一文读懂区块链技术逻辑与原理

1、区块链需要的基础：人工智能

什么是区块链？ 今天我试图用最白话的语言向大家表达最深刻的逻辑。

从本质上讲，区块链被描述为“一个群体人工智能系统”。

问题来了，什么是人工智能？

关于“智能”的定义，科学界一直争论不休。 清华大学韩峰博士在研究区块链的过程中，从物理学上提出了一个理论。 这个理论是这样的： 从理论上讲，根据朗道尔原理（Landauer's principle），“熵”是最混沌的东西。 在最无知的状态下，不可逆地消去一位“熵”，就会产生一位信息，这个过程至少要消耗KT ln2能量。

由于消除了事物的混乱和无知状态，这一点信息就是“智能”。

目前的大部分机构和系统都被视为“一个中央”的智能系统，包括现有的银行系统（以中央银行为中心）、货币系统（以中央银行为中心）、国家机构（中央政府）是中心）。

中心化的特点是中心节点持有分布式节点的信息，子节点不持有其他节点的信息（中心化，交易不公开）。

而且，中心化的痛点在于，系统的安全取决于中心节点的安全，分布式节点对其无能为力。

中心化节点示意图/申万宏源研究

一个中心和多个中心的最佳比喻，在动物王国中可以做出的最佳类比是：一只熊和一只蜜蜂，一个熊的巢穴和一个蜂巢。

熊是中央决策者，为自己做决定。 蜜蜂执行蜂群的基本规程，例如与旁边的蜜蜂保持一定距离。

从中心化到去中心化

在中心化系统中，通常只有一个节点在做决策，需要解决的“熵”和“比特”更少（小）。 一个中心要完成N个节点的N*Kln2熵减问题，需要对2的N次方进行压缩，在这个过程中，问题的求解难度会呈指数增长。

公式为Kln2的N次方

如果超过45个节点，可以超光速压缩中心。 这是什么概念？ 这超出了物理学的极限。

每只蜜蜂都被认为是麦克斯韦妖。

麦克斯韦的恶魔概念图 来源/网络

什么是麦克斯韦妖？

谷歌一下：

麦克斯韦的恶魔是由麦克斯韦幻化而成的妖精。 它在装满液体或气体的容器中间有一扇门。 当布朗运动（未校正运动）中的液体或气体分子撞击它时，它总是将较快的分子放在一侧，将较慢的分子放在另一侧。 一段时间后，容器会同时变热和变冷。 用热的一面做功。 这种“永动机”是可以造出来的。 （但反驳者认为这违反了热力学第二定律，已被证明理论上是不可能的。也就是说，要么根本就没有这个“妖精”；要么这个“妖精”也需要“吃”，这就是消耗能量，结果只会得不偿失。）

用大白话来说，理想中的“麦克斯韦妖”可以理解为具有自我补偿机制的人工智能。

2. 区块链的由来

说了这么多，麦克斯韦妖有什么用呢？ 它是权力下放的基础。

我们说的区块链是什么？ 我们知道，比特币需要一定的电脑终端来记账，而争夺记账权并完成记账的过程就叫做挖矿比特币交易过程是不是非得记录，而每一个记账的“矿工”都是一个“麦克斯韦妖”。

关于挖矿，学术上的表述是：

比特币“挖矿”的本质是反复计算随机字符串的哈希值（一种字符串转换操作，常用于加密和数字签名），并检查结果是否符合特定要求。 比特币“挖矿”硬件经历了CPU->GPU->FPGA->ASIC四个发展阶段。 目前，比特币行业使用 ASIC 芯片来完成挖矿计算。

从流程上来说，是这样实现的：

网络中的节点收集有效但未经验证的交易

这些交易按时间顺序放入区块（Block）

各节点纷纷加入，试图解决工作量问题

节点的这种行为称为挖矿（Mining）

最早的区块链技术以比特币而闻名，它最先应用了区块链技术。

区块链也是比特币交易运作方式的基石。

它是“一种存储和认证协议”。

它也是一个“去中心化数据库”，通过分布式存储和全网验证来保证安全。 这些特性在比特币中得到了很好的应用。

区块链解决三大痛点：

去中心化：（还记得之前的“Kln2？”单一中央智能系统的公式表达吗？），中心化系统，参与节点数量从5个到100个不等，系统的风险增加； 多个中心化系统（也就是去中心化），当参与节点在5到100个之间时，系统风险呈指数级下降。

安全性：区块链还可以解决TCP/IP安全传输问题和信息网络的去中心化信任问题。 构建基于TCP/IP协议的价值互联网，可以从根本上改变金融业现有的生产方式，颠覆社会组织和生产方式。

信任：由于区块链中的每个节点都持有每个节点的信息，信息可以采用匿名原则（交易公开）； 系统中交易的审批取决于所有节点的共识原则，规则对所有节点都是公平和强制的（去中心化）。 而且，随着时间的推移，交易量的增加，每个节点同步更新的链变长，更难被篡改。

3. 区块链应用

中心化系统和去中心化系统比特币交易过程是不是非得记录，最具代表性的是银行和比特币。

在银行体系中：传统银行账本的特点具有中心化、交易不公开的特点

银行持有所有用户账户信息和交易历史（中心化）

用户只有自己的记录，无法知道其他用户的交易记录（交易不公开）

如果你有所有的交易支付记录，你可以反转账户信息（中心化风险）

它的交易记录是这样的：

在比特币交易系统中，具有去中心化和公开交易的特点

在比特币中，没有中心节点（去中心化）

所有交易都是公开的（transaction public）

但是所有的交易都是匿名的，所以即使有了所有的交易信息，也无法推断出个人对应的账户信息（安全）

其交易记录样本如下所示：

事实上，全球已有超过50家银行在开发和应用区块链技术，我们可以看到如下消息：

2016/6/22 法国巴黎银行等七家金融机构联合开发区块链清算系统（法国巴黎银行、法国信托局、Euroclear银行、Euronext、S2iEM、法国兴业银行和巴黎金融市场协会）

2016年将重点设计基于区块链技术的高性能英镑结算系统新蓝图（英格兰银行）

2016/6/24 Ripple新增7家银行作为技术合作伙伴，构建R3式合作网络。 Ripple 宣布已在其技术合作网络中新增 7 家银行。 使用技术跨境转账的公司（桑坦德银行、瑞银、联合信贷银行、ReiseBank、CIBC、阿布扎比国家银行 (NBAD) 和 ATB Financial）

银行对区块链技术的应用只是冰山一角。 在证券、支付、土地登记、投融资、物流等领域，开展了区块链技术的应用开发。

用一张国金证券的图来结束区块链技术应用的愿景，尤其是“可编程社会”的愿景。 想想真是太好了！

本文多引用或参考了以下资料：

清华大学博士生、I-CENTER导师韩锋《区块链创新与金融风控》

申银万国证券《区块链：颠覆性创新——区块链与数字货币系列报告二（上）技术篇》

国金证券《当金融科技遇上区块链——500年后的世界金融科技体系重构》

招商证券《区块链全景——“区块链+金融”区块链深度追踪（四）》

广发证券《比特币产业链解析》