怎样理解区块链去中心化的概念

2017-10-06 18:58 来源:中国信通院
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  一提到区块链,基本上都会提到它的几个特征:去中心化、数据公开透明、不可篡改等等。这些特征中,去中心这一点是区块链的一个本质特征。我们应该怎样理解去中心化(Decentralize)这一概念呢?本文试图从内在特征和外在表现两个角度去理解去中心化这个概念。

  首先我们来分析一下去中心化的内在特征,回忆一下高中学过的生物课上的知识:

  在生物学中,生物分为单细胞生物和多细胞生物。我们肉眼可以见到的生物绝大部分都是多细胞生物,多细胞生物的细胞分化成为不同功能的细胞。多细胞生物由于细胞出现了分化,整个生物体就会具有更复杂的功能。单细胞生物经常会聚集成为细胞集落,比如细菌会聚集形成菌落。虽然细胞集落有时会显出多细胞生物的一些特性,但由于其细胞没有分化,所以其能力极其有限。

  比单细胞生物群体更进一步的是植物。植物细胞完成了一定程度的细胞分化,细胞分化为了根茎叶等不同的器官。在植物细胞内,在机制的调控下,实现了分工合作、共同生存、共同实现复杂功能的特点。植物的细胞虽然分化成了根茎叶等,但是其细胞仍然具有全能性,在适宜的条件下,单个细胞能够发育成一个全新的个体。植物可以分离繁殖(分叉),直接分出一个新的个体出来。

  高等动物的细胞是分化最彻底的,不同细胞高度分化,不同的器官非常精细的合作,整个生命体具有极其复杂的功能。其代价就是细胞失去了全能性。动物还分化出了专门的神经系统,对各个器官进行整体性的控制,以实现整个生物体的一致性活动,集约高效。

  我们认为无中心化的内在特征本质上就是节点是否分化。可以看到,个体的独立性与其是否分化有着密切的关系。一旦个体分化了,其独立性就会下降。保持独立是无中心化,高度分化是中心化。

  以比特币系统为例,每一个节点运行的逻辑都是同样的,所有节点都是对等的。这样做显然保持了节点的独立性和全能性,去中心化程度是比较高的。但是也存在问题,如果一部分正常的节点和其他节点失去了联系,那么它会持续运行,最终成为比特币的一个分叉。因此,互联网主干光纤(比如中美海底光缆)如果断掉超过1小时,比特币很可能就会分叉成为2个不同的币种。这一点和植物很像,掰下来一个分叉,如果不及时嫁接回去,那么在适合的环境中,就会变成一株新的植物。

  对于企业级区块链,为了兼顾去中心化和高效,可以适当对节点做一些分工,例如现在最流行的Fabric 1.0就对节点进行了一些分工,提高了整个区块链系统的吞吐量和处理速度。

  分析完了去中心化的内在特征后,我们再来看看去中心化的外在表现

  去中心化是一个相对的概念,随着去中心程度的不同,其采用的共识机制并不一样,表现出来的共识方式也不一样。例如,最典型的比特币区块链系统,本质上是所有节点都遵循了同一个协议,这个协议中规定了所有节点都遵守同一个共识算法,依靠该算法使所有节点数据保持一致。依靠共识算法来选择数据信任源是一种去中心化的方法。与中心化系统的区别在于,中心化系统的数据信任源是一台指定的机器,而比特币系统则是每一个“块”都是由所有节点通过算力竞争产生的。

  从上述分析可知,只要信任源不是事先指定好的,而是后期通过某种竞争机制选择出来的,我们就认为这个系统是去中心化的。而且,每次竞争的结果越分散,我们会认为这个去中心化的效果越好。

  指定的一台机器可以被某个主体控制,而共识算法的选择结果则很难被某个主体控制,但并不是绝对不能被控制:以比特币系统为例,当一个人掌握的计算能力超过整个比特币网络的51%,他就成为了事实上的比特币的中心。

  总结一下,在去中心化的外在表现上,去中心的程度意味着整个区块链系统被单个主体控制的难易程度。

  通常,按照区块链节点的分布情况,区块链被分为三种类型:公有链(public blockchain)、联盟链(consortium blockchain)、私有链(private blockchain)。

  公有链就是类似比特币这种:节点不需要任何的身份验证机制,只需要遵守同样的协议,即可获取全部区块链上的数据,并且参与到区块链的共识机制中。公有链被某个节点控制的难度是最大的:例如采用工作量证明机制的比特币系统存在51%攻击,但这种攻击的难度和代价都是非常高的。

  联盟链是指针对特定的某些组织机构开放的区块链系统。显然,由于只允许某些特定的节点连接到区块链系统中,这种许可机制就给区块链带来了一个潜在的中心:对于使用数字证书认证节点访问权限的区块链来说,CA中心就是一个潜在的中心;对于使用IP地址认证节点访问权限的区块链,网络管理员就是潜在的中心。如果能控制这些潜在的中心,则控制整个区块链系统就成为了可能。这种区块链系统被某个主体控制的难度显然要低于公有链。

  私有链是指完全被某个组织机构控制并使用的区块链系统,显然,这种区块链系统已经非常接近传统的中心化系统了。

  上图简单的给出了对三种类型区块链去中心化程度的一个分析

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责任编辑:何雪萍
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