本文作者Taylor Pearson，是The End of Jobs專欄作家、企業(yè)家，過去三年曾與數(shù)百名企業(yè)家互動交流。他喜歡研究創(chuàng)新型技術(shù)，對區(qū)塊鏈技術(shù)有較深入的研究。

2008年，一個(gè)叫做中本聰（Satoshi Nakamoto）的人（或團(tuán)體）定義了第一個(gè)區(qū)塊鏈。

2009年1月，中本聰將區(qū)塊鏈作為比特幣的核心組成部分推出，它是網(wǎng)絡(luò)上所有交易的公共分類帳。

由于使用了區(qū)塊鏈技術(shù)，比特幣成為了第一個(gè)解決雙重支付問題的數(shù)字貨幣，它不再需要第三方信任機(jī)構(gòu)，并且成為其他許多應(yīng)用創(chuàng)新的技術(shù)基礎(chǔ)。

我相信在一百年后，區(qū)塊鏈將像今天的電力一樣普遍。它會變得像經(jīng)濟(jì)體的基本組成部分一樣，為每個(gè)人服務(wù)。也會像水一樣平常，以至于我們往往會忽視它的存在。

可以預(yù)料的是，在接下來的幾十年中，區(qū)塊鏈應(yīng)用和組織將呈爆炸式增長，就像幾十年前的互聯(lián)網(wǎng)或上世紀(jì)初的電氣化一樣。

如果上述一切成真，那么我們很有必要對區(qū)塊鏈有一個(gè)基本了解，特別要知道它們的重要性以及它們的工作機(jī)制。

區(qū)塊鏈為什么重要？

“許多名人發(fā)表演講時(shí)都會提到一句名言，盡管這句話說的并不怎么正確：我們應(yīng)該培養(yǎng)思考行為的習(xí)慣。但文明的進(jìn)步卻是由越來越多無需思索卻得以運(yùn)行的重要操作推動。”

——Alfred North Whitehead（艾爾弗雷德·諾思·懷特海，現(xiàn)代著名數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家和教育理論家）

以區(qū)塊鏈中一方將比特幣發(fā)送給另一方的交易為例，該交易中諸如比特幣來源、目的地和日期/時(shí)間戳等細(xì)節(jié)會被添加到區(qū)塊中。

由于密碼學(xué)的使用，區(qū)塊鏈極大地提高了社會發(fā)展的可擴(kuò)展性（social scalability），個(gè)體之間越來越多的合作，正成為文明的必要特征。

在過去的歷史中，人類通常只以部落為單位，在小圈子里與有血緣關(guān)系的人交易，因?yàn)楫?dāng)時(shí)人類無法信任部落之外的個(gè)體。

在過去幾千年中，各種各樣的技術(shù)創(chuàng)新促使人類在更大的群體中進(jìn)行合作，社交可擴(kuò)展性被進(jìn)一步提高。

現(xiàn)代法律制度的完善減少了暴力，盜竊和欺詐的發(fā)生幾率，使沒有預(yù)先存在關(guān)系（pre-existing relationship）的群體或個(gè)體以互動。

互聯(lián)網(wǎng)則通過評級系統(tǒng)（rating system），促進(jìn)了預(yù)先存在很少或根本沒有社會關(guān)系的個(gè)體之間的交易。

區(qū)塊鏈有潛力將社交可擴(kuò)展性提高到以前技術(shù)所沒有達(dá)到的水平。這是我們第一次擁有一種不需要依賴可信的第三方，卻能讓一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶安全地將數(shù)字資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶的方式。如此偉大的交易創(chuàng)舉是如何夸大也不為過的。

除此之外，數(shù)字合約、數(shù)字密鑰，以及實(shí)物資產(chǎn)的數(shù)字所有權(quán)，包括汽車、房屋、股票、債券，以及數(shù)字貨幣也值得深思。

什么是區(qū)塊鏈技術(shù)

我們先來給區(qū)塊鏈技術(shù)下個(gè)定義：

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分類帳，它使用加密技術(shù)和激勵(lì)措施并以防篡改的方式記錄交易。這使匿名雙方進(jìn)行信任最小化（trust-minimized）交易，而不需要可信中介。

現(xiàn)在，讓我們整合這些零散的知識，以便你在文章的最后對區(qū)塊鏈技術(shù)有一個(gè)完整認(rèn)識。

基元

在我們深入研究區(qū)塊鏈之前，需要建立一些基元。基元類似于建筑材料。如果你想建造一間房子，你需要木料、螺絲、電鉆和鋸子。在你開始建造之前，最好對每個(gè)工具都足夠了解。區(qū)塊鏈也類似。

區(qū)塊鏈的基本構(gòu)成要素就是加密基元。

而密碼學(xué)是研究在第三方（即敵人）的存在下安全通信的技術(shù)。

在歷史上，軍方已經(jīng)進(jìn)行了大量的密碼學(xué)研究，以確保他們能夠安全地進(jìn)行通信，而不讓敵人閱讀他們的電報(bào)或無線電信息。

現(xiàn)代密碼學(xué)被應(yīng)用于網(wǎng)址、信用卡芯片和計(jì)算機(jī)密碼之中。它用來阻止第三方（黑客，小偷等）竊取敏感數(shù)據(jù)，如信用卡信息。

第一個(gè)基本構(gòu)成要素是哈希函數(shù)。

哈希函數(shù)

哈希函數(shù)是一種允許你對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的數(shù)學(xué)函數(shù)。

哈希函數(shù)有三個(gè)屬性：

它的輸入可以是任意大小。

例如，我可以使用“我喜歡冰淇淋”這個(gè)短語作為輸入，或者我也可以使用《戰(zhàn)爭與和平》的全部文本，兩者都行。

不論使用任何大小的輸入，哈希函數(shù)的特定散列算法決定了其固定大小的輸出。為了讓算法過于簡單，我們將使用256位輸出（它是比特幣所使用的）。

不論我使用“我喜歡冰淇淋”這一短語作為輸入，還是使用《戰(zhàn)爭與和平》的全文作為輸入，兩者都會產(chǎn)生相同大小的輸出。

使用SHA 256算法，短語“我喜歡冰淇淋”（沒有引號）創(chuàng)建輸出：

138F4504A873C01D0864343FAD3027F03CA9BEA2F0109005FA4FC8C7DCC12634

從古騰堡計(jì)劃（project Gutenberg）復(fù)制的整本《戰(zhàn)爭與和平》（全587,287詞）創(chuàng)建輸出：

57027F5B3877ABBE43ACB101D59E963BC2CC0E86A6EBCCC34DFD035BBF83B096

即使輸入的文本長度相差146,821倍，你也可以獲得相同大小的輸出。這一點(diǎn)很酷也很有用。

函數(shù)是可高效計(jì)算的，對于任何給定的輸入字符串，你可以在合理的時(shí)間內(nèi)獲得輸出。

即使我使用《戰(zhàn)爭與和平》的整個(gè)文本作為輸入，它仍然可以在較短時(shí)間內(nèi)將其轉(zhuǎn)換為輸出。

以上是一般哈希函數(shù)的屬性。一般哈希函數(shù)允許你將大量數(shù)據(jù)映射到一個(gè)小空間，這有助于存儲和處理不同類型的數(shù)據(jù)。

不過，我們應(yīng)把重點(diǎn)放在加密哈希函數(shù)上，因?yàn)樗菂^(qū)塊鏈中使用的函數(shù)。

加密哈希函數(shù)有三個(gè)附加屬性：

抗碰撞性（Collision Resistance）

確定隱匿性（Deterministic Hiding）

難題友好性（Puzzle Friendliness）

加密哈希函數(shù)

抗碰撞性

這里的碰撞是指兩個(gè)不同的輸入產(chǎn)生相同的輸出。雖然輸出大小相同，但輸出本身不會與其他輸出相同。“我喜歡冰淇淋”與《戰(zhàn)爭與和平》的整個(gè)文本產(chǎn)生相同大小的輸出，但字符不同。

如果它們產(chǎn)生完全相同的輸出，你解密了我發(fā)送給你的加密文本之后，并不會知道我是想告訴你“我喜歡冰淇淋”還是你應(yīng)該閱讀《戰(zhàn)爭與和平》。

值得注意的是，兩個(gè)“鄰近”輸入不會產(chǎn)生鄰近的輸出。《戰(zhàn)爭與和平》的哈希與改變了一個(gè)字符的《戰(zhàn)爭與和平》的哈希完全不同。

使用SHA 256，整本《戰(zhàn)爭與和平》生成哈希值：

57027F5B3877ABBE43ACB101D59E963BC2CC0E86A6EBCCC34DFD035BBF83B096

如果我刪除最后一個(gè)句點(diǎn)，但保留其他所有內(nèi)容，則會生成哈希值：

E2E2E4FFD582E20474F0310C2132EAE5F2D766C6A253C1BC4AF57861095B30FA

這非常類似于混沌系統(tǒng)中的兩個(gè)“鄰近”起點(diǎn)非常迅速地導(dǎo)致兩個(gè)完全不同的未來軌跡。哈希函數(shù)的這種“混亂不規(guī)則性”會產(chǎn)生抗碰撞性。它的輸出幾乎隨機(jī)（理論上并不隨機(jī)），因此不太可能發(fā)生碰撞。我們還能壓縮數(shù)據(jù)，因?yàn)樗梢詫ⅰ笩o窮大」映射到有限空間。

這一特性在匯款時(shí)尤其重要。錢包的公鑰是使用加密哈希函數(shù)從私鑰生成的。誰都不希望其他人能夠通過逆向工程獲取公鑰來計(jì)算你的私鑰（因?yàn)槟愕腻X可能被偷）。

如果沒有人能找到碰撞的情況，則可以認(rèn)為哈希函數(shù)是抗碰撞的。從理論上講，我們知道碰撞的存在是因?yàn)檩斎氲臄?shù)量是無限的，但輸出的數(shù)量是有限的——只有有限種方法可以排列64個(gè)字符。

但在實(shí)踐中，加密哈希函數(shù)SHA 256是抗碰撞的，因?yàn)闆]有人發(fā)現(xiàn)過碰撞，并且它發(fā)生的幾率是天文數(shù)字。如果人類制造的每臺計(jì)算機(jī)自宇宙開始以來一直試圖發(fā)現(xiàn)碰撞，那么它發(fā)生的可能性低于地球在接下來的兩秒鐘內(nèi)被巨大的流星摧毀的可能性。

所以，碰撞是可能發(fā)生的，但我們首先還有很多其他更重要的問題要解決。

確定隱匿性

哈希值看起來是隨機(jī)的，但實(shí)際上是確定的。因此，它們的輸出是可重現(xiàn)的，只要你使用相同的輸入，就可以持續(xù)獲得相同的輸出。這意味著，知道輸入的兩方可以通過向第三方顯示他們的哈希來驗(yàn)證對方是否知道輸入。

加密哈希函數(shù)的第二個(gè)屬性是隱匿性。隱匿性意味著即便給出輸出，也沒有可行的方法來計(jì)算輸入。

也就是說，第三方觀察者無法知道

138F4504A873C01D0864343FAD3027F03CA9BEA2F0109005FA4FC8C7DCC12634

的意思是“我喜歡冰淇淋。”

但是，如果我知道輸入是“我喜歡冰淇淋”，那么通過檢查你的哈希，我可以輕松驗(yàn)證你是否知道輸入。

然而，如果其他人看到哈希，他們就無法使用它來計(jì)算輸入。這允許知道輸入的人使用散列后的輸出在公共頻道中安全地進(jìn)行通信，而不必?fù)?dān)心第三方觀察者獲取信息。

難題友好性

第三個(gè)屬性是加密哈希函數(shù)的難題友好性。這意味著如果有人想要生成一個(gè)與“我喜歡冰淇淋”相同的輸出的哈希，那么找到一個(gè)完全符合這一輸出的另一個(gè)值是非常困難的。

生成哈希的算法是嘗試每個(gè)可能的字符串，按長度排序，然后按字母順序排序，直到得到哈希為相同值的字符串。這等于是大海撈針，所以我們得到的概率表明，小行星消滅地球上的所有生命是一個(gè)更緊迫的問題。

另一方面是加密哈希函數(shù)難以逆轉(zhuǎn)（reverse）。相較于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或壓縮算法中使用的哈希，這是加密哈希的主要特點(diǎn)。

這也是區(qū)塊鏈