加密货币的工作原理和含义

加密货币让人联想到《盲人说象》的寓言故事——加密货币的工作原理和含义有很多方面，你可以用多种不同的方式来解释它，并抓住一个或另一个部分来表达你想要的任何观点。 例如，很多人抓住了货币部分，要么将加密货币美化为一种将人类从民族国家中解放出来的新型货币体系，要么将其视为对经济稳定和政府征税能力的威胁。 所有这些都是有趣的论点，但它们都忽略了一个更基本的观点，即加密货币代表了技术运作方式以及世界运作方式的架构转变。

这种架构转变被称为分布式共识——网络中许多彼此之间没有信任的参与者建立共识和信任的能力。这是互联网从未有过的东西，但现在有了我们需要30 年的时间才能完成我们可以做的所有事情。货币是这个想法里面最简单的应用，但要从更广泛的角度考虑——理论上，我们现在可以构建互联网原生合同、贷款、保险、现实世界资产的所有权、独特的数字商品（称为不可替代代币或 NFT） 、网络公司结构（例如数字自治组织或 DAO）等等。

今天，就让我们从过去而来，从此刻驾驭未来

基础设施的探索之路——比特币

比特币通常被称作“可编程货币”、“数字黄金”。迄今为止，比特币还是作为一个通用型计算平台，开发人员可以在比特币提供的有限功能的基础上，开发一些基本程序，并使用比特币作为新应用程序的基础，非常可信安全。然而，比特币交易费用非常昂贵，所以功能非常有限，此外，平台速度十分缓慢（大约每秒4笔交易），在一定程度上浪费了大量全球能源，无法作为基础设施承载大量应用。此后，解决拓展性问题的方法多种多样，比如，一些公链试图集中大量硬件（如 EOS），但大多数最终仍然受限制约束——构成网络的每个“节点”都在重复完全相同的工作。这些方法能够实现每秒数千（或更多）操作的吞吐量，但不利于实现去中心化。

第二棒——以太坊

早在2014 年，以太坊就试图创建平台，解决上述问题，旨在构建一个全球虚拟计算机，任何应用程序都可以在上面进行构建。以太坊比比特币更为复杂，可以支持一些有趣的基础游戏。但以太坊同样也相当缓慢（每秒14笔交易），开发人员使用起来相当昂贵。以太坊是区块链开发平台的首要选择，但同时却有很多局限性：吞吐量低、Gas 费用高、网络拥挤等问题。比如，2017 年底，以太坊区块链经历大规模网络拥堵，导致第一批 NFT 项目之一——CryptoKitties，无法正常运转，陷入停滞。以太坊带来的问题远不止网络拥堵，这让越来越多的开发者开始思考，区块链的未来发展应该走向何方。

第三棒的接力——Layer-2 拓展解决方案

公链赛道一直流传着一句话——「ETH 2.0 正式落地之前的这段时间，是所有新生代公链最后的窗口期。」细品这句话，虽说定语是 ETH 2.0 落地，但实际上想说的是以太坊能否突破性能桎梏，实现扩容。然而，统观以太坊的扩容之路，除了横向分片的 ETH 2.0，还有着纵向分层的 Layer2。伴随着 Polygon 生态的爆发增长以及 Arbitrum 的主网上线，Layer2 赛道的热度正快速攀升，越来越多的用户也渐渐意识到，属于 Layer2 的时代真的要来了。“状态通道（state channels）”和“侧链”在近来不断发展，试图将部分工作从主链中移动到其他地方进行，提高速度较慢（但十分安全）的平台的性能和成本。Flow、盛大公链等新一代可扩展区块链区块链新浪潮，让参与网络的每个节点都运行所有代码，减少浪费，加速执行速度。为了解决这个问题，盛大公链使用“分片（sharding）”技术。分片技术可以将网络分割开来，让大部分计算并行进行。这允许网络容量随网络节点数量的增加而扩大，网络容量理论摆脱了限制。

第一层：STD身份层（Identity Layer）

网络中所有活跃的参与者称为客户端Clients，具有永久的伪匿名的性质，首先需要在网络上进行注册。比传统的 PoW 具有更加灵活的功能，例如如果客户端有作恶的行为，那么矿工就会失去作为区块生产人获得回报的可能，而不是仅失去本轮的回报，这样身份层可以在一定程度上帮助网络抵御女巫攻击（攻击者指单个节点拥有多重身份）。

第二层：随机灯塔层（Random Beacon Layer）

这一层用来生成至关重要的随机数，由注册的客户端通过变量随机函数verifiable random function (VRF)来生成。这一点是STD的核心技术，通过 BLS 签名来实现这一特色。

（1）阈值签名机制（Threshold Signature Scheme）

我们可以想象有这么一个黑箱子，它由三个部分组成：输入、输出、黑箱子本身。黑箱子的输入是一组人（假设有100个）的指纹，输出是一个随机数。对于黑箱子本身有着这样一种机制，只要黑箱子接收到了这100个人的任意50个人上的指纹后，就能够输出一个确定的随机数。但是在黑箱子得到任意小于等于50个人的指纹之前，没有人能够预测它的输出是什么。并且这个黑箱子有三个特点：

· 可验证性（Verifiable）

任何人都可以凭借超过50个人的指纹输入对输出的随机数进行验证，因而这个黑箱子也可以叫做可验证随机函数（Verifiable random function）；

· 决定性（deterministic）

是一旦有超过50个人输入指纹产生随机数后，任何人都可以对这个输入输出过程进行测试，输出的随机数都是确定的，不变的；

· 非交互性（Non-interactive）

这些输入指纹的人之间互相不需要交流，只需要输入自己的指纹就能得到一个公共的输出。在密码学中，已知具有上述三个特点，并且能够实际有效运行的可验证随机函数基于BLS[由Boneh, Lynn和Shacham在2003年时提出]的密码机制。而随机灯塔层利用的就是这个机制。

第三层：STD区块链层（Blockchain Layer）

STD第三层部署了“概率插槽协议”（PSP）。该协议针对每一个区块高度对客户端进行排序，此排序由该区块高度时随机数灯塔的公正输出决定。然后将权重按照提议者排序等级分配给区块提案，使得来自列表顶部客户端的区块得到较高权重。分叉问题通过支持拥有“最重的”累积区块权重的链条得到解决-与传统的工作量证明共识基于最高累积工作量非常相似。PSP协议的第一个优点是，排名是即时可用的，这使得可预测的、恒定的出块时间成为可能。第二个优点是总有一个排名最高的客户端，这允许了均匀同质的网络带宽利用。

（1）区块权重（Block Weight）

在每一轮，随机灯塔层都会产生一个新的随机数，这个随机数随后被用来随机抽样选择区块生产委员会。但是这个随机数除了能够帮助产生区块生产委员会之外，还能够对委员会中的每一个客户端进行排名，给予不同的客户端不同的权重。而这个客户端的权重，也是该客户端提议的区块的权重，代表其提议的区块的优先级。在正常情况下，最终进入公正过程的只有一个被提议区块。优先级越高的被提议区块也就有着更大的机会进入公正程序而后被公正。在STD中，随机赋予区块的权重是呈指数递减的：

（2）链的权重（Chain Weight）

在正常情况下，只会有一个被提议的区块进入公正程序。但是这也不排除由于某些原因导致超过一个区块进入了公正程序，并且都得到了公正的情况。这时候便产生了分叉。对于这种情况的产生，由区块权重引出一个链的权重的概念。链的权重指在分叉开始的那一个区块开始，每条分叉链的区块累计权重，也就是分叉链上的所有区块权重的加总。