提到区块链，大家总是会抛出这样一个共性问题：到底需不需要一个区块链？

其实早在2018年，由Karl Wüst和Arthur Gervais共同撰写的《Do you need a blockchain?》文章中，用这样六个问题，为大家梳理出了答案：

• 你是否需要存储状态？

• 如果需要，那这个存储状态是否有多个写入者？

• 是否永远有一个可信的在线第三方？

• 这些写入者是否身份已知？

• 这些写入者是否都是可信的？

• 是否需要公开验证？

了解了是否需要一个区块链之后，那么区块链有哪些属性，又能哪些典型的应用案例呢？

• 稳健性：作为一个去中心化系统，不存在单点失效问题，也不可能被审查攻击

• 透明性：所有的内容和拓展的规则都是公开的

• 不可改变性：我们基本可以信任，写在区块链上的东西是不可被篡改的

• 可编程性

这四个性质可以说是很多密码学家一直以来梦寐以求的性质，基于这四个性质，很多之前依赖可信第三方的协议将不再需要可信第三方，需要做强假设的协议也不再需要做强加设了，正是因为这些原因，区块链自问世以来，获得了很多密码学家的拥护。

而金融服务、数字身份、数字内容所有权、保真的证明，这些都是区块链可能大放异彩的领域，在这些领域中，区块链相较传统解决方案都有明显的优势、更安全、更值得信任。

既然区块链具有这么多优势，那么发展至今，又有多少人真正在使用区块链呢？

业界把区块链用户数的增长和互联网早期用户数的增长模型进行了类比，但是两者的坐标轴差了10倍，因此互联网被人们接受的速度是区块链的10倍，而在可预见的未来，两者之间的差距会更大。

一、共识协议

什么是共识协议？共识协议是用来维护所有区块链的账本的，而账本是用来记录所有的交易的。那共识协议设计的目的是什么呢？最好能够维护这样一个账本，维护这样一个与众不同的共识协议：

• 能够让所有人都达成一致意见（当然这是共识协议必须完成的）

• 永远可以往后写，需要能一直增长

• 没有任何人可以修改

那这个协议是如何被构造出来的呢？首先是把账本组织成一系列的区块，这些区块连成一个链，因此叫区块链；而每个区块中，包含了一系列交易组成的集合。简而言之就是：交易组成区块，区块组成区块链。

那我们如何在账本中记录新的内容呢？这就不得不提到另一个特殊的参与者：矿工。矿工会不停地执行一个过程——挖矿，所谓挖矿就是矿工们争先恐后的，竞争地解决一个密码学谜题。而这个密码学谜题由上一个区块和一组新的交易生成。无论是谁先发现了这个密码学谜题的解，就可以把自己新构造出来的区块广播，这个密码学谜题要求这些新出现的交易和上一个区块，加上一个随机数，再做哈希计算，而其结果小于一个预先算出来的目标。

为了能找出一个满足各项要求的解，矿工需要不停地计算这个哈希，因此矿工们成功的概率既和计算能力成正比，也很大程度上受到运气的影响，从而保证了出块的随机性。

那么问题随之而来：如果有两个区块同时广播，应该怎么办呢？我们将这种情况称为分叉，中本聪共识所解决的核心问题就是遇到分叉怎么办。

• 规则一：永远选择计算上最难的那条链去挖，计算最难的链通常就是最长的链

• 规则二：如果区块链长度相同，那么矿工就会按照其先收到的区块来挖

此外还有一个配套的难度调整机制：每2016个块，会调整一次挖矿的难度，从而确保区块产生的间隔是基本均匀的。

二、以太坊的PoS协议（Ethereum PoS）

以太坊是另一个影响力很大的区块链项目，是仅次于比特币的第二大数字货币，并且受到了很多媒体关注。

PoS协议又是怎么定义的呢？PoS是纯粹的共识准入协议，即将资金以特定方式质押在区块链上的参与者可以参与共识，通常需要另外的协议（如BFT）确认区块。对于大多数情况而言，PoS协议只负责共识准入，以太坊是一个很特殊的例子，它兼管准入和执行。很多PoS项目的PoS部分都只负责共识准入，但Ethereum PoS把共识执行也设计了，并做了很多创新，如LMD Ghost、Casper FFG等，但这些创新无一例外都存在很多问题和矛盾。

报告随后从同时性和互斥性维度讲解了PoS协议存在的问题。对于所有的共识协议，我们首先要回答这样两个问题：

1、谁来产生一个区块、谁来产生历史的一步？对于传统共识，是所有人合作产生一步，对于PoW共识，几乎也是所有人合作产生一步，对于PoS则是选中的一个人来产生一步。

2、如果这个人做坏事，生成了多个不同版本的历史该怎么办？对于经典共识来说，同步协议中，这个人就会被抓住，而异步协议中，我们没有办法阻止这种情况；在PoW共识中，在物理上就杜绝了这种可能，因此PoW共识在这个维度上是最安全的；对于PoS协议来说，一个人可以产生任意多版本的区块而永远不被发现。PoS协议针对这个问题的解决方案，仅仅只是罚款，而这一操作只会使PoS陷入怪圈。

张韧博士在报告第三部分给大家科普了账本模型。

报告分别介绍了比特币和以太坊各自的账本模型，并对两种账本模型的优缺点进行了讲解。

• 比特币账本模型：其最大的优点在于可并行，具体表现为交易拓扑图合法性执行时间可忽略以及交易执行合法性无需调用外部变量；而其缺点在于表达能力不佳，具体表现在可编程性、合约连续性、外部可见性等三个维度。
• 以太坊账本模型：那么以太坊的改进点在哪里呢？在设计之初，以太坊为了实现可表达性，而牺牲了可并行性。但是牺牲可并行性换来的性质，却带来了代码和数据放一起，权责不清；用户资产，合约保管，敌手取用等本不必要的麻烦。

随后，报告介绍了UTxO和Account模型的定义，以及基于当前比特币和以太坊账本模型的缺点而设计的一款全新的账本模型。

报告进行到最后，大家肯定还有一个疑问，那就是为什么区块链仍然没有被大众广泛接受呢？

张韧博士介绍到，其实吞吐量、理解门槛、UI设计、能量消耗等这些技术限制问题都不是区块链不被广泛接受的根本问题，其真正的限制在技术之外。

立法不明、用户缺乏信任、革新的阻力、缺乏商用场景，这些在技术以外的限制，才真正导致了区块链技术在Gartner Hype Cycle中一直在前四个阶段打转，走不到生产平稳期。

报告最后，张韧博士带大家回顾了世界贸易结算货币的演变，并对区块链和数字货币的未来做了展望。