為什麼51算力

區塊鏈的特徵是什麼？

區塊鏈的特徵

區塊鏈的四大特徵之一：不可篡改

區塊鏈最容易被理解的特性是不可篡改的特性。

不可篡改是基於「區塊+鏈」（block+chain）的獨特賬本而形成的：存有交易的區塊按照時間順序持續加到鏈的尾部。要修改一個區塊中的數據，就需要重新生成它之後的所有區塊。

共識機制的重要作用之一是使得修改大量區塊的成本極高，從而幾乎是不可能的。以採用工作量證明的區塊鏈網路（比如比特幣、以太坊）為例，只有擁有51%的算力才可能重新生成所有區塊以篡改數據。但是，破壞數據並不符合擁有大算力的玩家的自身利益，這種實用設計增強了區塊鏈上的數據可靠性。

通常，在區塊鏈賬本中的交易數據可以視為不能被「修改」，它只能通過被認可的新交易來「修正」。修正的過程會留下痕跡，這也是為什麼說區塊鏈是不可篡改的，篡改是指用作偽的手段改動或曲解。

在現在常用的文件和關系型數據中，除非採用特別的設計，否則系統本身是不記錄修改痕跡的。區塊鏈賬本採用的是與文件、資料庫不同的設計，它借鑒的是現實中的賬本設計——留存記錄痕跡。因此，我們不能不留痕跡地「修改」賬本，而只能「修正」賬本（見圖2）。

圖2：區塊鏈賬本「不能修改、只能修正」

區塊鏈的數據存儲被稱為「賬本」（leger，總賬），這是非常符合其實質的名稱。區塊鏈賬本的邏輯和傳統的賬本相似。比如，我可能因錯漏轉了一筆錢給你，這筆交易被區塊鏈賬本接受，記錄在其中。修正錯漏的方式不是直接修改賬本，將它恢復到這個錯誤交易前的狀態；而是進行一筆新的修正交易，你把這筆錢轉回給我。當新交易被區塊鏈賬本接受，錯漏就被修正，所有的修正過程都記錄在賬本之中，有跡可循。

將區塊鏈投入使用的第一類設想正是利用它的不可篡改特性。農產品或商品溯源的應用是將它們的流通過程記錄在區塊鏈上，以確保數據記錄不被篡改，從而提供追溯的證據。在供應鏈領域應用區塊鏈的一種設想是，確保接觸賬本的人不能修改過往記錄，從而保障記錄的可靠性。

2018年3月，在網路零售集團京東發布的《區塊鏈技術實踐白皮書》中，京東認為，區塊鏈技術（分布式賬本）的三種應用場景是：跨主體協作，需要低成本信任，存在長周期交易鏈條。這三個應用場景所利用的都是區塊鏈的不可篡改特性。多主體在一個不可篡改的賬本上協作，降低了信任成本。區塊鏈賬本中存儲的是狀態，未被涉及的數據的狀態不會發生變化，且越早前的數據越難被篡改，這使得它適用於長周期交易。

區塊鏈的四大特徵之二：表示價值所需要的唯一性

不管是可互換通證（ERC20），還是不可互換通證（ERC721），又或者是其他提議中的通證標准，以太坊的通證都展示了區塊鏈的一個重要特徵：表示價值所需要的唯一性。

在數字世界中，最基本單元是比特，比特的根本特性是可復制。但是價值不能被復制，價值必須是唯一的。之前我們已經討論過，這正是矛盾所在：在數字世界中，我們很難讓一個文件是唯一的，至少很難普遍地做到這一點。這是現在我們需要中心化的賬本來記錄價值的原因。

在數字世界中，我們沒法像擁有現金一樣，手上拿著鈔票。在數字世界中，我們需要銀行等信用中介，我們的錢是由銀行賬本幫忙記錄的。

比特幣系統帶來的區塊鏈技術可以說第一次把「唯一性」普遍地帶入了數字世界，而以太坊的通證將數字世界中的價值表示功能普及開來。

2018年年初，中國的兩位科技互聯網企業領袖不約而同地強調了區塊鏈帶來的「唯一性」。騰訊主要創始人、CEO馬化騰說：「區塊鏈確實是一項具有創新性的技術，用數字化表達唯一性，區塊鏈可以模擬現實中的實物唯一性。」

網路創始人、CEO李彥宏說：「區塊鏈到來之後，可以真正使虛擬物品變得唯一，這樣的互聯網跟以前的互聯網會是非常不一樣的。」

對於通證經濟的探討和展望正是基於，在數字世界中，在網路基礎層次上區塊鏈提供了去中心化的價值表示和價值轉移的方式。在以以太坊為代表的區塊鏈2.0時代，出現了更通用的價值代表物——通證，從區塊鏈1.0的數字現金時期進入到數字資產時期。

區塊鏈的四大特徵之三：智能合約

從比特幣到以太坊，區塊鏈最大的變化是「智能合約」（見圖3）。比特幣系統是專為一種數字貨幣而設計的，它的?UTXO?和腳本也可以處理一些復雜的交易，但有很大的局限性。而維塔利克創建了以太坊區塊鏈，他的核心目標都是圍繞智能合約展開的：一個圖靈完備的腳本語言、一個運行智能合約的虛擬機（EVM），以及後續發展出來的一系列標准化的用於不同類型通證的智能合約等。

圖3：區塊鏈2.0的關鍵改進是「智能合約」

智能合約的出現使得基於區塊鏈的兩個人不只是可以進行簡單的價值轉移，而可以設定復雜的規則，由智能合約自動、自治地執行，這極大地擴展了區塊鏈的應用可能性。

當前把焦點放在通證的創新性應用上的項目，在軟體層面都是通過編寫智能合約來實現的。利用智能合約，我們可以進行復雜的數字資產交易。

在討論以太坊的發展過程時，在冷知識專欄「智能合約」「以太坊的智能合約」中，我們對智能合約進行了很多討論，在此不再贅述。這里再借維塔利克的討論，重復一下我們認同的智能合約的軟體性質——它相當於一種特殊的服務端後台程序（daemon）。在以太坊白皮書中，維塔利克寫道：

（合約）應被看成是存在於以太坊執行環境中的「自治代理」（autonomousagents），它擁有自己的以太坊賬戶，收到交易信息，它們就相當於被捅了一下，然後它就自動執行一段代碼。

智能合約的執行流程如圖4所示。區塊鏈的第五、第六個定義如圖5所示。

圖4：智能合約的執行流程

圖5：區塊鏈的定義之五、之六

區塊鏈的四大特徵之四：去中心自組織

區塊鏈的第四大特徵是去中心自組織。到目前為止，主要區塊鏈項目的自身組織和運作都與這個特徵緊密相關。很多人對區塊鏈項目的理想期待是，它們成為自治運轉的一個社區或生態。

匿名的中本聰在完成比特幣的開發和初期的迭代開發之後，就完全從互聯網上消失了。但他創造的比特幣系統持續地運轉著：無論是比特幣這個加密數字貨幣，比特幣協議即它的發行與交易機制，比特幣的分布式賬本、去中心網路，還是比特幣礦工和比特幣開發，都去中心化、自組織地運轉著。

我們可以合理地猜測，在比特幣之後出現了眾多修改參數分叉形成的競爭幣、硬分叉形成的比特幣現金（BCH），可能都符合中本聰的設想。他選擇了「失控」，失控可視為自治的同義詞。

到目前為止，以太坊項目仍在維塔利克的「領導」之下，但正如本章一開始討論的，他是以領導一個開源組織的方式引領著這個項目，就像林納斯領導開源的Linux操作系統和Linux基金會一樣。

維塔利克可能是對去中心自組織思考得最多的人之一，他一直強調和採用基於區塊鏈的治理方式。2016年以太坊的硬分叉是他提議的，但需要通過鏈上的社區投票，獲得通過方可施行。在以太坊社區中，包括ERC20等在內的眾多標準是社區開發者自發形成的。

在《去中心化應用》一書中，作者西拉傑·拉瓦爾（SirajRaval）還從另一個角度進行了區分，他的這個區分有助於我們更好地理解未來的應用與組織。他從兩個維度看現有的互聯網技術產品：一個維度是，在組織上是中心化的，還是去中心化的；另一個維度是，在邏輯上是中心化的，還是去中心化的。

他認為：「比特幣在組織上去中心化，在邏輯上集中。」而電子郵件系統在組織上和邏輯上都是去中心化的（見圖6）。

圖6：比特幣在組織上去中心化，在邏輯上集中

在設想未來的組織時，我們心中的理想原型常是比特幣的組織：完全去中心化的自治組織。但在實踐過程中，為了效率和能夠推進，我們又會略微往中心化組織靠攏，最終找到一個合適的平衡點。

現在，在通過以太坊的智能合約創建和發放通證，並以社區或生態方式運行的區塊鏈項目中，不少項目的理想狀態是類似於比特幣的組織，但實際情況是介於完全的去中心化組織和傳統的公司之間。

在討論區塊鏈的第四個特徵去中心自組織時，其實我們已經在從代碼的世界往外走，涉及人的組織與協同了。現在，各種討論和實際探索也揭示了區塊鏈在技術之外的意義：它可能作為基礎設施支持人類的生產組織和協同的變革。這正是區塊鏈與互聯網是完全同構的又一例證，互聯網也不僅僅是一項技術，它改變了人們的組織和協同。

總的來說，以太坊把區塊鏈帶入了新的階段。在討論以太坊時，如果要總結兩個關鍵詞的話，那麼這兩個關鍵詞分別是智能合約和通證；而如果只能說一個的話，我會選擇「通證」。我會更願意從互聯網的歷史中找尋它的意義，重復之前的類比：作為價值表示物的通證，它的角色類似於HTML。在有了HTML之後，建什麼樣的網站完全取決於我們的想像力。

簡單解釋下，51%攻擊又叫大多數攻擊，是指惡意礦工控制了區塊鏈網路50%以上的哈希率（hashrate，即算力），隨後對網路發動攻擊，接管區塊鏈網路讓不法分子得以逆轉交易、停止支付或者防止新交易予以確認。

詳細有關51%攻擊可以在密碼財經網路了解，

區塊鏈的基本定義大家都應該了解了，說白了就是大家一起記賬，一個區塊鏈系統由許多節點組成，這些節點一般就是一台計算機。在該系統中，每個參與的節點都有機會去競爭記賬，即更新資料庫信息。系統會在一段時間內（可能是十分鍾，也可能是一秒鍾），選出其中記賬最快最好的一個節點，讓他在這一段時間內記賬，它會把這段時間內數據變化記錄在一個數據區塊中。

我們把這個數據區塊想像成一頁紙。在記完帳以後，該節點就會把這一頁的賬本發給其它節點。其它節點會核實這一頁賬本是否無誤，如果沒有問題就會放入自己的賬本中。在系統裡面，這一頁賬本的數據表現形式，稱為區塊。該區塊中就記錄了整個賬本數據在這段時間里的變化。然後把這個更新結果發給系統里的每一個節點。於是，整個系統的每個節點都有著完全一樣的賬本。

我們把這種記賬方式稱為方式區塊鏈技術或者分布式總賬技術。

那麼問題就來了，這個賬本內容安全嗎？

首先，每個節點的權利是一樣的，任意節點被摧毀都不會影響整個系統的安全，也不會造成數據丟失。而且，每個節點的賬本數據都是一模一樣的，也就意味著單個節點的數據篡改是沒有任何意義的。因為如果系統發現倆個賬本對不上，它就認為擁有相同賬本數量相對較多的節點的版本才是真實的數據版本。

我們再來說的簡單一點，我們都有微信群，微信群的聊天記錄就是不可篡改的。

一個微信群，有500人，每個人手機上都有聊天記錄的一個完整備份。任何群友都不可能去修改別人手機上的聊天記錄，只能修改自己的，哪怕是馬化騰也做不到修改別人手機的聊天記錄的。任何人即使修改了自己的記錄，但別的群友可以指正，只要更多的群友拿出證據，就可以證明這個心懷不軌的人修改了記錄。

區塊鏈也是存著一些特定的「聊天記錄」，這些記錄在區塊鏈世界裡有獨特的名字——交易。

其原理是和微信群是一樣的，所有玩這個區塊鏈的人（被稱為節點錢包）都完整地保留一份交易的歷史記錄。這樣任何單個人想修改這些歷史記錄，別的人都可以拿出自己的那一份備份，來證明這些心懷不軌的人試圖作弊，系統會自動舍棄這部分認為被篡改過的賬本。

所謂51%攻擊，就是利用比特幣使用算力作為競爭條件的特點，使用算力優勢撤銷自己已經發生的付款交易。

如果有人掌握了50%以上的算力，他能夠比其他人更快地找到開采區塊需要的那個隨機數，因此他實際上擁有了絕對哪個一區塊的有效權利。

他能夠：

1、修改自己的交易記錄，這可以使他進行雙重支付

2、阻止區塊確認部分或者全部交易

3、阻止部分或全部礦工開採到任何有效的區塊

比特幣白皮書中，有過這樣的表述：誠實節點控制算力的總和，大於有合作關系的攻擊者算力的總和，該系統就是安全的。

換句說，當系統中有合作關系的惡意節點所控制的算力，超過誠實節點所控制的算力，系統就是有被攻擊的風險。這種由惡意節點控制超過50%算力所發起的攻擊，稱為51%算力攻擊（51%Attack）。

那是不是所有的加密貨幣系統都有可能遭遇51%算力攻擊的風險呢？其實並不是的，只有基於PoW（工作量證明）共識機制的加密貨幣，才存在51%算力攻擊，比如比特幣、比特現金和目前階段的以太坊等；而非PoW共識演算法的加密貨幣則不存在51%算力攻擊，如基於DPoS（委託權益證明）共識機制的EOS、TRON等。

在了解了51%算力攻擊之後，你肯定好奇，這種攻擊能做哪些壞事。

1、雙花（DoubleSpending）。雙花的意思是一份"錢"花了兩次甚至多次。

51%算力攻擊是如何做到雙花的呢？假設小黑有666BTC，他把這些幣支付的大白同時，也把這些幣發到自己的另一錢包地址上。換一句話說，小黑的一份錢，同時轉給兩個人。最終，發給大白那筆交易先被得到了確認，並打包在區塊高度為N的區塊內。

這時，控制了超過50%算力的小黑，發起51%算力攻擊。他通過重新組裝第N個區塊，將發給自己那筆交易打包進區塊里，並持續在這條鏈上延展區塊，由於算力的優勢，這條量將成為最長合法鏈。這樣小黑666BTC雙花成功，大白錢包里的666BTC"不翼而飛"了。

鏈喬教育在線旗下學碩創新區塊鏈技術工作站是中國教育部學校規劃建設發展中心開展的「智慧學習工場2020-學碩創新工作站」唯一獲準的「區塊鏈技術專業」試點工作站。專業站立足為學生提供多樣化成長路徑，推進專業學位研究生產學研結合培養模式改革，構建應用型、復合型人才培養體系。