《科学大家》|北邮教授用家谱详解区块链的前世今生

2018-02-08 爱比价妈妈-能让你省钱的网站

　　出品 |新浪科技《科学大家》

　　撰文 |杨义先北京邮电大学教授、《安全通论》和《安全简史》作者

　　朋友，你知道“钱”是什么吗？虽然你是千万富翁，甚至亿万富翁，你可能真不知道什么是“钱”。那到底什么才是真正的“钱”呢？

　　“钱”是什么？

　　你可能会拿出美钞、英镑、加币等纸币。告诉你，它们不是钱！

　　从理论上说，单位的饭票在内部虽可当钱用，但是，饭票却可以随便印，想印多少就要多少，直到公司破产为止。如果这个单位不是普通单位，而是大单位，大到是某个国家的“央行”，那么，它发的饭票就成为“钞票”了。当然，在非常时期，钞票可以变得一钱不值，甚至出现“一袋子钱，买半袋子米”的怪事。

　　所以，白条、饭票、钞票、支票、汇票等都是一回事，它们本身不是钱，但在平常，又确实可以当钱用；可在特殊时期，却可能变得一文不值！为什么会出现这种翻天覆地的变故呢？关键就是信任基础不牢靠。

　　真正的钱，应该以“最牢靠的东西”为信任基础。但是，什么东西才“最牢靠”呢？答案就是：除了上帝，就是自己！当然，这里的“上帝”，是会与时俱进的。这里的“自己”并不是个体的自己，而是“自己的群体”，或者说是“群体中的绝大多数”。

　　朋友，别急！我知道你想单刀直入“区块链”，但是，不先把“上帝”说清楚，你就无法洞察本质，除非你是安全专家。

　　钱是如何出现的？

　　早期，由于人类对自己根本没信心，所以，肯定不敢想什么“基于信任自己”的真钱，而是，全力以赴，寻找“基于信任上帝”的真钱。

　　话说在很久以前，那时人类刚开始有交换物品的需求，一开始“以物易物”也还勉强奏效，但是，能否有更好的办法找到“基于信任上帝”的钱呢？部落酋长沿着海岸线，一边走，一边想呀想。突然，沙滩上的一粒小齿贝跃入眼帘，这真是“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”！他赶紧回去与钱助理商量，两人一拍即合：上帝赐予的真钱，找到啦！

　　于是，酋长办公室马上宣布：从即日起，本部落一律以“齿贝”为钱，作为“以物易物”的中间品，违者罚款！于是，“齿贝”便成为了首个“基于信任上帝”的真钱。

　　但是，上帝也在变。如果今天仍使用“齿贝”的话，估计养殖户就要发财了。所有工厂除了仿制“齿贝”，也绝不会生产其它产品了。

　　“齿贝”被淘汰后，人类又开始寻找新的“真钱”。先是用铜当“真钱”，按其重量来代表价值；但是，由于冶炼技术越来越高，结果却发现，铜太多了。于是，铜就变成了“基于信任国家”的“假钱”了，并被铸成了“孔方兄”。

　　后来，铁又被用来当“真钱”，结果，历史又重演了一次。只不过，铁更惨，连当“假钱”的时间都不长，很快就被彻底赶出了货币圈，到军事等领域发挥作用了，一直延续至今。

　　黄金成为公认的钱

　　经过无数次探索，人类终于发现了一种长期有效的“基于信任上帝”的真钱。只可惜，这家伙太沉，分割又不方便，携带也麻烦。于是，包括你在内的大部分人都没把它当钱用，而只是将它打成小环，套在手指上，或将它熔成豆腐块，藏在保险柜里。国家也并不高明，也只是将“真钱”锁在库房里，还得派重兵把守，简直成了负担。也许你已经猜到了这个真钱是什么，对，它就是黄金！

　　为什么说黄金是“基于信任上帝”的真钱呢？这里主要有两个原因：

　　首先，除了神话中的“点石成金”外，人类至今没办法无中生有地制造出黄金来。因此，任何国家或组织，都无法根据自己的意愿来随意“印钱”了。

　　其次，黄金确实是上帝赐予的。由于黄金比重大，所以，它们就化成“熔浆”沉入了地心。据估计，地球上的黄金总量约为48亿吨。初听起来，“48亿吨”好像非常庞大，但是，其中47亿吨还待在地核内，8600万吨待在地幔里。分布到地壳的黄金总数不足1亿吨。即使是这样，为了从含量极低的金矿中把黄金提取出来，也得花费九牛二虎之力。

　　黄金确实是“真钱”，但直接使用确实不方便。各国政府便将这个“真钱”圈起来，并在和平时期，参考黄金储量的多少来发行钞票，因此绝大部分人误以为“钞票就是钱”。

　　到目前为止，还没有比黄金更理想的“真钱”，即使是曾经与黄金比肩的白银，现在也不行了。看来，在“真钱”方面，上帝能帮人类的，也就只这些了。剩下的，只能依靠人类自己想办法，研制“自己信任自己”的“真钱”了。于是“区块链”就粉墨登场了。

　　真钱具有的特性

　　那么，“真钱”到底都有哪些特性呢，从当年的“齿贝”和现在的黄金，我们可以归纳出：

　　1）除上帝外，没发行机构，其发行数量也就不可能被操纵。用行话说，就叫“完全去中心化”。注意：上帝是与时俱进的，比如，当养殖业发达后，“齿贝”的“发行量”就可操纵了。

　　2）“真钱”的总量，既不能像白银那样过多，也不能像钻石那样太少。至于，到底多少才是最佳，可能与其使用人群的数量和财富有关，不能一概而论。

　　3）能匿名，且保存方便。即无法像支票那样，追踪出使用者，否则人类就没了隐私。

　　4）很健壮，且合并、分割等使用也很方便，而且，不容易被毁掉。

　　5）可以跨国界流通、交易，甚至在全世界使用，可以买卖，操作方便。

　　6）无法造假，而且还具有专属所有权，即“我的就是我的，不能莫名其妙地变成了你的”。

　　以上条件，听起来非常苛刻，好像很难达到。但到目前为止，至少有某位神秘人物，化名“中本聪”，在网络这个虚拟部落中，利用复杂的密码算法，真的设计出了一种所谓的比特币，并声称能达到“真钱”的所有主要条件。

　　比如，它没有货币机构发行，只能通过大量的计算产生。所有交易行为，都由全球的分布式数据库来确认并记录。网络本身的去中心化特性，确保了任何单位和个人，都无法“大量制造比特币，并以此来操控币值”。基于密码学的设计，又可确保“只有真正的拥有者，才能转移或支付比特币”，而且，还不影响其所有权和交易匿名性。比特币的总量非常有限，具有极强的稀缺性，它的数量永远不会超过2100万个等等。

　　客观地说，比特币的原理相当巧妙，而且可行。当然，它不可能是唯一的数字货币，实际上已有了“莱特币”和“比特股”等。今后，不同的虚拟部落，也许会有各自的“真钱”。

　　区块链的前世和今生

　　本文只介绍设计比特币的最核心技术，区块链的前世和今生。

　　如果你不懂数据库，不懂密码学，不懂算法理论，不懂网络……没关系，只要继续阅读此文，你就能懂“区块链”。

　　关于“区块链”，百度百科的解释是：“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的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法…。”

　　即使是目前最通俗的解释是：“如果把数据库假设成一本账本，读写数据库就可以看成一种记账的行为，区块链技术的原理就是在一段时间内找出记账最快最好的人，由这个人来记账，然后将账本的这一页信息发给整个系统里的其他所有人。这也就相当于改变数据库所有的记录，发给全网的其他每个节点，所以区块链技术也称为分布式账本……”。

　　怎么样？是不是仍然有点朦胧美的感觉。因为，就算是会计也可能搞不懂什么是“分布式账本”。账本为啥要分布呢？你肯定会莫名其妙。对普通百姓来说，对账本更是一头雾水，自己最多记过几次流水账而已，从来没就见过那传说中的“账本”。

　　对区块链的理解非常容易。因为区块链就是虚拟部落的“家谱”。除了读写、存储、传输、验证、安全、共识等雕虫小技的IT细节外，“区块链”与你我家中，压箱底的传家宝“家谱”，其实并无本质差别。

　　如果你不信，咱们就来逐一对比：

　　第一是所谓的“去中心化”。你的“家谱”虽然作为宝贝，牢牢藏在箱底，但是，它的拷贝版，却在你七大姑、八大姨等家，每家都有一份，而且内容完全一样。

　　每个小家在“家谱”的“核算”、“存储”、“维护”等方面的权利和义务，也都完全均等，都是通过家族开会，由“族长”领导大家，共同修订、补充新版本的。如果你偷偷修改了“自家的那份家谱”，当然不管用，只不过是自欺欺人而已：家族是不会承认的，甚至可能变成笑柄，严重时，还可能受到家法惩处。

　　第二是“开放性”。有哪家的“家谱”是保密的！完全可以公开，而且，谁都乐意公开，因为，那上面都记载着祖先们的光荣事迹。

　　第三是“自治性”。在同一家谱所系的整个家族中，哪个成员会怀疑自己家谱内容的真实性？就算是在天涯海角，偶然遇到的陌路人，如果发现同为家谱成员，那么，就绝不仅仅是“老乡见老乡，两眼泪汪汪”了。至于外族人，他爱信不信，反正与他无关。

　　第四是“信息不可篡改性”。一旦相关事迹写入家谱，就会永久保存下去，除非某天召开家族大会，同意（或多数同意）某项修改。仅对少数几本家谱的篡改是完全无效的。就算是你要坚持做些修改，那么，后代通过对各家家谱内容的统计比较，仅仅采用“少数服从多数”的原则，就能轻松发现你的篡改。所以，“家谱”的数据稳定性和可靠性都极高。

　　第五是“匿名性”。家谱的每次修改和补充，都是经过大家讨论同意的结果。至于这些内容是由谁抄上去的，其实并不重要。所以，在“区块链”这本“家谱”中，每次交易（即修改和补充“家谱”的工作），到底是由谁完成的，你永远不得而知。

　　第六是“历史可追溯性”。这恰恰是家谱最基本的功能，每个人通过自己的家谱，都能够将自己的祖宗十八代，查得清清楚楚、明明白白。就像“区块链”中“通过任意一个区块，都可以追溯出与之相关的所有区块，了解整个信息的演变过程”一样。

　　怎么样，请问区块链的哪条性质，家谱不具备？！如果你还要坚持说，区块链还有什么“私有区块链” “公有区块链”和“联合（行业）区块链”等的话，那么别忘了，家谱也有“小家家谱” “某地某姓族谱”和“全球某姓族谱”等等。

　　好了，现在就以比特币为例，来重新写一本“中本聪家谱”吧。

　　话说，公元2009年，有一位英雄母亲，名叫“中本聪”。他决定在网络虚拟部落中，生养2100万个儿子（即2100万个比特币）。而这些儿子，可能会死掉（即，比特币被用掉或转移），儿子也会生孙子（通过第一次转移获得的比特币），孙子也会死掉，孙子还会有重孙子（第二次转移获得的比特币），重孙子还会生重重孙子（第三次转移获得的比特币）……。。如此循环，永无止境。

　　为了记录家族光荣，避免后代混乱，中本聪决定创立一部“家谱”，让子子孙孙们不忘记自己的血脉，然后，再传给后代。

　　先说儿子们吧。为什么还没生完，就知道自己有多少个儿子呢？因为，每个儿子就对应于某种奇特数学方程的一个解，而从理论上看，解的个数就大约是2100万个。

　　正如，线性方程只有一个解，二次方程最多有二个解，一般地，N次方程最多有N个解一样。但是，“知道有多少个解”和“求出相关解”可不是一回事，比如除极特殊情况之外，全世界的数学家们，至今还不知道“如何求出N次方程的解”。

　　另外，虽然求解很难，但是“验证某个东西是否是解”却并不难。因为，只需将其代入方程，轻松计算一下，看看等式的左右两边是否相同就行了。若相同，则就是解，否则就不是。

　　由于每个儿子都是“金娃娃”，所以，网民们都抢着要领养，行话叫做“挖矿”。怎么才能领养成功呢？没有捷径，只能按预先设计的程序，老老实实去做大量的运算。而且，大约每10分钟，才允许有50个金娃娃被领养，直到100年后，金娃娃们才能全部出生并被领养。

　　也有这样一些网民，他们要么运气不好，要么没时间。总之，没能“领养”到金娃娃。如果他们也想得到金娃娃，那又怎么办呢？他们只能从领养者那里花钱去买。这时，儿子辈中就出现了死亡，孙子辈也就开始诞生了。

　　再说孙子们吧。中本聪家族成员，有一个奇怪的特点：每个人死亡的同时，都会立即转世，成为家族下一辈的成员；每当有人死亡时，家族就会马上修订家谱；更奇特的是，每个人在死亡时，要“验证完新修订家谱的正确性”后，才最后断气。

　　同样，每当有后辈出世时，家族也会马上修订家谱也。更奇特的是，每个人在出生前，也要“验证完新修订家谱的正确性”后，才呱呱坠地。孙子们何时诞生，就没有时间表了。

　　比如，假若某个儿子的领养者，永远对手上的金娃娃爱不释手的话，那么，这个儿子就永远健康，永远不会有孙子了。如果某个领养者是投机分子，倒手就把金娃娃给卖了，那么，这个金娃娃马上就死了，它的儿子也同时诞生在“儿子买家”的家里了。当然，孙子的总数也不会超过2100万个。

　　孙子被倒手后，就转世成了重孙子。至于重孙子和重重孙子们的情况，那就更简单了。反正，每个金娃娃一死，它的儿子就会马上出生。“中本聪家谱”也会马上修改，并及时将“新版本家谱”发放给全体家族成员，无论他是儿子、孙子、重孙子等。中本聪家族的成员，确实会越来越多，但是，儿孙总数加起来一定不会超过2100万。

　　在任何时刻，任何网民，对自己的每个金娃娃，都可以通过“中本聪家谱”来确认：该金娃是真是假。而金娃娃的所有者，你的身份信息等，绝不会出现在“中本聪家谱”中，从而更不必担心泄露姓名。

　　在结束比特币实例介绍时，我们还想强调两点：

　　1）当用作货币时，金娃娃总数的有限性，只能确保在“中本聪虚拟部落”中，不会出现通货膨胀。但是，这并不意味着，明天“武大郞虚拟部落”也会利用“武大郞家谱”，开发出自己的“大郞币”。所以，不要过于迷信某种特定的数字货币的有限性。毕竟，在寻找“基于信任自己”的真钱方面，人类才刚刚开始，前方的道路还很长！

　　2）“区块链”确实是数字货币的核心，但是，区块链的应用绝不仅限于此。实际上，它已经在诸如艺术、法律、保险、房地产等行业得到广泛重视，今后还将扩展到更多的领域。反正，你只需要记住：家谱能够发挥作用的地方，都是区块链的用武之地。没准，随着“区块链”的普及，“家谱”的用途也会越来越大，只是过去大家没在意而已。

　　好了，至此我们已用“家谱”把“区块链”说清楚了。

　　下面我们将介绍最古老的区块链，一个已经存在了38亿年的区块链。这个区块链的设计者，就是伟大的“上帝”！这个区块链“家谱”就写在你的脸上、手上、腿上……；血管里、头发里、鼻子里、眼睛里……；反正，在任何生物的体内的任何地方，甚至在其排泄物里，都“分布式存储着”这个区块链的“账本”。

　　这个“区块链”就是生物学家们正在全力研究的“基因链”。为形象计，后面我们将称之为“上帝区块链”，或简称为“上帝链”。也为了让区块链专家们“惊掉下巴”，我们将借用区块链的部分专业术语，来介绍“基因链”，希望这些专业术语，不会给普通读者增添太多的麻烦。

　　首先，“上帝链”这个账本中，都分布式存储了什么信息呢？说来吓你一跳！以人类基因为例，这些信息包括：你的种族、血型、孕育、生长、衰老、病死等一切生命现象的全部信息。你的体形、外貌、智力、繁衍、细胞分裂、蛋白质合成等生理过程的全部信息。你的器官基质、对疾病的敏感性、神经系统结构与功能等信息……反正，这些信息多得无法想象。

　　如果非要对这些信息，来个公式描述的话，那么，据说，人类基因共有3~3.5万条，它们能组成一本长达100万页的浩繁“天书”。而正是这本“天书”，决定着你我的健康。

　　更奇妙的是，如此海量的信息，却竟然存储在“小得连肉眼都看不见”的所谓DNA片段上！一克DNA，相当千亿张DVD光盘。咱们曾经引以为傲的所谓“摩尔定律”，在“上帝链”这个账本面前，简直可以羞得无地自容了！

　　其次，“上帝链”是如何来记账的呢，即如何修订并传承“家谱”的呢？说来这又是一个奇迹，竟然只有两个字：遗传！即将有关自己的信息，老爹、老妈的信息，祖父、祖母、外祖父、外祖母的信息，以及他们的老爹、老妈等所有祖先的信息，还有你配偶及其祖先的信息等等，不知道是多大的海量信息，进行一个HASH，将其压缩成一个“短得可以忽略不计的”蛋白质，然后，将它传给自己的后代。后代们再如此接力下去，直到永远。

　　“上帝链”所用的这个HASH，可不得了，没有任何一个“区块链”能与之媲美！想想看，数十亿年来，把一本本天书，压缩成“短得不能再短”的蛋白质，而竟然还不发生“碰撞”，这是何等的奇迹呀！

　　如果你非要抬扛，逼我拿出“无碰撞”证据的话！那么，好吧，其实你本身就是一个活证据，不过，下面我还要给你更多的“遗传无碰撞”证据。其实，这些证据，大家都早就熟视无睹了，它们就是父母最容易遗传给孩子的十大特征：

　　寿命：若家族中先辈长寿，那子女长寿的可能性就更大；因为，寿命具有“家族聚集倾向性”。最具说服力的统计显示：虽然受环境等因素影响，但是，在60-75岁死去的双胞胎中，男性双胞胎死亡的时间，平均相差4年。女性，则仅相差2年。

　　身高：人的身高，70%取决于遗传，后天因素只占30%。一般来讲，如果父母都高（矮），那么，孩子也高（矮）的概率大约为75%。

　　胖瘦：“代谢率”也会遗传，而“代谢率”低的人，就容易长胖。如果父母都胖，那么，孩子也胖的概率为50%-60%。如果父母中，只有一个胖子；那么，孩子也胖的概率是30%。请问那位不服气的胖专家，你是父母都胖呢，还是只有一方胖。

　　肤色：遗传时，肤色会“不偏不倚”，它总是遵循“加权平均”的法则，给孩子打上父母“综合色”的烙印。黑人父母，绝对生不出白胖娃娃。如果父母中，一黑一白，那么，孩子的肤色将是“不黑不白”。

　　眼睛：父母双方，只要有一个是“大眼睛”，那么，小孩也很可能是“大眼睛”。如果父母中，一个单眼皮、一个双眼皮，那么，孩子极有可能是双眼皮；如果父母都是单眼皮，孩子也会是单眼皮。父母中只要有一个长睫毛，孩子就很可能是长睫毛。“黑眼球”与“蓝眼球”的爱情结晶，绝不会再是“蓝眼球”。

　　鼻子：父母双方中，只要有一个高鼻梁，孩子就很可能也是高鼻子。

　　耳朵：大耳朵是显性遗传，小耳朵是隐性遗传。父母双方，只要有一个“大耳朵”，那么，孩子就很可能也是“大耳朵”。

　　下颚：下巴绝对是显性遗传：父母中只要有一个“大下巴”，孩子也会长成“大下巴”。

　　声音：若父母都是大嗓门，孩子也会是小喇叭。通常，儿子的声音像父亲，女儿的声音像母亲。这是因为，声音的高低、音量、音质等各方面，不仅与喉头有关，还要由鼻的大小、嘴巴的大小、舌头的长短、颜面的骨骼等各因素综合决定；而这些因素，几乎都具有很强的遗传性。

　　智力：智力与遗传和环境都有关，两者各占的分量为60%和40%。特别是，“精神缺陷者”所生的孩子，也很可能（59%的概率）智力迟钝。在智力遗传中，不仅包括智商，还包括情商。

　　“上帝链”HASH算法“无碰撞性”的最有力证据，简直多如牛毛，比如，指纹、声纹、掌纹、虹膜、脸型、视网膜、血管分布和DNA等。

　　第三，“上帝链”的可追溯性体现在哪里呢？DNA亲子鉴定便是铁证。只需通过血液、毛发、唾液、口腔细胞等，就能够把你的血缘关系搞清楚。而且，生物学家们，还算出了非常精确的量化结果：任何两人具有相同DNA的概率，仅为5×10-19。这是什么概念呢？这样说吧，全世界人口约为50亿（=5×109），即，在100亿个地球上，才可能找得到两个DNA相同的人。怎么样，上帝的这个账本实在是太精细了吧！

　　而且，生物专家已经证实：“DNA指纹图谱中，几乎每一条带纹，都能在其双亲之一的图谱中找到”，这种超级稳定的遗传性，确保了“上帝链”几乎完美的可追溯性。另一个更加震撼的数据是：疾病家庭的遗传史，是由“疾病易感基因的遗传”所造成的；而基因检测，能成功发现这些“遗传易感型基因”的准确率，可以高达99.9999%。

　　另外，在追溯“上帝链”时，甚至根本不需要整个账本，而仅仅是账本中的“九牛一毛”就行了，哪怕它只是一滴血、一块肉、一根毛等。

　　此外，“上帝链”与“区块链”的共通性实在太多了，就不再逐一详述了。仅在此对诸如“去中心化”、“开放性”、“共识机制”等特性简单介绍如下：

　　与“区块链”一样，“上帝链”当然是无中心的了！如果非要说有中心的话，那么，也只有“上帝”这一个中心。请问，其它任何人，谁有本事修改这个账本？！就算是所谓的“转基因”，也只是对遗传的一种人工干预而已；况且，它也不能改变账本，更谈不上影响“去中心化”了。

　　“上帝链”的开放性，也是尽人皆知的。只要你有本事，就可测出任何生物的DNA，它从来就不保密。连爱因斯坦都承认：上帝很精明，但是无恶意。

　　“上帝链”的共识机制，更是天生的：各节点之间，不“彼此信任”好像都不好意思；时间顺序，一点也不会混乱，除非发生“返祖”现象！

　　总之，一句话：区块链的所有特性“上帝链”都有，而且还更精、更妙！

　　好了，下面我们按《安全简史》的惯例，借用宋代女诗人，李清照的《声声慢。寻寻觅觅》，来结束本文。

　　寻寻觅觅，深深浅浅，区区块块链链。

　　乍暖还寒难辨，真币假钱。

　　饭票钞票白条，怎敌他换代改朝！

　　雁过也，正伤心，财富一夜丢尽。

　　满地黄金堆积，支票损，狂喜竟然哭泣！