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  • 2020-12-20 22:43:37

    区块链数据不可篡改的详细解释

    背景介绍

    本人新人一枚,学习区块链的过程中,在网上看到了很多讨论区块链区块数据不可篡改的文章,以比特币为例哈,主要存在2种解释:

    解释1:由于哈希指针的存在,假设存在某节点修改的了当前区块数据,带来的后果就是其后所有N级子区块的数据要全部修改,代价巨大云云…

    解释2:由于哈希指针的存在,假设存在某节点修改的了当前区块数据,要往父区块回溯,修改父区块直到创世区块,而创世区块是链的开始,是无法更改的(不然就不是这个链了)。

    暂且不说谁说的是正解,反正我乍一看,搞得浑身热血沸腾,觉得哈希指针老牛逼了!应该给哈希指针颁一个联合国和平奖啥的。

    通过仔细的学习和思考以及请教两位专家博哥和锋哥(感谢两位的答疑解惑),发现这些文章其实根本回答不了区块链数据不可篡改的真正原因,因此在这里有必要写点东西以正视听!

    关于防篡改

    由于文章有点长,且如果没有基础可能会不好懂,为了避免大家没耐心,我先说结论——区块链防篡改的真正原因可以从2个层面上解释(以比特币为例):

    (1)从全网的角度分析——分布式P2P网络是关键:以比特币为例,全网所有节点的(虽然只有全节点有完整数据库)都存有一份“相同”的区块头,想作恶的话不是少数一批节点可以做的。整个网络的架构决定了数据要篡改只能使用算力攻击,因为P2P网络的数据维护是靠算力竞争记账权并全网复制的。这就最大程度保证了安全性!想攻击网络,必须要拥有大量的算力,但是拥有大量算力的节点还有必要做“偷鸡不成蚀把米”的事吗?就好比一个公司的大股东为什么要毁掉公司的资产和价值呢?这是比特币“组织架构”的天然优势!

    (2)从单个节点角度—— “数据不是你想改,想该就能改!”

    很多朋友上来就谈,“假设某个节点修改了一个区块”,然后怎么怎么 …根本不介绍区块数据生产的逻辑是什么,要怎么修改,这就带来了一个先入为主的误导(举个不恰当的玩笑为例: 今天动物园开会大象没来,是因为有个家伙把大象放冰箱里了! 大哥,难道在问大象来不来开会前,我们是不是要先看看“把大象放冰箱”这个命题可能性有多大啊???)

    也就是说,如果“修改某个区块数据”这一步过不去,根本就谈不上什么“回溯到创世区块”还是“修改所有N级子区块”!

    那么,我们接下来详细解释为什么对于单个节点的某一次运算,区块数据“几乎”改不了!(想改也可以,回到上一个话题,拥有大量的算力,1次不行就同时试它个1亿亿亿次…这当然又是个悖论,你都拥有这么大的算力,闲着没事给自己挖坑干嘛)

    为了便于理解,我们以比特币为例,某次挖矿获得到记账权的节点,必然满足以下条件:

    恰好通过哈希碰撞,得到了随机数Nonce,使其满足了如下条件:

    即H(block header)≤target

    即哈希列表头部的2次SHA256运算值要满足前面N个bit位都是0。

    这里我们将比特币的区块头的结构列出来:

    字段

    描述

    版本

    4字节数据,版本号

    父区块哈希值

    32字节数据,父区块数据的哈希值

    Merkle根

    32字节数据, 本区块交易的Merkle 数根哈希值

    时间戳

    4字节数据,区块生产的时间

    难度目标

    4字节数据,用于调整工作量证明算法中的难度

    Nonce

    4字节数据,随机数

    网上的有些同志执着于讲“哈希指针”是保证了整个不可篡改机制的最大功臣,矿工表示咱们得先对“挖矿”的原理做个介绍!

    假设,我们的幸运节点挖矿成功,找打了一个4字节的随机数Nonce,使得当前数据区块的头部80个字节的2重哈希运算值满足了前面比如N个0。

    那么,问题来了,当你修改了交易数据,必然导致Merkle根发生变化,从而导致了80字节的数据包发生了变化。必须要重新启动一次Nonce随机数的哈希碰撞的“撞大运摸彩票的”运算。这里大家要明白一个原理,SHA256运算输出的值域空间是:

    [0 ~ 2^256], 这个值域空间是一个巨大的区间!

    而Nonce的值域空间只有0~2^32, 而且非常不幸的是一个“幸运儿”即便算力很牛逼,“猜出”随机数的也不是纯靠实力,而是有运气成分(为什么比特币这么公平就在于此!)因为每个矿工计算时候的“初始状态不同— 打包的交易数据不同,时间戳不同”,所以有可能算力不太牛X的节点,就是比较幸运,10分钟之内“算”到了这个随机数,而有些节点却很难算出来或根本算不出(即便是遍历整个取值空间,也落不在解空间)。

    具体解释,在比特币网络发展到一定程度以后,算力和节点都比较稳定了,那么即使给这个“做恶”节点充分的时间去修改数据,重新计算Nonce,也几乎不可能找到满足合适的Nonce,因为一旦修改了一个点点数据,就造成了“蝴蝶效应”,Nonce的值域空间只有0~2^32完全都落在了目标区间以外,因为不满足条件的哈希值太多了…

    举个栗子: 已比特币为例,在SHA256算法下,第一个bit位以1开头的哈希值有多少?这个比较容易推导,因为有一半的哈希值都是以1开始的,这个空间依然是超级巨大的… 那么区区2^32个数字的尝试,大概率是会落在这个根本不满足条件的空间!

    BLOCK块头部数据结构是有游戏规则的,改了交易数据后的那个区块,Nonce随机值很可能“无解”(在新的条件下)! 而且不要认为在已经找到了一个Nonce值满足规则的前提下, BLOCK数据部分“只改动一点点”,是不是还能找到一个新的Nonce值满足游戏规则,或者距离“成功中奖”也只有一步之遥? SHA256函数表示它被创造出来不是“吃素”的, 闯江湖的几把刷子其中之一就是“不可测”性… 蒙中奖本身就是小概率事件!

    用数学语言描述:

    大概率下,在某节点篡改了某区块的交易数据后的条件下,在这次计算中里,随机数的取值空间[0~2^32]内,是找不到一个合适的“解”Nonce,仍然使其满足下式:

    即H(block header)≤target

    用“人话”描述:

    当一个大兄弟在树下乘凉,被一道晴天霹雳劈中(绝对小概率事件),120给送医院了(这就类似于挖矿,对单个节点而言,已经相当不容易才“蒙”到答案)。 但是这位大兄弟大难不死,当他坐着轮椅在朋友们的鲜花和掌声中离开医院时候,这个大兄弟突发感慨,想回去看看那棵曾经患难与共的树(类似于非要在已经很不容易才算出的结果上改造希望再次得到一个幸运值),刚到树下这时突然风骤起, “裤衩”一道闪电又劈了下来 ……

    看到这里你还要问我,这个大兄弟后来是不是又去那家医院了,他胃口还好吗?上楼腿脚利索不,补钙时喝的是不是哈药六厂的蓝瓶的口服液… 我觉得咱们就没法再一起愉快的聊天了,因为在同一棵树下被2次雷劈的故事就特么不可能出现好吧!!!

    一句话,单个节点连续“中奖”,这种可能性就好比这个大兄弟先后在不同时间点,站在同一棵树下,被雷劈2次 … 这是几乎不会发生的!那么,杠精们又可能会说了,也不是没有可能啊!?是的,你要想实现这个大兄弟被雷连续劈2次,你得让丫天天去那棵树底下待着去(多节点同时计算也行,多找几棵树呗),还要在不同的天气情况下(不同的初始条件,不停的修改区块头部,创造出多种可能的初始条件),日复一日的抱着树守望闪电. 如果1年不行就10年,10年不行就100年,100年不够,就向天再借500年(大量的创造试的机会,去“蒙”出一个合适的随机数)… 总之,还是那句话,你得拥有全网的“大量算力”才有可能!!!

    此外,这里大家一定搞懂:对于单个节点具体的一次挖矿运算的行为(记住我说的这个前提),哪怕一个节点拥有全网十分之一的算力,是不是就一定比拥有全网万分之一算力节点,成功概率大1000倍?

    子曰:当然不是,很可能这个牛叉的节点很不幸落在了“无解空间”,因为“出身条件(初始条件)”不好… 比特币挖矿是一个有时间限制的竞赛游戏,而且单次挖矿是带有“幸运”属性的,因为你不知道自己的“初始位置”距离王冠上的明珠有多远,也没法逆推(SHA256函数的特性决定了)无法去利用已经得到的计算结果 “帮助提速”啥的!

    文末,总结一下结论(以比特币为例):

    (1)P2P架构的分布式存储,决定了以及上链的数据在全网内不可篡改(很难作恶)!除非你拥有巨大的算力,重新制造一条分叉链,取而代之!

    (2)从单节点的角度出发,“一个人连续被雷劈2次”的概率极低,很可能对某一次尝试,这个区块数据压根就改不出来!要改,除非你拥有绝大算力,先实现一个小目标,1秒试它个1亿亿次!

    最后,还是那句话,必须要拥有巨大算力才可能实现攻击!然后这个命题就回到了中本聪比特币设计的天才之处——出于人性的自私而维护的网络最终演化成了最公平的网络,是啊,我拥有全网51%的算力,作为比特币的控股股东,我没必要砸自己的饭碗…

    本人系初识区块链,文中有错误和不足在所难免,欢迎大家多多指教和交流!

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    区块链

    在这里插入图片描述

    区块头

    区块头
    前序区块头哈希
    时间戳
    难度
    随机数
    默克尔根

    默克尔根

    区块链链账本的数据结构是hash链表,下一个区块头记录了上一个区块头的hash值,如果篡改了区块链交易,会导致区块的默克尔树改变,从而导致区块头的默克尔根的改变,引起区块头的hash值的改变。

    难度一

    区块本身的hash值要满足一定规则,找到一个合适更改非常难

    难度二

    改变一个区块,链后面的区块也要随之改变,引发一系列计算量非常大的篡改(得不尝失)

    展开全文
  • 为什么说区块链不可篡改

    千次阅读 2020-02-19 18:20:57
    区块链数据真的不可篡改吗? 在第一篇文章中我们提到“由于去中心化的分布式结构中,每个节点都具有所有的数据信息,想要更改某一个数据块,需要同时至少51%的节点同意,非常困难。”本篇文章中,我们来看一下...

    区块链数据真的不可篡改吗?

    我们经常说由于去中心化的分布式结构中,每个节点都具有所有的数据信息,想要更改某一个数据块,需要同时至少51%的节点同意,非常困难。本篇文章中,我们来看一下区块链上的数据是否真的无法篡改?

    首先,先来了解一下什么是区块链节点?

    区块链节点

    节点是区块链应用技术里处理信息的基本单位,节点的作用是广播交易、记录交易。

    那什么是区块链中的节点呢?负责维护区块链网络运行的终端都可以称之为节点,这个终端可以是手机以及电脑和服务器等计算机。但是成为节点的前提是需要加入区块链网络,并且能够参与区块链网络运行,能够广播交易、记录交易、存储数据等。一般节点具有几个特点:具有一定的存储空间、可视化终端、连接网络运行区块链应用程序。

    在比特币系统中,有人说每个比特币钱包都是节点,也有人说如果不挖矿就不是一个节点。但是,小编认为,不挖矿的比特币钱包也是一个节点,只不过是个意义较小的节点。

    区块链上的数据一定不可以篡改吗?

    有朋友问,区块链具有不可篡改的特性,如果第一个创世数据就是错的呢,如何补求?

    区块链中交易数据的全网确认依靠共识算法制定的规则。所以,如果想要更改数据,就要在规则里找漏洞。目前,主流的共识算法有POWPOSDPOSPBFT等。

    51%攻击主要发生在以POW为共识机制的加密代币中。比特币区块链系统使用的是POWPower of Work)工作量证明共识机制,通过工作量来竞争记账权利,即多劳多得,而工作量与计算机运算能力成正比。51%攻击意味着攻击者手中掌握的算力超过该区块链网络中其他所有成员的总和,即攻击者手中掌握着51%及以上的算力。通过掌握超过51%的算力,攻击者可以抢先完成一个更长的、伪造交易的链。在比特币系统中,只认最长的链。所以,伪造的交易也会得到所有节点的认可,假的也随之变成真的了。

    但是51%攻击的成本很大。全网算力按照100P计算,矿机价格按照1T/8600元计算(这是目前最低的价格),51P矿机购买费用=100P * 51% * 1024 * 8600=449,126,400=4.5亿。攻击成本远大于收益,这也就很大程度上保证了攻击发生的可能性基本为0。但虽然51%攻击发生概率小,并不意味着不会发生。

    不过,这种攻击并不是万能的。它无法修改其他人的交易记录,无法阻止其他人的交易被发出去(交易会被发出,只是显示0个确认而已),不能改变每个区块产生的比特币数量,无法凭空产生比特币,不能把不属于自己的比特币发送给自己或其他人。发起51%攻击的节点仅可以修改自己的交易记录,使他进行双重支付(同一笔钱花两次),可以阻止区块确认部分或者全部交易,也可以阻止部分或全部矿工开采到任何有效的区块。

    同理,POSPower of Stake)是权益证明共识机制。POW是算力为王,而在POS中是权益为主。POS依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式,容错性和POW相同,是POW的一种升级共识机制,根据每个节点所占token的比例和时间,等比例的降低挖矿难度,从而加快找随机数的速度。

    简单点说,节点记账权的获得容易度与节点持有的权益成正比,节点拥有的权益越多,越容易获得记账权。与POW中的51%攻击对应,POS中攻击者需要掌握全网51%的权益(token代币)才可能造成攻击伪造数据。但是拥有全网51%的权益比获得全网51%的算力还难。

    DPOSDelegated Proof of Stake)委托权益证明共识机制,是POS的升级。DPOS中全部节点参与选举出一定数量的节点(BTS中的DPOS代表节点是101个,EOS中的DPOS代表节点是21个)代替他们进行决策。这与人民代表大会制度类似,由全部人民选举出这些数量的人民代表,各人民代表之间平等。而参与选举的人民可以随时通过投票更换这些代表。如果代表想利用权利作恶,至少要获得全部代表节点中的51%同意。

    PBFTPractical Byzantine Fault Tolerance)实用拜占庭容错算法,全网容错节点数量为(n-1/3n为全网节点数量。即全网达成共识需要超过2/3的节点同意。意味着如果想要做恶,就要掌握全网2/3以上节点,难度很大。

    综上所述,区块链上的数据伪造、更改的成本和代价太高,所以,理性自然人不会主动发起攻击,从经济利益方面保障了区块链数据的安全。

    如果创世区块(区块链的第一个数据区块)里的数据是错误的,在考虑经济成本的情况下,是无法更改的,只能将错就错,或者放弃该条链。

     

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      我国金融数字化水平处于领先地位
      随着大数据、云计算、区块链、AI、5G等基础技术迅速发展,我国的数字金融也打开了新的局面。
      金融业的数字化转型过程大致分为三个阶段:最初,金融业从长尾用户切入,利用互联网优势,逐步打开市场。其后,更多新技术应用到更多金融场景之中,数据智能转型加速,主流金融业客群被覆盖。服务效率大大提升。最终,全新金融生态系统形成,金融服务底层逻辑也发生根本变革。
      目前,金融业数据智能转型正发展到第二阶段。大数据和人工智能的结合,打造了全新的风控信贷模型,云计算的引入,使金融机构可实现快速业务开发集成区块链等新技术又给金融业带来了新的可能。
      数据智能+金融落地场景全面开花,营销风控、客服、保险、监管、身份识别、投研、投顾管理等众多金融场景迎来智能化升级,第三方支付、供应链金融保险等细分领域也开启了全面革新。
      我国的金融数字化走在世界前列,移动支付、数字信贷、智能理财、网络互助等发展迅速深深改变了人们生活。2020年我国数字金融用户总数超过10亿人居全球第一。020年,北京、上海深圳等地推出了70多个金融科技创新试点,申请机构包括持牌金融机构以及金融科技公司。
      据零壹智库统计,截至2020年9月,全球金融科技专利申请数量累计达到1.8万件其中65%的金融科技专利来自于中国,而出现专利最多的领域是AI与区块链全球金融科技领域专利申请数量最多的公司也来自中国,分别是平安集团阿里巴巴、腾讯。
      数据智能助力普惠金融、乡村振兴
      数据智能对金融业的变革涉及方方面面,大数据、人工智能等技术驱动信贷风控优化升级在精准获客、反欺诈和智能催收等方面发挥了不小作用,数据智能也给支付供应链金融、保险科技等领域带来了深刻改变。
      金融数字化大大拓宽了金融服务的范围,将原本难以享受服务的长尾人群纳入其中传统普惠金融存在成本过高的问题,而随着金融科技的发展,服务的方式转移到线上大大降低了成本,使普惠金融成为可能。
      中国银保监会主席郭树清在2020年12月表示,随着移动支付的普及,我国已实现了基础金融服务城乡全覆盖移动支付的普及率和规模都居全球首位。
      而数字信贷服务了更多小微企业、个体工商户等。通过大数据智能风控,金融机构减少了对抵押物的依赖银保监会数据显示,截至2020年10月末,中国银行业服务的小微企业信贷客户已达到2700万普惠型小微企业和个体工商户贷款同比增速超过30%,农户贷款同比增速达14.3%。
      脱贫攻坚的过程中,数字金融更是发挥了不可替代的作用在数字化工具的帮助下,金融机构可以精准帮扶贫困户。数据显示,截至2020年9月末我国扶贫小额信贷累计发放5038亿元,支持贫困户1204万户次。未来,实现乡村振兴离不开科技支撑下的普惠金融。
      区块链与分布式金融
      在金融科技的诸多技术领域目前最引人瞩目的当属区块链。
      区块链有着不可篡改、公开透明、多方共识等特性可满足金融行业对安全性、可追溯性、有效监管的迫切需求。因此区块链具备适应数字经济社会独特的技术优势,在金融领域拥有广阔应用场景。
      随着区块链技术的发展,智能金融与区块链技术相结合分布式金融体系或成为金融新业态。
      在业务层面,通过分布式部署来支撑海量的金融业务具有高敏捷、高灵活性、多节点、轻量级等诸多优势分布式架构正在锻造金融服务的“数字底座”。
      相比传统集中式模式,分布式金融模式由于其去中心化分布式的底层技术及其倡导的开放包容的技术理念,有利于实现透明、公开,还可效率提升,控制成本促使金融业迭代升级,以更好地适应数字智能时代众多全新的需求与场景。
      目前分布式金融虽然尚未出现大规模的应用,但是很多传统金融企业已经参与其中,如保险银行以及支付机构都在大力研发区块链技术在金融领域的应用。传统的金字塔式、层级化流程化的金融服务模式正在被逐渐消解,而网络化、分布式场景化、数字化的新金融服务模式即将建立起来。
      数据金融需要监管保驾护航
      金融科技在提升效率的同时,也蕴含着一定的风险我国数字金融尚处在行业发展初期,也面临着一些难题与挑战,如数据的合规获取计算和治理、人工智能尚不成熟、数据孤岛化个人隐私保护问题等。同时,金融科技的应用也加剧了风险传递P2P网贷就是前车之鉴。
      因此金融数字化发展对监管提出了新的要求。
      去年以来,金融科技领域的监管不断加强。《商业银行互联网贷款管理暂行办法》《网络小额贷款业务管理暂行办法(征求意见稿)》、《互联网保险业务监管办法》等文件出台预计在今年3月之后,金融业将迎来更多合规稳健发展的利好政策。
      一直以来,监管层对于金融业的数字化转型给与了大力支持中国人民银行副行长潘功胜就曾表示,金融管理部门将一如既往鼓励支持金融科技企业在服务实体经济和遵从审慎监管的前提下守正创新推动金融科技成为助推国内国际双循环的重要力量。
      而据郭树清在2020年底的讲话透露未来金融监管的几个重点问题包括,推动互联网金融机构审慎经营弥补数据隐私保护制度漏洞、重视网络安全问题、促进更公平的市场竞争关注新型“大而不能倒”风险、明确数据权益归属加强数据跨境流动国际协调等。
      金融业的数字化转型离不开监管的指引只有合规前提下的技术进步才能真正推动金融行业的发展还将为行业指明哪些方向?值得关注。
     

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