器”的聯網裝置，放到網際網路的通訊線路中，幫助資料準确快速從網際網路的一端到達幾千公裡的另一端。

整個網際網路硬體層中，有幾千萬台路由器工作繁忙工作，指揮網際網路資訊的傳遞，思科路由器的一個重要功能就是每台路由都儲存完成的網際網路裝置位址表，一旦發生變化，會同步到其他幾千萬台路由器上（理論上），確定每台路由器都能計算最短最快的路徑。

大家看到路由器的運轉過程，會感到非常眼熟，那就是區塊鍊後來的重要特征，了解路由器的意義在于，區塊鍊的重要特征，在1984年的路由器上已經實作，對于路由器來說，即使有節點裝置損壞或者被黑客攻擊，也不會影響整個網際網路資訊的傳送。

3.随網際網路誕生的B/S（C/S）架構：區塊鍊的對手和企圖颠覆的對象

網際網路簡稱為Web，分為Web用戶端和伺服器。所有更新的資訊隻在Web伺服器上修改，其他幾千，上萬，甚至幾千萬的用戶端計算機不保留資訊，隻有在通路伺服器時才獲得資訊的資料，這種結構也常被成為網際網路的B/S架構，也就是中心型架構。這個架構也是目前網際網路最主要的架構，包括谷歌、Facebook、騰訊、阿裡巴巴、亞馬遜等網際網路巨頭都采用了這個架構。

了解B/S架構，對與後續了解區塊鍊技術将有重要的意義，B/S架構是資料隻存放在中心伺服器裡，其他所有計算機從伺服器中擷取資訊。區塊鍊技術是幾千萬台計算機沒有中心，所有資料會同步到全部的計算機裡，這就是區塊鍊技術的核心，

4.對等網絡（P2P）：區塊鍊的父親和技術基礎

對等網絡P2P是與C/S(B/S)對應的另一種網際網路的基礎架構，它的特征是彼此連接配接的多台計算機之間都處于對等的地位，無主從之分，一台計算機既可作為伺服器，設定共享資源供網絡中其他計算機所使用，又可以作為工作站，

Napster是最早出現的P2P系統之一，主要用于音樂資源分享，Napster還不能算作真正的對等網絡系統。2000 年3月14 日，美國地下黑客站點Slashdot郵寄清單中發表一個消息，說AOL的Nullsoft 部門已經發放一個開放源碼的Napster的克隆軟體Gnutella。

在Gnutella分布式對等網絡模型中，每一個聯網計算機在功能上都是對等的，既是客戶機同時又是伺服器，是以Gnutella被稱為第一個真正的對等網絡架構。

20年裡，網際網路的一些科技巨頭如微軟，IBM，也包括自由份子，黑客，甚至侵犯知識産權的犯罪分子不斷推動對等網絡的發展，當然網際網路那些希望加強資訊共享的理想主義者也投入了很大的熱情到對等網絡中。區塊鍊就是一種對等網絡架構的軟體應用。它是對等網絡試圖從過去的沉默爆發的标杆性應用。

5.雜湊演算法：産生比特币和代币（通證）的關鍵

雜湊演算法将任意長度的數字用哈希函數轉變成固定長度數值的算法，著名的哈希函數如：MD4、MD5、SHS等。它是美國國家标準暨技術學會定義的加密函數族中的一員。

這族算法對整個世界的運作至關重要。從網際網路應用商店、郵件、防毒軟體、到浏覽器等、，所有這些都在使用安全雜湊演算法，它能判斷網際網路使用者是否下載下傳了想要的東西，也能判斷網際網路使用者是否是中間人攻擊或網絡釣魚攻擊的受害者。

區塊鍊及其應用比特币或其他虛拟币産生新币的過程，就是用雜湊演算法的函數進行運算，獲得符合格式要求的數字，然後區塊鍊程式給予比特币的獎勵。

包括比特币和代币的挖礦，其實就是一個用雜湊演算法建構的小數學遊戲。不過因為有了激烈的競争，世界各地的人們動用了強大的伺服器進行計算，以搶先獲得獎勵。結果導緻網際網路衆多計算機參與到這個小數學遊戲中，甚至會耗費了某些國家超過40%的電量。

二。區塊鍊的誕生與技術核心

區塊鍊的誕生應該是人類科學史上最為異常和神秘的發明和技術，因為除了區塊鍊，到目前為止，現代科學史上還沒有一項重大發明找不到發明人是誰。

2008年10月31号，比特币創始人中本聰（化名）在密碼學郵件組發表了一篇論文——《比特币：一種點對點的電子現金系統》。在這篇論文中，作者聲稱發明了一套新的不受政府或機構控制的電子貨币系統，區塊鍊技術是支援比特币運作的基礎。【1】

論文預印本位址在

http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdf

，從學術角度看，這篇論文遠不能算是合格的論文，文章的主體是由8個流程圖和對應的解釋文字構成的, 沒有定義名詞、術語，論文格式也很不規範。【1】

2009年1月,中本聰在SourceForge網站釋出了區塊鍊的應用案例-比特币系統的開源軟體，開源軟體釋出後, 據說中本聰大約挖了100萬個比特币.一周後，中本聰發送了10個比特币給密碼學專家哈爾·芬尼，這也成為比特币史上的第一筆交易。伴随着比特币的蓬勃發展，有關區塊鍊技術的研究也開始呈現出井噴式增長。【1】

向大衆完整清晰的解釋區塊鍊的确是困難的事情，我們以比特币為對象，盡量簡單但不斷深入的介紹區塊鍊的技術特征。

1.區塊鍊是一種對等網絡（P2P）的軟體應用

我們在前文提過，在21世紀初，網際網路形成了兩大類型的應用架構，中心化的B/S架構和無中心的對等網絡（P2P）架構，阿裡巴巴，新浪，亞馬遜，百度等等很多網際網路巨頭都是中心化的B/S架構，簡單的說，就是資料放在巨型伺服器中，我們普通使用者通過手機，個人電腦通路阿裡，新浪等網站的伺服器。

21世紀初以來，出現了很多自由分享音樂，視訊，論文資料的軟體應用，他們大部分采用的是對等網絡（P2P）架構，就是沒有中心伺服器，大家的個人計算機都是伺服器，也都是客戶機，身份平等。但這類應用一直沒有流行起來，主要原因是資源消耗大，知識版權有問題等。區塊鍊就是這種領域的一種軟體應用。

2.區塊鍊是一種全網資訊同步的對等網絡（P2P）軟體應用

對等網絡也有很多應用方式，很多時候，并不要求每台計算機都保持資訊一緻，大家隻存儲自己需要的的資訊，需要時再到别的計算機去下載下傳。

但是區塊鍊為了支援比特币的金融交易，就要求發生的每一筆交易都要寫入到曆史交易記錄中，并向所有安裝比特币程式的計算機發送變動資訊。每一台安裝了比特币軟體的計算機都保持最新和全部的比特币曆史交易資訊，

區塊鍊的這個全網同步，全網備份的特征也就是常說的區塊鍊資訊安全，不可更改來源。雖然在實際上依然不是絕對的安全，但當使用者量非常大時，的确在防範資訊篡改上有一定安全優勢。

3.區塊鍊是一種利用雜湊演算法産生”通證（代币）”的全網資訊同步的對等網絡（P2P）軟體應用

區塊鍊的第一個應用是著名的比特币，讨論到比特币時，經常會提到的一個名詞就是“挖礦”，那麼挖礦到底是什麼呢？

形象的比喻是，區塊鍊程式給礦工（遊戲者）256個硬币，編号分别為1,2,3……256，每進行一次Hash運算，就像抛一次硬币，256枚硬币同時抛出，落地後如果正巧編号前70的所有硬币全部正面向上。礦工就可以把這個數字告訴區塊鍊程式，區塊鍊會獎勵50個比特币給礦工。

從軟體程式的角度說，比特币的挖礦就是用哈希SHA256函數建構的數學小遊戲。區塊鍊在這個小遊戲中首先規定了一種獲獎模式：給出一個256位的哈希數，但這個哈希數的後70位全部是0，然後遊戲者（礦工）不斷輸入各種數字給哈希SHA256函數，看用這個函數能不能獲得位數有70個0的數字，找到一個，區塊鍊程式會獎勵50個比特币給遊戲者。實際的挖坑和獎勵要更複雜，但上面的舉例表達了挖礦和獲得比特币的核心過程。

2009年比特币誕生的時候，每筆賞金是50個比特币。誕生10分鐘後，第一批50個比特币生成了，而此時的貨币總量就是50。随後比特币就以約每10分鐘50個的速度增長。當總量達到1050萬時(2100萬的50%)，賞金減半為25個。當總量達到1575萬(新産出525萬，即1050的50%)時，賞金再減半為12.5個。根據比特币程式的設計，比特币總額是2100萬。

從上述介紹看，比特币可以看做一個基于對等網絡架構的猜數小遊戲，每次正确的猜數結果獎勵的比特币資訊會傳遞給所有遊戲者，并記錄到每個遊戲者的曆史資料庫中。

4區塊鍊技術因比特币的興起産生的智能合約，通證、ICO與區塊鍊基礎平台

從上面的介紹看，比特币的技術并不是從天上掉下來的新技術，而是把原來多種網際網路技術，如對等網絡架構，路由的全網同步，網絡安全的加密技術巧妙的組合在一起，算是一種組合創新的算法遊戲。

由于比特币通過運作成為可以兌換法币，購買實物，通過升值獲得暴利，全世界都不淡定了。抱着你能做，我也能做的态度，很多人創造了自己的仿比特币軟體應用。同時利用政府難以監管對等網絡的特點，各種山寨币與比特币一起爆發。這其中出現了很多欺詐和潛逃事件，逐漸引起各國政府的關注。

區塊鍊基礎平台：用區塊鍊技術架構建立貨币還是有相當的技術難度，這時區塊鍊基礎平台以太坊等基礎技術平台出現了，讓普通人也可以友善的建立類“比特币”軟體程式，各顯神通，請人入局挖币，炒币，從中獲得利益。

通證或代币：各家“比特币”、“山寨币”如果用雜湊演算法建立的猜數小遊戲，産生自己的“貨币”時，這個“貨币”統稱“通證”或“代币”

ICO: 由于比特币和以太币已經打通與各國法币的兌換，其他新虛拟币發币時，隻允許用比特币和以太币購買發行的新币，這樣的發币過程就叫ICO，ICO的出現放大了比特币，以太币的交易量。同時很多ICO項目完全建立在虛無的項目上，導緻大量欺詐案例頻發。進一步加深了社會對區塊鍊生成虛拟貨币的負面認識。

智能合約:可以看做區塊鍊上的一種軟體功能，是輔助區塊鍊上各種虛拟币交易的程式，具體的功能就像淘寶上支付寶的資金托管一樣，當一方使用者收到的貨物，在支付寶上進行确認後，資金自動支付個給買家貨主，智能合約在比特币等區塊鍊應用上也是承擔了這個中介支付功能。

三，區塊鍊技術在網際網路中的曆史地位和未來前景

1.區塊鍊處于網際網路技術的什麼位置？是頂層的一種新軟體和架構

我們在前面的TCP/IP介紹中提到，區塊鍊與浏覽器、QQ、微信、網絡遊戲軟體、手機APP等一樣，是網際網路頂層-應用層的一種軟體形式。它的運作依然要靠TCP/IP的架構體系傳輸資料。隻是與大部分應用層軟體不同，沒有采用C/S（B/S）的中心軟體架構。而是采用了不常見的對等網絡架構，從這一點說，區塊鍊并不能颠覆網際網路基礎結構，

2.區塊鍊想要颠覆誰？想颠覆網際網路的B/S（C/S）結構

它試圖要颠覆其實是1989年誕生的網際網路B/S,C/S結構。前面說過。由于1989年歐洲實體學家蒂姆· 伯納斯· 李發明網際網路并放棄申請專利。此後近30年中，包括谷歌，亞馬遜，facebook，阿裡巴巴，百度，騰訊等公司利用網際網路B/S（C/S）結構，成長為網際網路的巨頭。

在他們的總部，建立了功能強大的中心伺服器叢集，存放海量資料，上億使用者從巨頭伺服器中擷取自己需要的資料，這樣也導緻後來雲計算的出現，而後網際網路巨頭把自己沒有用完的中心伺服器資源開放出來，進一步吸取企業，政府，個人的資料。中心化的網際網路巨頭對世界，國家，網際網路使用者影響力越來越大。

區塊鍊的目标是通過把資料分散到每個網際網路使用者的計算機上，試圖降低網際網路巨頭的影響力，由此可見區塊鍊真正的對手和想要颠覆的是1990年誕生的B/S（C/S）結構。但能不能颠覆掉，就要看它的技術優勢和瓶頸。

3.區塊鍊的技術缺陷：追求徹底平等自由帶來的困境

區塊鍊的技術缺陷首先來自與它的對等網絡架構上，舉個例子，目前淘寶是B/S結構，海量的資料存放在淘寶伺服器叢集機房裡，幾億消費者通過浏覽器到淘寶伺服器網站擷取最新資訊和曆史資訊。

如果用區塊鍊技術，就是讓幾億人的個人電腦或手機上都保留一份完整的淘寶資料庫，每發生一筆交易，就同步給其他幾億使用者。這在現實中是完全無法實作的。傳輸和存儲的資料量太大。相當于同時建立幾億個淘寶網站運作。

是以區塊鍊無法應用在資料量大的項目上，甚至小一點的網站項目用區塊鍊也會吃力。到2018年，比特币運作了近10年，積累的交易資料已經讓整個系統面臨崩潰。

于是區塊鍊采用了很多變通方式，如建立中繼節點和閃電節點，這兩個概念同樣會讓人一頭霧水，通俗的說，就是區塊鍊會向它要颠覆的對象B/S結構進行了學習，建立資料伺服器中心成為區塊鍊的中繼節點，也用類浏覽器的終端通路，這就是區塊鍊的閃電節點。

這種變動能夠緩解區塊鍊的技術缺陷，但确讓區塊鍊變成它反對的樣子，中心化。由此可見，單純的區塊鍊技術由于技術特征有重大缺陷，無法像網際網路一樣應用廣泛，如果技術更新，部分采用B/S（C/S）結構,又會使得區塊鍊有了中心化的資訊節點，不在保持它誕生時的夢想。

4.從網際網路大腦模型看區塊鍊的未來前景

我們知道網際網路一般是指将世界範圍計算機網絡互相聯接在一起的網際網絡，在這基礎上發展出覆寫全世界的全球性網際網路絡稱網際網路，即是互相連接配接一起的網絡結構。

從1969年網際網路誕生以來，人類從不同的方向在網際網路領域進行創新，并沒有統一的規劃将網際網路建造成什麼結構，當時間的車輪到達2017年，随着人工智能，物聯網，大資料，雲計算，機器人，虛拟現實，工業網際網路等科學技術的蓬勃發展，當人類擡起頭來觀看自己的創造的巨系統，網際網路大腦的模型和架構已經越來越清晰。【3】

通過近20年的發展依托網際網路的B/S,C/S結構，騰訊QQ，微信，Facebook，微網誌、twitter亞馬遜已經發展出類神經元網絡的結構。網際網路裝置特别是個人計算機，手機在通過裝置上的軟體在巨頭的中心伺服器上映射出個人資料和功能空間，互相加好友交流，傳遞資訊。網際網路巨頭通過中心伺服器叢集的軟體更新，不斷優化數億台終端的軟體版本。在神經學的體系中，這是一種标準的中樞神經結構

區塊鍊的誕生提供了另外一種神經元模式，不在巨頭的集中服務中統一管理神經元，而是每台終端，包括個人計算機和個人手機成為獨立的神經元節點，保留獨立的資料空間，互相資訊進行同步，在神經學的體系中，這是一種沒有中心，多神經節點的分布式神經結構。

有趣的是，神經系統的發育出現過這兩種不同類型的神經結構。在低等生物中，出現過類區塊鍊的神經結構，有多個功能相同的神經節，都可以指揮身體活動和反應，但随着生物的進化，這些神經節逐漸合并，當進化成為高等生物時，中樞神經出現了，中樞神經中包含大量神經元進行互動。

五，關于區塊鍊在網際網路未來地位的判斷

1.對比特币的認知：一個基于對等網絡架構（P2P）的猜數小遊戲，通過高明的金融和輿論運作，成為不受政府監管的"世界性貨币".

2.對區塊鍊的認知：一個利用雜湊演算法産生”通證（代币）”的全網資訊同步的對等網絡(P2P)軟體應用

3.區塊鍊有特定的用途，如大規模選舉投票，大規模賭博，規避政府金融監管的金融交易等等領域，還是有不可替代的用處。

4.在更多時候，區塊鍊技術會依附于網際網路的B/S,C/S結構，實作功能的擴充，但總體依然屬于網際網路已有技術的補充。對于區塊鍊目前設想的絕大部分應用場景，都是可以用B/S,C/S結構實作，效率可以更高和技術也可以更為成熟。

5.無論是從資訊傳遞效率和資源消耗，還是從神經系統進化看，區塊鍊無法成為網際網路的主流架構，更不能成為未來網際網路的颠覆者和革命者。