区块链的技术世界观：账本的技术演进(2)

多运营方账本

上面的账本都只考虑同一个主体运营维护的场景，内部的信任较高。但如果是多方共同维护一个账本的场景，也就是上一个方案的不同机房其实属于不同的主体。这样的场景下，另外一方无法直接信任应用的最终状态，所以在不同机房同步的不能是应用的状态，而是应用的 Event(事件)。无论是本机房用户写操作的 Event 还是从其他机房同步过来的，都需要经过业务逻辑校验处理后再变更应用状态。这实际就是 EventSource/CQRS 的架构，也是很多联盟链的架构。多机房场景下其实也会用这种架构，主要区别是在对从其他机房同步过来的 Event 的信任度。这时候，账本技术的挑战除了跨机房分布式共识算法，还有共识算法和业务逻辑融合。在前面场景里的共识算法，基本只关心数据，不关心业务，共识算法只保证数据的一致性，并不保证数据在业务场景下的合法性。但在这个场景下，共识算法要保证只对合法的数据达成一致，二者融合了。无法直接沿用上面几种分布式共识算法，需要考虑作弊情况的共识算法，比如 BFT 这样的。

有人会问，有什么动力要将同一个账本交给多个运营方呢?那我们拿互联网电商来说明这个场景。当前的电商，一方面对接商家和商家的库存管理系统，另外一方面对接银行和快递系统，以及最终用户。一个商品，从库存管理系统，到电商平台，用户购买后，从银行扣钱，发送快递，实际上是同一个账本上的信息在不同的运营方系统之间的同步。当前的实现方式是通过远程调用或者商家和用户介入手工操作。那不同的账本之间如何保证一致性呢?只能定时对账清算，因为远程调用本质上只是信息传递，无法保证一致性。如果这时候有个多方共享的账本，架构就会像上面那样，不仅架构更优雅，同时结算效率会更高。

关于联盟链的技术架构以及模式的更详细分析，我会在下一篇文章中细说。

去中心化账本

去中心化账本这个概念没有非常准确的定义，但我们这里可以简单的理解成 Peer to Peer 网络 + 账本。Peer to Peer 网络的特征是无准入机制，给人的印象也是不可靠，更不追求一致性，而账本是要追求一致性的。比特币创造性的把二者结合起来。所以一般所说的去中心化账本，或者公链，关键一个特性就是无准入机制。

之前的账本都是有准入机制的，并且账本本身的运营成本以及收益通过系统外的机制来解决，那如果去掉准入限制，同时账本的运营成本以及收益也通过账本系统内置的机制来调节，会有哪些新的挑战?

1. 如何激励生产者?生产者为什么提供服务器资源?如何度量生产者的工作?
2. 如何实现一致性?无准入机制的情况下，节点数不确定，随时加入退出，无法用 BFT 这样的投票共识算法。
3. 如何防攻击?比如生产大量数据(DoS攻击)，伪造大量节点(女巫攻击)。有了激励就有了攻击和作弊的利益动机，传统的 Peer to Peer 网络没有激励，一般人也不会做损人不利己的事情。

下面我们通过几个公链是来分析上面的问题。

Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System

比特币首先带给我们的是一套内生的激励机制。虽然比特币到底应该理解成货币，还是数字黄金，还是股票，大家争论不休。这里我们把比特币设想成一个创业公司，这个创业公司要做一个记账交易系统。于是它发行了2100万股，发行规则直接写到了这个记账系统的代码中，分期释放，奖励给给这个系统提供运行资源的人。而用户拿什么来交易呢?也用它的股票来做交易媒介。这样它就实现了软件系统在经济上的自举，也带给软件系统一种能力：在程序算法中引入经济博弈机制。

Proof of Work

PoW 到底应该算是激励的评估机制，还是共识算法，还是反 DoS 策略?实际上它兼具多种功能。所以这也是公链的共识算法和传统分布式共识算法的差异之处，容易让人迷惑。

最早应用 PoW 的是 hashcash，它的主要目的就是通过 PoW 来实现邮件的反垃圾，关键点是通过 PoW 制造额外成本，这样发邮件少的用户可以接受成本，但发垃圾邮件的用户就很难承担这样的成本。

同时，有了成本也就可以作为贡献的评估标准，Proof of Work 这个词，顾名思义，就像是一个工作的评估机制。运行比特币系统，需要机房，机器，带宽等，如何通过程序来评估资源提供者的工作呢?比特币的做法就是算哈希函数，要求算出来的哈希值小于一个难度。虽然简单粗暴，但它难计算，易验证，是一种可行的办法。

中本聪共识(Nakamoto Consensus)

只有 PoW 是无法实现一致性的，需要再加上其他的一些策略，统称为中本聪共识。

1. 内置的校验机制(包括 hash 难度校验，merkle 校验，链式关系校验，UTXO 校验等)，每个区块只认可通过校验的合法区块，拒绝非法区块。
2. 最长链选择 如果由于网络延迟造成软分叉，每个节点应该在最长的一条链上继续工作。
3. 如果有节点试图违反以上规则，则会带来经济成本(自己挖出的块不合法被拒绝，在短链上的工作不被认可等)，通过经济上的博弈实现防作弊。

中本聪共识的特点是无交互，纯异步，每个节点只需要按照内置的规则处理即可，无需和其他节点交互协调。

区块与链式结构

比特币带来的区块与链式结构，也是区块链这个名字的由来。但区块和链式结构是必须的吗?真的存在一条这样的全局链式结构吗?实际上区块只是一种为了降低网络开销的批量操作，链式结构的主要目的是建立一种时间上的依赖关系，即便两个交易本身不相关，但由于链式结构的存在，后面的交易实际上给前面的交易做了背书，增加了篡改和回滚的成本，因为一旦想要撤回前面的交易，必然也会影响后来的交易。这种结构和关系只是共识协议的一部分，并不存在这样一个全局的结构，具体每个节点如何保存数据，是节点自己决定的。链式结构虽然存在分叉，但只要配合共识机制，最终可以选择出一条唯一的链，达到最终一致性。也就是说，只要能达到这个目标，区块和链式结构并不是必须的，也没必要因为这个名字纠结什么是真正的区块链。

（编辑：ASP站长网）