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区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎切换模式写文章登录/注册区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？dgclrj2017年 9月4日，中国政府正式明令禁止ICO和数字货币交易行为，随即关闭了多个数字货币交易所。同时政府也多次声明，不会将区块链与数字货币划等号，依然非常重视区块链技术在中国的发展。随后，中国工业和信息化部成立了一个专门研究区块链的实验室——可信区块链开放实验室，进一步明确政府对区块链技术发展的重视和支持。1、区块链的诞生 互联网上的贸易，几乎都需要借助可资信赖的第三方信用机构来处理电子支付信息。这类系统仍然内生性地受制于“基于信用的模式”。区块链技术是构建比特币区块链网络与交易信息加密传输的基础技术。它基于密码学原理而不基于信用，使得任何达成一致的双方直接支付，从而不需要第三方中介的参与。定义： 区块链是一个分布式账本，一种通过去中心化、去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。 举个例子：比如说孙子找李子借一百块钱，但李子怕他赖账，于是就找来村长做公证，并加下这笔账。这个就叫中心化。但如果，你不找村长，直接哪个喇叭在村里大喊“我李子借给孙子一百块钱!请大家记在账本里”，这个就叫去中心化。 以前村长德高望重，掌握全村的账本，大家都把钱存在他这里，这是过去大家对中心化的信任。现在，大家都担心村长会偷偷挪用大家的钱，怎么办呢?于是大家就给每个人都发了一本账本，任何人之间转账都通过大喇叭发布消息，收到消息后，每个人都在自家的账本上记下这笔交易，这就叫去中心化。有了分布式账本，即使老张或老李家的账本丢了也没关系，因为老赵、老马等其他家都有账本。 每天，大家都会在公认的账本后面添加新的交易，而且其他人也会参与验证当天的交易。最后那个公认的账本也只会增加，不会减少。后续加入的成员都会从最长的那个账本那里继续记录。 从数据的角度来看：区块链是一种几乎不可能被更改的分布式数据库。这里的“分布式”不仅体现为数据的分布式存储，也体现为数据的分布式记录（即由系统参与者共同维护）。 从技术的角度来看：区块链并不是一种单一的技术，而是多种技术整合的结果。这些技术以新的结构组合在一起，形成了一种新的数据记录、存储和表达的方式。 区块链目前还处在早期阶段，一些嗅到商机的大企业，技术牛人都对此开展了研究。初期阶段，想想有木有好兴奋....​2、区块链技术的特征2.1、开放，共识 任何人都可以参与到区块链网络，每一台设备都能作为一个节点，每个节点都允许获得一份完整的数据库拷贝。节点间基于一套共识机制，通过竞争计算共同维护整个区块链。任一节点失效，其余节点仍能正常工作。2.2、去中心，去信任 区块链由众多节点共同组成一个端到端的网络，不存在中心化的设备和管理机构。节点之间数据交换通过数字签名技术进行验证，无需互相信任，只要按照系统既定的规则进行，节点之间不能也无法欺骗其它节点。2.3、交易透明，双方匿名 区块链的运行规则是公开透明的，所有的数据信息也是公开的，因此每一笔交易都对所有节点可见。由于节点与节点之间是去信任的，因此节点之间无需公开身份，每个参与的节点都是匿名的。2.4、不可篡改，可追溯 单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库，除非能控制整个网络中超过51%的节点同时修改，这几乎不可能发生。区块链中的每一笔交易都通过密码学方法与相邻两个区块串联，因此可以追溯到任何一笔交易的前世今生。 如需了解更多，详情可咨询我们公司——东莞市创联软件开发科技有限公司 热线：0769-88031299发布于 2018-06-06 14:47区块链(Blockchain)互联网​赞同 2​​添加评论​分享​喜欢​收藏​申请

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区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​1,505 个回答默认排序maxdeath信息论博士，区块链博士后​ 关注更新在20191025之后，说一些新的关于区块链的发展：1，区块链的应用。首先先说央行数字货币——央行数字货币的技术其实早就成熟了，都用不到区块链，因为区块链的目的是去中心化，而央行数字货币用不到这个。当然，采用区块链的央行数字货币技术也早就有了（参见RSCoin），这里面可能会在某些环节采用区块链技术去中心化——例如货币的发行仍旧是中心化的，但是流转中的管理和验证可以通过区块链技术去中心化到其他银行。同时，据我所知，官方早就有一个数字货币研究所在研究这个很久了。我在很早就写过，从大势上，货币的数字化是必然的，但这和比特币是两码事，看起来可能会更像支付宝。然后，现在facebook来了一出libra（请参见我关于libra的文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/69941436），我觉得从很大程度上推动了这次区块链的新闻，也推动了央行数字货币的推出。libra本身只代表facebook的野心，目前来看，他们的野心很有可能不会成功，但是也许是这种野心和指明的技术方向让国家产生了紧迫感——因为就算现在libra的所有成员都退出得差不多了，libra本身也前途未卜，但是万一类似的框架被搭起来又吸引了其他的重量级成员加入，那么国家在这上面就失去了主导权。因此，根据最近的新闻，央行的数字货币应该已经非常接近了。但这点，并不足以突然让“区块链”成为国家战略，这里说的区块链，一定是包含数字货币之外的其他应用的。区块链最引人遐想的应用，无疑是以“以太坊”为代表的，用区块链来做一个“全球计算机”，然后，用“智能合约”来编写在这台全球计算机上运行的软件（又被称为Dapp，即去中心化应用）。简单来说，这个全球计算机的好处在于，你可以把一切想要“去掉中间商赚差价”的事情，全都搬到这上面来做，而不需要依赖于某个大企业作为可信中心，例如银行或者互联网巨头。关于这个问题，可参见这篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/28930323然而，这种全球计算机的设想在这两年间暴露出了非常多的问题，让人看不到短期的解决希望。于是，从这次区块链的新闻中透露出来的应用方向，“不可篡改”这个区块链的特点，以及它在存证、溯源、防伪、征信等方面的作用。这个，是目前在落地上做的最成熟，也是能够实打实地看出来区块链对比于传统中心化系统优势的应用。2，区块链技术这次战略中最主要提出的，是“要掌握区块链核心技术”，那么区块链的核心技术是什么呢？区块链相关技术有很多方面，我可以把它大致分成4类：1），共识算法；2），隐私保护技术和相应密码学技术；3），智能合约相关技术；4），面向应用相关技术。其中，前三者可以认为是底层，后两者是上层。1），其中，共识算法是区块链最核心，也是整个技术发展和学术界最热衷的领域：大量的公链项目都追求共识算法的创新，同时，大量的研究者也投身于这个领域，然而，大多在国外（我之前主要研究方向也是这个领域）。这点其实并不意外——众所周知，国内很少人愿意搞基础理论研究。但是共识算法中的涵盖面非常广，其中有一个概念非常重要——有许可和无许可，有许可共识算法要求所有参与节点的身份已知，主要采用类BFT算法。而无许可共识算法则允许任何节点只要达到某些条件就能进入，无需事先在任何系统中注册身份，而POW和后来衍生出的POS以及其他许多POx类算法都在此列。前者，多用于联盟链，而后者多用于公有链。其中，两者发展至今日，在速度和延迟上的差异已经不大了，归根结底的差别就是前面说的有无许可的差别。而无许可共识算法由于无许可的特性，又引出了一个很重要的概念叫“激励机制”，比如比特币的挖矿，于是，又衍生出了“货币”。于是，就又衍生出许多非常有趣的方向，例如：ASIC矿机，链上治理，加密经济学等等。以上，哪些方向可能会被认为是这次战略中的“核心技术”呢？我个人更看好许可共识算法的相关技术，而且，这类共识算法也可能布上支付宝的道路，会摒弃很多意识形态方面的需求，追求速度更快，规模更大，使用更方便，更标准化。而非许可类的共识算法，则面临着更高的风险——首先，对于“币”这个事的政策并不明确；其次，在之前所说的应用方向上，公有链相对于联盟链并没有显著的优势。2），其实区块链技术本身采用的密码学技术并不高深也不复杂，无非是哈希函数和数字签名这两个非常经典和简单的密码学工具而已。然而，由于区块链技术和密码学天生的契合性（大部分早期研究区块链的学者都来自于密码学领域），同时，由于“加密货币”这个词，即：cryptocurrency，（注：在英文中，这个词被用来指代所有类似于比特币之类的货币，而不是中文领域中常用的“数字货币”），导致大部分人都认为密码学天生和区块链是联系到一起的。实际上，区块链技术本身并用不到特别先进的密码学工具（当然，一些新的共识算法中采用了一些新的密码学工具）。但是，其中最重要的密码学挑战，是隐私保护技术，而其中，可能会用到的，包括零知识证明，同态加密等目前还在发展之中的密码学工具。这点，其实并不是区块链本身的需求，但又和区块链紧紧联系在一起——原因，还得说回之前区块链的性质和区块链的应用上：首先，区块链最大的特点是所有上链的数据必须通过所有节点的验证，然而，如果区块链得到了大规模应用，这就代表了所有的节点都会获取所有的数据。好吧，我们现在不信任中心，有很大的一部分原因是中心获取了我们所有的数据，而现在倒好，用了区块链去中心之后，所有人都可以获取我们所有的数据了。因此，如何在能够保证隐私的同时还可以享受区块链带来的去中心化优势呢？这需要所有节点能够在不知道数据内容的情况下，还能够对数据的有效性进行验证，例如：在不知道你是谁，具体有多少钱，你想要支出多少钱的情况下，验证你确实有一笔钱可以来完成这笔支出……这听起来像是天方夜谭，然而，实际上我们有一种密码学工具可以实现它——叫做零知识证明。然而，目前零知识证明尽管一直在发展，但是目前仍存在很大的局限性，这种局限性是效率——我们有了一些高效的证明方式，例如：我们可以很快地证明某个未知的数比另一个已知数大，或者我们可以证明某个未知的值来自于某个集合。然而，这些高效的零知识证明，还不足以覆盖区块链的所有应用。因此，可想而知，这些新加密技术，尽管不是区块链技术中的必须品，却是区块链技术能够得到广泛应用的必需品，所以一定是“核心技术”中的一部分。3），智能合约相关的技术，实际上包括语言，包括编译……这些，实际上相当于是当我们已经有了区块链作为底层之后，如何使用它的问题。在这上面目前还没有一个非常明确的方向，因为，其实目前在尝试的思路有几种：i，以太坊式的，高度自由的图灵完备的系统。然而问题是，写程序太容易出错了，而且出错的代价太大。ii，Hyperledger-fabric式的，高度模块化的系统，然而，极度复杂，复杂到想要采用HF的公司，要么放弃，要么花钱请IBM的人帮他们做。iii，Libra式的，专注于某项应用的系统，例如libra的move语言就明白地说了，我们不追求图灵完备，我们的目标是做一个更方便于实现各种金融场景的语言——这可能是个趋势，但是还没有经过足够的检验。这些方向，在目前的尝试还很少。大部分区块链项目仍旧采用以太坊式的系统，或者加以改进。然而，我认为这一点很有可能成为“区块链的核心技术”中最重要的部分——因为一旦区块链上升到了国家战略的高度，那么势必会诞生大量的需求、场景和用户，于是才会有充分的尝试和实现的平台。由此，可能会衍生出一个最适合区块链的语言和开发工具，而这个，会如同OS一样，成为一个新的世界范围内的标准。而从目前来看，在其他的区块链项目都在挣扎着寻求落地的时候，可能只有中国有这样的土壤能够诞生出这样的标准。这大概就是把区块链作为国家战略的原因。4），应用相关的技术。其实在区块链应用方面最大的技术难点并不在技术上。例如：区块链存证，如果我们做一条联盟链将相关各方作为共识节点然后把证据上链，那么，这个证据就是无法篡改的了。这道理大家都懂，然而问题在于：谁来做这个事呢？证据怎么数字化？怎么运行区块链？给出数据我的好处在哪里？最重要的是，谁掏钱？区块链目前落地最大的难点，在于其相比传统的中心化方案，除了在存证，溯源方面的一些场景下，找不到明显的优势，也就找不到可行的商业模式。于是，也就很难通过市场的方式推行出去，近两年币市的低迷已经证明了这一点。然而，这一切都会在国家的支持下产生变化，于是，就如同中国互联网产业从模仿学习国外到开始向外输出抖音一样，中国希望能在区块链领域，能够激发出更多的尝试和场景。于是，在这些场景中，我们会积累相关的经验、技术和商业模式，从而将这种模式在出口到国外去，而这点，也会是区块链核心技术中非常重要的部分。——————————————————————————————首先要搞清一个问题——比特币是区块链，但是区块链并不是比特币。于是，在区块链的这个问题回答里，提到“矿工”，“挖矿”，“最长链”，“分叉”等等词的，其实都不准确。写一点上个月讲课的内容——个人觉得大部分的回答，包括google搜出来的或者wiki的，都不能很好地解释区块链是个什么东西。因为讲比特币的人很多，懂比特币的人也很多，但是具体到区块链，现在并没有一个很清楚的定义说什么是区块链，基本上所有的介绍里都是这样的：比特币——〉区块链是比特币的底层技术。或者比特币——〉比特币是一种区块链。具体到什么是区块链的问题，目前没有看到很好的定义和介绍，更多的是大而化之地讲区块链的意义在哪里的空泛文章，要不然就是一水的矿工和挖矿。所以我来从纯理论角度说一下我个人对区块链的定义：1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。具有以上三个性质的系统，就是区块链。1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。这里的要点有两个：（1）分布式，（2）非安全环境。首先，这是一个分布式的，去中心化的系统。所以，有一个中心服务器或者节点的，不是区块链。节点都是安全的，无恶意的，那这不是区块链。同理，从应用的角度讲，如果你的应用必须要使用中心节点（例如要用超级计算机做深度学习）或者没必要考虑节点不安全的情况（例如某个安全的工厂里的传感器），那么并不需要考虑区块链技术。至于后面的词“数据库”，目前大部分成熟的区块链都是数据库，例如比特币就是一个分布式账本，而账本其实就是数据。然后，根据数据的格式，又可以分三种——1，数据是完全不相关的，只是达成的共识，没有有效无效之分；2，数据有某些逻辑结构，例如账本中，一笔交易实际上除了金额，还有输入和输出，连接到之前的交易，这些数据需要通过逻辑验证（例如交易中，节点需要验证输入的交易是否有效）；3，数据拥有图灵完备的逻辑，而验证的时候需要通过节点使用算力运算，每笔交易可以有不同的输出和状态，每个节点要做的不仅仅是验证交易的真实性和输入的正确性，还要根据交易里的逻辑读入数值，进行验算然后再验证结果。比特币的系统就是第二种，又叫分布式账本；以太坊是第三种。第三种可以支持智能合约。用比特币举例的话，1，它是一个完全去中心化的系统，2，它放在一个非安全的环境，它并不要求所有使用比特币的人都没有恶意。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。这个是误解最多的部分，因为很多人一提到区块链就只觉得是这个。诚然，这部分很重要，而且确实区块链也因此得名，但这只是区块链的定义的一部分。这个部分的两个核心要点是：（1）密码学哈希函数，（2）非对称加密。两个都是密码学的基础概念，网上都有非常清晰的定义，我只简单说下：（密码学）哈希函数：一个函数Y=H(X)，有如下性质：1，有X可以很容易算出Y；2，有Y不可能算出X；3，有Y不可能找到另一个X'使得H(X')=Y；3.5，如果X和X'相差很小，H(X)和H(X')则完全不相关。这东西主要用于验证信息完整性——在一个信息后面放上这个信息的哈希值，这个值很小，例如256bit，而且计算方便。收到信息之后收信人再算一遍哈希值，对比两者就知道这条信息是否被篡改过了。如果被篡改过，哪怕只有一bit，整个哈希值也会截然不同。而根据哈希函数的性质，没有人能够伪造出另一个消息具有同样的哈希值，也就是说篡改过的数据完全不可能通过哈希校验。非对称加密：这东西很好理解——对称加密就是有个密钥，可以理解成保险箱钥匙，你把消息加密变成密文，没有人能看懂这是啥，然后同一把钥匙解密成原来的消息。非对称加密就是有两把钥匙，一把叫公钥，一把叫私钥，用其中一把加密的话，只能用另一把解密，反之亦然。另一个重要的性质是，给你密文，明文和其中一把钥匙，你还是解不出来另一把钥匙是啥。原理基本上是基于一些困难数学问题，例如因数分解和离散对数，常用的有RSA，Diffie-Hellman和ECC（椭圆曲线），比特币用的是椭圆曲线。非对称加密除了和对称加密一样用于信息加密之外，还有另一个用途，就是身份验证。因为通常情况我们假设一对公私钥，公钥是公开的，而私钥只有本人有，于是一个人如果有对应的私钥，我们就可以认定他是本人。其中一个重要的应用就是数字签名——某个消息后面，发信人对这个消息做哈希运算，然后用私钥加密。接着收信人首先对消息进行哈希运算，接着用相应的公钥解密数字签名，再对比两个哈希值，如果相同，就代表这个消息是本人发出的而且没有被篡改过。以上是基础知识，至于区块链怎么实现的，很简单：交易（数据）写在区块里。第一个区块叫创世区块，写啥都行。从第二个区块开始，每个区块的第一部分有前一区块的哈希值。此外，区块里的每一笔交易（数据），都有发起人的数字签名来保证真实性和合法性。于是，先前区块里的任何数据都不可被篡改，原因见上。到这为止有人可能会问：为什么要弄个链啊？直接所有数据加个哈希值不就行了？因为——这个数据库并不是静止的啊。数据库的数据是会增加的，而每次增加的数据，就是一个区块，于是这些生成时间不同的区块，就以这种形式链在一起了。至于如何增加区块，就涉及到第三个部分——共识算法。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。共识算法的目的，就是让所有节点对于新增区块达成共识，也就是说，所有人都要认可新增的区块。对于有中心的系统，这事很简单，中心说什么大家同意就好了，但是放到去中心化系统里，尤其是当有些节点有恶意的时候，这东西非常复杂，计算机科学里有个相应的问题，叫做“拜占庭将军问题”或者“拜占庭容错”（BFT）。有很多用Lamport给出的那个例子来讲BFT的东西，我在这里换一个角度。Lamport大神当年提出这个问题的时候在斯坦福研究中心给NASA做项目，他提出这个问题的原因并不是考虑类似比特币的应用场景（整个互联网成千上万个用户），而是考虑特殊背景下的一个简单的系统——航天飞机的控制系统。如果有航空背景的同学可能知道，飞机有三套独立的控制系统，为什么呢？因为任何系统都不可能完全不出故障，就算飞机控制系统的故障率已经极低了，还是有飞到一半这东西坏了的可能。于是我们可以弄两套独立的系统，同时坏掉的几率就会大大降低。可是两套独立的系统还是不足以容下一个系统的错误——一架飞机迎面飞来，两套系统一个说要躲，一个说不躲，那到底是躲还是不躲呢？所以我们需要三台独立的系统，这样，如果有一个系统有故障了，还有两台能正常工作，能少数服从多数给出正确的结果。学过纠错码的同学对这个应该不陌生，这个系统的输出之间的汉明间距是3，所以可以纠正一位的错误。然而，对于航天飞机，在冷战的背景下，万一某个系统不是坏掉了，而是被敌人控制了呢？三套系统还够吗？答案是否定的，因为不同于单纯只是坏掉的节点，恶意节点可以做一些别的事来阻止整个系统达成共识。这个部分略复杂要讲的话要单开一帖，所以我们只说最简单的情况（无签名同步系统）。我们管三个系统叫ABC，正常工作流程是三个人每次得出结果就互相告诉一下，然后每个人选多数人同意的结果。这是个没有中央节点的分布式系统，也就是说三人不能聚在一起开个会啥的，仨人只能两两通信。这个时候，假设C有恶意，它的目标是破坏这个系统。于是，假设正确的读数是1，A和B都得出了1这个结果，这个时候C这个小婊砸告诉A说“我的结果是0，B也觉得是0”，同时打个电话跟B说“哎我觉得是0，A也这么说”，于是A和B就懵逼了。假设你是A，你听到了两个不同版本的B的答案，B说自己选了1，C说B选了0，可是A这个时候没法知道B和C谁才是那个骗了自己的小婊砸，因为如果B真的告诉A选了1然后告诉C是0，他听到的结果和现在是一模一样的。于是结论是，拜占庭容错，也就是需要容下一个恶意系统而非错误系统，需要4个独立系统。（当然，签名可以解决这个问题，但是这只是同步系统的情况，在异步系统里这问题会变得更加复杂，原因是正常节点的回答有延迟，而恶意节点可以不回复，所以，正常节点一方面要等另一个节点的回复，但是它又不知道对方会不会回复因为对方有可能会有恶意，而在收到回复之前，它完全没法判断对方是正常节点还是恶意节点，这个问题叫异步BFT，也是BFT的最复杂的情况，这里不再做更多的解释，下文提到的BFT算法，其实都是异步BFT的算法）Lamport提出这个问题之后，有无数的算法被提出来，统称BFT（拜占庭容错）算法，其中最有代表性的叫PBFT，然后由于最近区块链的热度，无数针对区块链应用场景优化过的BFT算法也涌现出来，但是一个重要的问题是，所有目前的BFT算法，都只能应用在小型网络里。原因很简单——因为BFT这个问题是设计给类似于航天飞机控制系统这样的场景的，早期的算法考虑的也主要是这种场景。PBFT论文里考虑的就是一个5个节点的系统。就算算上新提出的BFT算法，也最多应用在不超过100个节点的网络里。这个问题被搁置了很久，直到比特币的诞生——中本聪从某种意义上简化了这个问题，在比特币中，同样是共识问题，中本聪引入了一个重要的假设——奖励，他之所以能这样做的原因是，他考虑的是一个数字货币，也就是说共识这个东西是有价值的。于是在这样的系统上，他提出了工作证明机制。所有挖矿，矿工，最长链，分叉等等等等，都可以归结为一句话：说话是要有代价的，说真话是有好处的，说假话是要扣钱的……这就是目前两类共识算法的核心区别：BFT共识模型：恶意节点可以干任何事。比特币共识模型：模型中有公认的“价值”，每个节点说话都需要一定代价，诚实节点会受到奖励，而恶意节点由于只付出代价而收不到奖励，变相受到了惩罚。也就是说，BFT共识模型其实涵盖了比特币共识模型的场景，比特币共识其实放宽了BFT共识模型的限制。比特币共识对于BFT的优势在于，由于给恶意节点的能力做了限制，恶意节点所能造成的破坏大大降低了，尤其是对于异步系统——BFT共识里恶意节点可以一直拒绝相应而诚实节点还需要一直等它（因为不知道它是不是恶意的），而对于比特币共识，随你便，你不响应就没有奖励可拿。于是，比特币共识算法可以应用于成千上万个节点，而且，任何人随时都可以加入，不需要预先在网络里注册自己的身份（而BFT算法里，网络中节点的数量和身份都必须是已知的）。但比特币共识的缺陷在于，首先，得有个有价值的东西，也就是说放在比特币里这东西还行，以太坊的话现在可能也凑合，但是其他数字货币嘛……BFT共识有个严格的限定，就是恶意节点不能超过总数的1/3，然而其实比特币共识没有这样的限制，唯一的限制就是假定大部分节点都是理性的，是逐利的，也就是会采用最佳的策略来赚取最大的价值。所以，严格来说，自私挖矿这种行为在比特币共识里是允许的，而多数攻击，其实也算不上一种攻击，因为这些都没有突破比特币共识的框架——如果这个价值无限大，比特币共识是非常可靠的。然而这并不是事实，因为并不是每个虚拟货币都和比特币一样值钱，而在价值不高的情况下，比特币共识的前提就站不住脚了——当损失可能是几千上万块钱的时候，假定每个人都是理性的是合理，但是如果损失就几分钱这个假设就相当扯淡了，事实上也发生过一个比特币矿池跑到另一个货币恶意挖矿搞垮对手的情况。此外，比特币共识是最长链共识，也就是说最长链-->大多数-->理性，于是分叉是允许的。于是导致了一些附带的问题，例如，如果网络有延迟，你怎么知道你手里那条链是整个网络里当前的最长链呢？于是，如果需要传输的数据多，那么延迟加大。延迟加大，那么越多的人手里的链并不是全网络的最长链。于是，全网络的最长链，就没法代表大多数。这就打破了比特币共识的根本，这也是为什么比特币区块频率是10分钟一块的原因。比特币目前有个著名的7币交易每秒的上限，而现在扩容闹得很厉害，以太坊的交易格式不同，也用了新的工作证明，想要改成权益证明，但这些都不本质。真正本质的是，在目前的网络条件下，如果适用全网的话，比特币共识的交易量基本上超不过100笔交易每秒这个量级。上面这几段有可能太深了，简单来说，BFT共识和比特币共识的区别可以这么理解：BFT共识：来，大家开个会讨论一下集思广益啊，讨论出大家都满意的结果为止。问题：开会的效率大家都懂，人越多越不容易出结果。只能用于少数节点，用于上千个节点的话……大家想象一下一天开一次人大的场景。比特币共识：你的诗念得不错，组织已经决定了，今天就你来当领导了，做得好有奖，做不好扣钱。问题：奖励几千块钱还好，奖励几分钱谁好好干？而区块链也就因此被分成了泾渭分明的两类，很多人都听过什么公有链私有链联盟链，但是，如果你们以为这是根据应用区分的就大错特错，其实，这两种区块链最本质的区别，还是因为共识模型或者说算法不同——BFT算法没法应用于大量节点，所以用BFT算法的就没法做公有链。而比特币共识得有个价值体系，这东西去做私有链联盟链就很不靠谱，因为一个单纯逐利的人的假设还算靠谱，但是如果对象是公司的话，公司的利益就太复杂了，不能简单认为他们只追逐区块链上那点价值。1，公有链，以比特币，以太坊和所有虚拟货币为代表，都采用比特币共识，共识算法基本上都采用工作证明机制，也就是挖矿那些，这种机制其他回答里已经讲得够清楚了，就略过。工作证明一切都好，除了费电……费多少电呢？差不多和一个百万人级别的城市那么多。此外以太坊的创始人特别喜欢权益证明，似乎很快要小范围投入使用（100个区块里一个用权益证明）。但是目前为止，大家对这东西的可靠性还持观望态度。2，私有链和联盟链。以IBM的hyperledger-fabric，以及一大堆其他的类似于tendermint，甚至R3 corda和ripple为代表，都用BFT共识。其实这方面的应用已经很多了，问题是，1，目前基本上所有应用给人的感觉都还是为了做区块链而区块链，真的觉得这东西好到不可或缺的应用还基本没有。2，由于为了区块链而区块链，其实很多场景的安全性和可靠性还值得怀疑，这点经常被被公有链的支持者诟病。嘛，以上就是个人定义的区块链了，顺带概述一下现在区块链领域的发展。之所以写这个帖子，就是因为发现明明是问区块链的问题，所有人都在讲比特币，都在讲挖矿，都在讲工作证明……工作证明不能说过时，也的确是现在公有链唯一可靠的共识算法，但是这东西确实是业界除了比特币死忠之外谁都不想要的东西好吗……编辑于 2019-10-28 14:29​赞同 4824​​251 条评论​分享​收藏​喜欢收起​盗盗狂热追随者...​ 关注友情提醒：比特币采用区块链技术，但是区块链并不等同于比特币；全篇基于比特币底层区块链技术讲述，所以，部分模型可能不适用于以太坊等。另外，由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，如果让你觉得困惑，可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后，也是受限于自己知识结构的不完整，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。另外，作为一篇科普性文章，大家可以随意转载，注明这篇文章的出处和作者即可，无需再单独私信询问。---首先不要把区块链想的过于高深，他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上（中心化的特征），区块链认为，任何有能力架设服务器节点的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的节点，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点；一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。 上图中，高亮的点就是区块链系统中分布在全球各地的一个个节点；而这些节点可以简单理解为一台服务器服务器集群为了更简单的阐述那篇文章所构建的世界观，文中所讨论的节点全部粗暴的理解为官方参考实现节点，即最标准的一种节点类型，这些节点不仅可以参与挖矿共识、还可以数据存储和数据点对点传递；不涉及其他复杂的节点类型。关于节点的分类，可以阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》# 问题的由来我们反复提到区块链是一个去中心化的系统，确实，「去中心化」在区块链世界里面是一个很重要的概念，很多模型（比如账本的维护、货币的发行、时间戳的设计、网络的维护、节点间的竞争等等等等）的设计都依赖于这个中心思想，那到底什么是去中心化呢？在解释真正去中心化之前，我们还是先简单了解下什么是中心化吧。中心化？回忆一下你在网上购买一本书的流程：第一步，你下单并把钱打给支付宝；第二步，支付宝收款后通知卖家可以发货了；第三步，卖家收到支付宝通知之后给你发货；第四步，你收到书之后，觉得满意，在支付宝上选择确认收货；第五步，支付宝收到通知，把款项打给卖家。流程结束。你会发现，虽然你是在跟卖家做交易，但是，所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于：万一哪个环节出问题，卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助，让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型，它的价值显著，就是建立权威，通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”，真的可以嘛？！假如说，支付宝程序发生重大BUG，导致一段时间内的转账记录全部丢失，或者更彻底一点，支付宝的服务器被ISIS恐怖组织的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去，这个时候，你就成了刀殂上的鱼肉；支付宝有良心，会勉为其难承认你刚刚转账的事实，但他不承认你也没辙，因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威，也就意味着逐渐丧失自己的话语权。去中心化？那么去中心化的形态是什么样子呢？还是拿刚才那个例子继续，我们构建一个极简的去中心化的交易系统，看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。第一步，你下单并把钱打给卖家；第二步，你将这条转账信息记录在自己账本上；第三步，你将这条转账信息广播出去；第四步，卖家和支付宝在收到你的转账信息之后，在他们自己的账本上分别记录；第五步，卖家发货，同时将发货的事实记录在自己的账本上；第六步，卖家把这条事实记录广播出去；第七步，你和支付宝收到这条事实记录，在自己的账本上分别记录；第八步，你收到书籍。至此，交易流程走完。刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生，因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录，支付宝的账本服务器坏了，对不起卖家的账本还存在，我的账本还存在；这些都是这笔交易真实发生的铁证。当然，在这套极简的交易系统中，你已经发现了诸多漏洞和不理解，比如说三方当中有一个是坏人，他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办；又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述，因为暂时跟主线不相关，感兴趣的同学可以去Google或者百度一下，你只需要知道，在我们下面即将展开讲到的区块链系统中，通过巧妙的设计，足以解决上述存在的BUG。既然话已说到这份上，相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——分布式存储，通过多地备份，制造数据冗余让所有人都有能力都去维护共同一份数据库让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为在我看来，你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西，外人看起来高大上、深不可测，但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然，这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。如果你差不多认同上面的观点，那我们应该基本上可以达成共识，分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接，形成一张密密麻麻的网络；以巧妙的机制，通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。哈哈，说的轻巧，“交易数据这么重要的东西，在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递，数据的一致性和安全性谁来保证，如果说互相监督，他们到底怎么做到？”好了，不卖关子了，下面让我们围绕这个最最最最直接的问题开始进入到真正区块链的世界，抽丝剥茧看看它到底是如何一步一步形成的，又是如何一步一步稳定运转。# 从全球节点到交易数据这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时，文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照：首先，将区块作为最小单位体，讲述极简区块链系统是如何运转的；接着，进入到比区块更小单位体——交易记录，理解区块链是如何处理数据的；最后，将所有知识点柔和在一起，重回到区块和区块链，完整讲述整个工作流程。希望你在这个引导和结构下有一个比较好的阅读体验。Let's go~# 区块，混沌世界的起源既然已经达成共识，所以，我们事先构建好了一个去中心化的P2P网络；同时，为了让读者朋友们听起来更轻松，我先粗暴的规定在这个极简的区块链系统里，每十分钟有且仅产生一笔交易。故事继续，在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块（你可以将区块想象为一个盒子），这个区块里放着一些数字货币以及一张小纸条，小纸条上记录了这十分钟内产生的那唯一一笔交易信息，比如说——“小A转账给了小B100元”；当然，这段信息肯定是被加密处理过的，为的就是保证只有小A和小B（通过他们手上的钥匙）才有能力解读里面真正的内容。这个神奇的区块被创造出来之后，很快被埋在了地底下，至于埋在哪里？没有一个人知道，所以需要所有计算机节点一起参与进来掘地三尺后才有可能找到（找到一个有效的工作量证明）。显然，这是一件工作量巨大、成果随机的事件。但是呢，对于计算机节点来说，一旦从地底下挖出这个区块，他将获得区块内价值不菲的数字货币，以及“小A转账给了小B100元”过程中小A所支付的小费。同时，对于这个节点来说，也只有他才有权利真正记录小纸条里的内容，这是一份荣耀，而其他节点相当于只能使用它的复制品，一个已经没有数字货币加持的副本。当然这个神奇的区块还有一些其他很特别的地方，后面我们会再细细聊。为了更好的描述，我们将计算机节点从地底下挖出区块的过程叫做「挖矿」，刚才说了，这是一件工作量巨大、运气成分较多、但收益丰厚的事儿。过了一会儿，来自中国上海浦东新区张衡路上的一个节点突然跳出来很兴奋的说：“ 我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！” 。虽然此刻张衡路节点已经拿到了数字货币，但对于其他计算机节点来说，因为这里面还涉及到其他一些利益瓜葛，他们不会选择默认相信张衡路节点所说的话；基于陌生节点彼此不信任的原则，他们拿过张衡路节点所谓挖到的区块（副本），开始校验区块内的小纸条信息是否真实有效等等。在区块链世界里，节点们正是通过校验小纸条信息的准确性，或间接或直接判断成功挖出区块的节点是否撒谎。（如何定义小纸条信息真实有效，后面会讲解，这里暂不做赘述）。在校验过程中，各个节点们会直接通过下面两个行为表达自己对张衡路节点的认同（准确无误）和态度：停止已经进行了一半甚至99.99%的挖矿进程；将张衡路节点成功挖出的区块（副本）追加到自己区块链的末尾。你可以稍微有点困惑：停止可能已经执行了99.99%的挖矿行为，那之前99.99%的工作不是就白做了嘛？！然后，区块链的末尾又是个什么鬼东西？对于第一个困惑。我想说，你说的一点没错，但是没办法，现实就是这么残酷，即便工作做了99.99%，那也得放弃，这99.99%的工作劳苦几乎可以视为无用功，绝对的伤财劳众。第二个困惑，区块链和区块链的末尾是什么鬼？这里因为事先并没有讲清楚，但是你可以简单想象一下：区块是周期性不断的产生和不断的被挖出来，一个计算机节点可能事先已经执行了N次“从别人手上拿过区块 -> 校验小纸条有效性”的流程，肯定在自己的节点上早已经存放了N个区块，这些区块会按照时间顺序整齐的一字排列成为一个链状。没错，这个链条，就是你一直以来认为的那个区块链。如果你还是不能够理解，没关系，文章后面还会有很多次机会深入研究。# 走进区块内，探索消息的本质上面我们构建了一个最简单的区块链世界的模型，相信大多数同学都已经轻松掌握了。但是别骄傲也别着急，这还只是一些皮毛中的皮毛，坐好，下面我们准备开车了。前面我们说到“大概每十分钟会凭空产生一个神奇的区块，这个区块里放了一张小纸条，上面记录了这十分钟内产生的这唯一一笔交易信息”。显然，十分钟内产生的交易肯定远不止一条，可能是上万条，这上万条数据在区块链世界是如何组织和处理的呢？另外，为什么在纸条上记录的只是某一次的交易信息，而不是某一个人的余额？余额好像更符合我们现实世界的理解才对。既然存在这样那样的疑问。现在我们就把视线暂时从“区块”、“区块链”这些看起来似乎较大实体的物质中移开，进入到区块内更微观的世界里一探究竟，看看小纸条到底是怎么一回事，它的产生以及它终其一生的使命：发起交易的时候，发起人会收到一张小纸条，他需要将交易记录比如说“盗盗转账给张三40元”写在纸上。说来也神奇，当写完的那一刹那，在小纸条的背面会自动将这段交易记录格式化成至少包含了“输入值”和“输出值”这两个重要字段；“输入值”用于记录数字货币的有效来源，“输出值”记录着数字货币发往的对象。刚刚创建的小纸条立马被标记成为“未确认”的小纸条。从地下成功挖出区块并最终连接到区块链里的小纸条一开始会被标记为“有效”。若这条有效的小纸条作为其他交易的输入值被使用，那么，这个有效的小纸条很快会被标记为“无效”。因为各种原因，区块从链上断开、丢弃，曾经这个区块内被标记为“有效”的小纸条会被重新标记为“未确认”。区块链里面没有账户余额的概念，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息；通过简单的加减法运算获知你数字钱包里的余额。上面的1、2、3仅仅作为结论一开始强行灌输给你的知识点，其中有几个描述可能会有点绕，让你觉得云里雾里，没有关系，因为我们立刻、马上就开始会细说里面的细枝末节。上图，是区块内，盗盗在一张小纸条上记录下的交易信息，后被格式化的呈现上图就是从无数打包进区块内的小纸条中，抽取出来的一张，以及它最终被格式化后的缩影。单看右侧的图可能很容易产生误会，虽然看起来有多行，但实际上就是“盗盗转账给张三40个比特币”这一条交易数据另外的一种呈现形态。因为区块链世界里面这么规定，每一条交易记录，必须有能力追溯到交易发起者 发起这笔交易、其中所涉及金额的上一笔全部交易信息；即这笔钱从何而来的问题。这其实很容易理解，在去中心化的网络中，通过建立交易链、和通过交易链上的可溯源性间接保证数据安全和有效。我们继续看，在区块链世界里，我们是如何仅通过“盗盗转账给张三40个比特币” 这条交易信息完成转账流程的。其实跟现实中你在路边买一个包子的流程大抵上相同。第一步：判断是否有足够的余额完成交易这里我们再一次重申，在比特币的区块链世界里是没有余额的概念（以太坊的底层区块链有余额概念），余额是通过简单数字的加减最终获得，你拥有所谓的数字货币实际上是因为你拥一条交易记录，即 “盗盗转账给张三40个比特币”！这里，我们还是拿这条记录说事：追溯“输出值”是“盗盗”相关的全部有效交易记录作为，对有效交易中的数字进行简单求和，判断是否大于等于40，如果确实大于等于，则将这些有效的交易记录合并形成一条新的交易记录（如下图）。如果小于40，其实可以不需要再继续往下探讨。就上图的例子，我们追溯到曾经转账给盗盗的有效交易记录有“小A转账给盗盗10 btc”、“小B转账给盗盗20 btc”、“小C转账给盗盗 25 btc”，我们需要将这三条交易记录合并成一条更复杂描述的交易记录，即 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc ) 转账给张三40 btc ”第二步：判断是否需要找零对追溯到的有效交易数字求和，如果发现大于需要支付的金额，需要将多出的数字重新支付给自己，相当于找零。对应生成了一条全新的交易记录（如下图）。就上图例子来说，我们最后合并成的交易记录 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc + 盗盗转账给盗盗15 btc ) 转账给张三40 btc ” 事实上等同于“盗盗转账给张三40 btc”。其中“盗盗转账给盗盗15 btc”就可以理解找零。第三步：发出去，让全球节点认同和备份小纸条这条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块，埋到地下，等待节点挖出来，一旦区块被挖矿成功，并且该区块最终被连在了区块链的主链上。张三将最终拥有了这条交易记录，而先前的“小A转账给盗盗10 btc” 、“小B转账给盗盗20 btc” 、“小C转账给盗盗25 btc”都将被视为已经使用过的交易记录——从此被贴上“无效”的标签，意味着这些交易记录将永远不会再被追溯到。我们最后一次重申，只是希望让你加深印象：拥有数字货币=拥有交易记录！通过设计巧妙的精巧密码学保证数据安全记录着交易信息的小纸条借助区块这个载体，在分布式的网络中以不同的轨迹错综复杂的传递，我们前面说了，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息，而不是你常规意义上理解的货币。所以这个过程就需要重点解决两个问题：接受到的这条交易记录在传输过程没有被其他人所篡改接受到的这条交易记录确实是由发起交易的人所创造在这里，我们需要事先引入两个知识点，可能稍微有点难消化，但都是计算机领域较为成熟的和基础的概念。第一个知识点：SHA256()函数。你只需要知道，任意长度的字符串、甚至文件体本身经过SHA256函数工厂的加工，都会输出一个固定长度的字符串；同时，输入的字符串或者文件稍微做一丢丢的改动，SHA256() 函数给出的输出结果都将发生翻天覆地的改变。注意，SHA256()函数是公开的，任何人都能使用。上图，仅仅一个小数点的变化，输出的结果已经翻天覆地第二个知识点：非对称加密。你也只需要了解，任何人手里都有两把钥匙，其中一把只有自己知道，叫做“私钥”，以及一把可以公布于众，叫做“公钥”；通过私钥加密的信息，必须通过公钥才能解密，连自己的私钥也无解。公钥可以通过私钥生成多把。有了这些知识点的加持，上面两个问题开始变得有解。下面我们来看下内部是如何扭转和工作的吧，这里拿“小A 转账给了小B 100元钱” 举例： 第一步：小A会先用SHA256函数对自己的小纸条进行处理，得到一个固定长度的字符串，这个字符串就等价于这张小纸条。第二步：小A使用只有自己知道的那一把私钥，对上面固定长度的字符串进行再加密，生成一份名叫数字签名的字符串，这份数字签名能够充分证明是基于这张小纸条的。你可以这么理解，在现实中，你需要对某一份合同的签署，万一有人拿你曾经在其他地方留下的签名复制粘贴过来怎么办？！最好的办法，就是在你每一次签名的时候，故意在字迹当中留下一些同这份合同存在某种信息关联的小细节，通过对小细节的观察可以知道这个签名有没有被移花接木。步骤一和步骤二的结合就是为了生成这样一份有且仅针对这条小纸条有效的签名。第三步：小A将「明文的小纸条」、刚刚加密成功的「数字签名」，以及自己那把可以公布于众的「公钥」打包一起发给小B。第四步：当小B收这三样东西，首先会将明文的小纸条进行SHA256()处理，得到一个字符串，我们将其命名为“字符串2”。然后，小B使用小A公布的公钥，对发过来的数字签名进行解密，得到另外一个“字符串1”。通过比对“字符串1”和“字符串2”的一致性，便可充分证明：小B接受到的小纸条就是小A发出来的小纸条，这张小纸条在中途没有被其他人所篡改；且这张小纸条确实是由小A所编辑。可以看得出来，加解密的过程几乎是一环套一环，中途任何环节被篡改，结果都是大相径庭。借助这一连串的机制，其实已经能够很好的在公开、匿名、彼此不信任的分布式网络环境中解决数字交易过程中可能遇到的很多问题。这个环节可能确实有点难理解，现在，我需要你停下来，静下心，花上几分钟闭目慢慢回味其中设计精湛的地方。掌握了这部分知识以后，我们在这里回答一下前面没有解释清楚的问题，「节点对区块的检验」检验的到底是什么？实际上就是：检验区块内的交易记录签名是否准确（是否被篡改）检验区块内的交易记录输入值是否“有效”（是否使用过）检验区块内的交易记录输入值的数字之和是否大于等于输出值的数字…# 重回“区块”和“区块链”的世界好了，对小纸条和交易记录的研究我们点到为止，其实信息量已经是巨大的了，让我们合上盖子，重回较大的实体、继续聊聊“区块”和“区块链”的话题。还记得，咱们在一开始讲到关于区块的特征吗？区块创造后被埋在地下，需要经过节点们马不停蹄的挖采、而且是凭运气的挖采才有可能获得——不仅仅如此，事实上他还有其他很多神奇的地方，比如说：凭空产生的区块在刚刚创建的时候会形成一股强大的黑洞效应，它会尝试将这段时间全世界各个节点上产生的所有小纸条（交易记录）统统吸进来；在合上区块盖子之前，同时会在区块内放上一些数字货币以及其他一些东西。区块拥有一个唯一的ID，但它只会在这个区块被节点成功从地下挖出来之后创建。这个ID至少会跟「区块内所有小纸条的集合」、「即将与之相连的上一个区块ID」以及「挖矿节点的运气值」等因素相关。既然前面我们已经简单了解了“SHA256()函数”这个东西，这里不妨透露给大家：“区块ID = SHA256(‘区块内所有小纸条的集合’+’即将与之相连的上一个区块ID’+‘挖矿节点的运气值’+’…’)” ；基于先前掌握的知识，然后你应该知道区块内任意一张小纸条的信息稍微做改动、或者节点挖矿运气好一点坏一点等等，当前区块的ID都会 “ biu~ ”的发生改变。基于上述1、2点，如果阅读足够仔细的同学可能会有些头大。在文章开头为了更好的描述，我在设计简化区块链系统的时候故意模棱两可了几个概念，这也许已经误导到了部分同学。这里不得不停下来和你一起修正下之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲道，“在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块”。如何正确去理解这句话呢？——拥有上帝之眼的你，可以这么拆解问题、看待问题：同一个周期内，全网并不是产生唯一的一个区块等待挖掘；每个节点事实上都在周期性的创造区块和挖出区块；只是在某一个节点的视野里，它不能感知到另外一个节点上区块的产生。为何这里要特别强调“在某一个节点的视野里”，就是因为我们刚刚讲到，从区块的视角来说，区块的凭空产生，是基于即将与之相连的上一个区块ID；而从节点的视角来看，区块的凭空产生是基于当前节点区块链末尾的那个区块ID产生的。全网会尽力控制在一个周期内只有一个节点能够成功挖出区块，但是不能够完全避免多个节点同时挖出区块的可能性；如何尽力控制？比如说，当大伙挖矿的热情高涨、工作效率提高，区块会被埋在更深更广的地方等。简而言之，通过提高工作难度，来维持这个平衡。另外，值得注意的：产生区块、挖出区块、校验区块，他们的时间周期近乎相同。对于想从技术角度更加深入理解“区块”、“挖矿”本质的同学们，你们可以移步至我的专栏《探索比特币“挖矿”和“区块”的数学本质》，其中涉及到一些比较复杂的数学和技术细节，相信阅读完那部分内容之后，你对区块链会有更加透彻的认知。当然，对于绝大多数的吃瓜群众，看完那边内容可能会让你更加困惑，如果你不是十分的喜欢追根究底的话，我建议你还是直接选择跳过那块吧。至少在我看来，即便少了那部分内容，也不影响我们去理解区块链的魅力。分叉现在，我们终于对“区块”这个概念有了更全面的认识，文章开头讲的故事就可以继续展开来絮叨絮叨：假如几乎同一时间，「中国上海浦东新区张衡路」上的节点和「美国纽约曼哈顿第五大道」上的节点异口同声喊出来：“我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！”。其他节点也几乎同时参与了对这两个区块的校验，结果发现这俩都没毛病，各节点也开始犯困，因为在他们的视野里他们并不清楚最后哪一个区块应该会被主链接纳。算了！都连在自己区块链尾巴上吧，这时尴尬了，区块链硬生生的被分叉了！产生分叉你肯定在想，那还得了，这种情况继续下去，每个节点的区块以及他们整理维护的小纸条都将变得不一样，这已经严重违背了区块链世界里第一大最基本原则——所有节点共同维护同一份数据。所以，为了解决这个问题，区块链世界引入了一条新的规则——拥有最多区块的支链将是真正被认可有价值的，较短的支链将会被直接Kill掉。我们大伙都知道挖矿的过程存在巨大的工作量（如果没有任何难度，把区块扔在人群中，必然同一时间发现区块的节点数量将大大增加，也就会产生无数的支链，通过这个例子，你大概也就能够明白，比特币的区块链世界为什么需要设置工作难度了吧），并且在计算机的硅基世界里，不可能出现所谓 “同时” 的概念，哪怕纳秒的差别，那也总是会有先后顺序。所以理论上，“分叉”的这种僵局很快会在下一个区块被挖掘出来（以及校验区块）的时候被打破，实在不行下下个，或者下下下个……总之机制可以让整个分叉的区块链世界迅速稳定下来。“分叉”这种僵局在确认下一个区块（以及校验小纸条）的时候被打破，从而整个区块链世界迅速稳定下来就上图而言，所有基于张衡路节点挖矿获得的区块以及后续区块的那条分支被视为有价值，最终会全部保留了下来；其他节点会统一效仿那个拥有更长分支链的节点所做的决策。另外，值得一提的是，同一时间，较短分支上的区块会立即丢弃，而里面的小纸条也会随之释放出来，被重新标记上“未确认”。“双花”与“51%攻击”你可能已经开始困惑或者有点兴奋，末尾几个区块的排序在修复过程中，因为时间差肯定会产生一些模棱两可的地方，这往往会给数据安全埋下一颗雷。一个最简单的假设——我记录的一张小纸条很不巧地被归在了一条较短的支链上，这条支链在竞争过程中理所当然输掉了比赛，区块被丢弃、小纸条被无情的贴上“未确认”的标签。在等待下次区块重新确认的过程中，这个时间差内，我，好像、似乎可以做点什么坏事 ԅ(¯﹃¯ԅ) ，就比如说“双花”（双花，花两次，双重支付的意思）你脑海中也许很快浮过的这样的构想，可不可能通过下面这种方法触发双花问题的产生，从而让我不劳而获：假设有一个名叫X-Man的坏家伙，他控制了一个计算机节点，这个节点拥有比地球上任何一个节点算力都强大的计算机集群。首先，X-Man事先创造了一条独立的（不去广而告之）、含有比较多区块的链条。其中一个区块里放着“X-Man转账给X-Man 1000元”的纸条。接着，X-Man跟张三购买了一部手机，他在小纸条上记录下“X-Man转账给张三1000元”。张三已经比一般的卖家谨慎了，他在这条信息被三次确认后（即三个区块被真实挖出、校验和连接）才将手机给了X-Man。按照我们之前的理解，这条交易记录已经板上钉钉永远无法被串改。X-Man拿到手机之后，按下机房的开关，试图将先前已经创造的区块链条连接在自己这个节点区块链的末尾。大功告成，X-Man拥有了一条更长的区块链条，那些较短、存放着“X-Man转账给张三1000元”的区块链，以及在区块链世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。（???）事实真的如此吗？在这里我可以很负责任的说，too young too simple，区块链世界规则的制定远比我们想象的要健全很多，还记得我们之前讲的“区块的ID至少会跟区块内所有小纸条的集合、即将与之相连的上一个区块ID、当前产生区块的时间戳以及挖矿节点的运气值等因素相关”。 在这里，正是因为打算连接到主链的过程中，主链会立马意识到，那条事先准备的链子（的第一个区块）的时间戳存在异常，不属于当前区块链世界里线性增长的时间戳，于是马上意识到这个事先准备的链子（的第一个区块）是无效的，需要重新计算。 在区块链的世界，重新计算的行为等同于把自己（节点）置身于同一个起跑线，跟世界上其他所有的节点一同竞争挖矿。你会说，我拥有更强大的计算能力，但是对不起，跟你竞争的对象并不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点，而是全球所有算力的集合，在这个集合中，你拥有的算力永远都只是一个很小的子集。所以，根据区块链算力民主、少数服从多数的基本原则，这个构想将永远不会成立。除非....你控制着全球51%的算力，这也就是区块链世界里另外一个著名的概念，叫做“51%攻击”，但这也仅仅是一个理论值，在真实世界里这样的攻击我个人觉得是很难发动起来的，这里面就牵涉到很多经济、哲学甚至政治的因素。举个最简单的例子：X-Man为了回滚刚刚发生的一笔交易记录，成功发起了51%攻击，这意味着很快整个区块链系统将会崩盘，因为这次攻击已经严重伤害到人们对这套系统的信任，接着比特币开始暴跌至几乎一文不值；但是这个拥有51%算力的X-Man原本完完全全可以通过挖矿的方式获取更多收益，购买无数的iPhone手机。那他不是脑袋不是坏了还能是啥？对51%攻击话题感兴趣的同学可以阅读这篇文章《什么是比特币51%攻击？》。至此，我觉得区块链最基础、最核心的知识已经全部讲完了（除了挖矿内部实现原理，作为一个遗憾留在这里，有时间会完善掉），相信你已经对它有了一个宏观的认识。另外，由于这篇文章采用了适当抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，欢迎大家来纠错。另外，也是受限于自己知识结构的缺失，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。--问答部分去中心化的系统中，到底是谁在发行货币？是无限量发行吗？比特币的货币是通过挖矿（工作量证明）来发行的，总数量是通过程序写死了2100万个，而第一笔区块奖励也是硬编码写死的。矿工挖出一个区块所获得的奖励，每隔21万个区块将减少一半，按照平均10分钟挖出一个区块的执行效率，也就就说差不多每四年会锐减一次。2009年1月起每个区块奖励50个比特币，2012年11月减半为每个区块25个比特币，2016年7月减半为12.5个比特币。基于这个规则，到2140年，所有比特币(20,999,999,980)将全部发行完毕，之后不会再有新的比特币产生。矿工节点的收益除了挖出区块以外还有哪些？矿工节点的收益主要由两部分组成：1）挖出新区块的奖励；2）挖出新区块内所含交易的交易费。但就目前来说，一个区块内的交易费大概只占到矿工总收入的0.5%甚至更少，大部分收益主要还是来自于挖矿所得的比特币奖励。然而，随着挖矿奖励的递减，以及每个区块中包含的交易数量增加，交易费在矿工收益中所占的比重将会逐渐增加。在2140年之后，所有的矿工收益将完全由交易费构成。是不是只有成为节点才能进行交易？、钱包、尤其是轻钱包是不是也可以挖矿？这个问题是读者问出的，可能之前也有同学提出过类似的问题，但是没有引起我足够的重视，后来发现其实我也把概念混淆了。我一并去查阅了相关资料，对节点和钱包有一些更完整的理解和定义。详细请阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》参考中心化与去中心化 https://www.douban.com/note/624421270/图说区块链 https://book.douban.com/subject/27084306/区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ https://www.zhihu.com/question/37290469 什么是比特币51%攻击？ http://8btc.com/article-1949-1.html区块链与新经济：数字货币2.0时代 https://book.douban.com/subject/26804497/詳解比特幣原理和運行機制 https://www.youtube.com/watch?v=P4seQcP77H4区块链是什么：从技术架构到哲学核心 https://v.qq.com/x/page/x0518nuh2z7_0.html区块链核心算法解析 https://book.douban.com/subject/27081206/深入理解比特幣的安全性及程式交易安全性與相關的密碼學原理 https://www.youtube.com/watch?v=3w1Tg3B_oKQ 深度了解区块链——拜占庭将军问题深入探讨 https://wallstreetcn.com/articles/338061精通比特币-挖矿与共识 http://zhibimo.com/read/wang-miao/mastering-bitcoin/Chapter08.html编辑于 2022-08-16 09:47​赞同 6845​​554 条评论​分享​收藏​喜欢

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​1,505 个回答默认排序maxdeath信息论博士，区块链博士后​ 关注更新在20191025之后，说一些新的关于区块链的发展：1，区块链的应用。首先先说央行数字货币——央行数字货币的技术其实早就成熟了，都用不到区块链，因为区块链的目的是去中心化，而央行数字货币用不到这个。当然，采用区块链的央行数字货币技术也早就有了（参见RSCoin），这里面可能会在某些环节采用区块链技术去中心化——例如货币的发行仍旧是中心化的，但是流转中的管理和验证可以通过区块链技术去中心化到其他银行。同时，据我所知，官方早就有一个数字货币研究所在研究这个很久了。我在很早就写过，从大势上，货币的数字化是必然的，但这和比特币是两码事，看起来可能会更像支付宝。然后，现在facebook来了一出libra（请参见我关于libra的文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/69941436），我觉得从很大程度上推动了这次区块链的新闻，也推动了央行数字货币的推出。libra本身只代表facebook的野心，目前来看，他们的野心很有可能不会成功，但是也许是这种野心和指明的技术方向让国家产生了紧迫感——因为就算现在libra的所有成员都退出得差不多了，libra本身也前途未卜，但是万一类似的框架被搭起来又吸引了其他的重量级成员加入，那么国家在这上面就失去了主导权。因此，根据最近的新闻，央行的数字货币应该已经非常接近了。但这点，并不足以突然让“区块链”成为国家战略，这里说的区块链，一定是包含数字货币之外的其他应用的。区块链最引人遐想的应用，无疑是以“以太坊”为代表的，用区块链来做一个“全球计算机”，然后，用“智能合约”来编写在这台全球计算机上运行的软件（又被称为Dapp，即去中心化应用）。简单来说，这个全球计算机的好处在于，你可以把一切想要“去掉中间商赚差价”的事情，全都搬到这上面来做，而不需要依赖于某个大企业作为可信中心，例如银行或者互联网巨头。关于这个问题，可参见这篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/28930323然而，这种全球计算机的设想在这两年间暴露出了非常多的问题，让人看不到短期的解决希望。于是，从这次区块链的新闻中透露出来的应用方向，“不可篡改”这个区块链的特点，以及它在存证、溯源、防伪、征信等方面的作用。这个，是目前在落地上做的最成熟，也是能够实打实地看出来区块链对比于传统中心化系统优势的应用。2，区块链技术这次战略中最主要提出的，是“要掌握区块链核心技术”，那么区块链的核心技术是什么呢？区块链相关技术有很多方面，我可以把它大致分成4类：1），共识算法；2），隐私保护技术和相应密码学技术；3），智能合约相关技术；4），面向应用相关技术。其中，前三者可以认为是底层，后两者是上层。1），其中，共识算法是区块链最核心，也是整个技术发展和学术界最热衷的领域：大量的公链项目都追求共识算法的创新，同时，大量的研究者也投身于这个领域，然而，大多在国外（我之前主要研究方向也是这个领域）。这点其实并不意外——众所周知，国内很少人愿意搞基础理论研究。但是共识算法中的涵盖面非常广，其中有一个概念非常重要——有许可和无许可，有许可共识算法要求所有参与节点的身份已知，主要采用类BFT算法。而无许可共识算法则允许任何节点只要达到某些条件就能进入，无需事先在任何系统中注册身份，而POW和后来衍生出的POS以及其他许多POx类算法都在此列。前者，多用于联盟链，而后者多用于公有链。其中，两者发展至今日，在速度和延迟上的差异已经不大了，归根结底的差别就是前面说的有无许可的差别。而无许可共识算法由于无许可的特性，又引出了一个很重要的概念叫“激励机制”，比如比特币的挖矿，于是，又衍生出了“货币”。于是，就又衍生出许多非常有趣的方向，例如：ASIC矿机，链上治理，加密经济学等等。以上，哪些方向可能会被认为是这次战略中的“核心技术”呢？我个人更看好许可共识算法的相关技术，而且，这类共识算法也可能布上支付宝的道路，会摒弃很多意识形态方面的需求，追求速度更快，规模更大，使用更方便，更标准化。而非许可类的共识算法，则面临着更高的风险——首先，对于“币”这个事的政策并不明确；其次，在之前所说的应用方向上，公有链相对于联盟链并没有显著的优势。2），其实区块链技术本身采用的密码学技术并不高深也不复杂，无非是哈希函数和数字签名这两个非常经典和简单的密码学工具而已。然而，由于区块链技术和密码学天生的契合性（大部分早期研究区块链的学者都来自于密码学领域），同时，由于“加密货币”这个词，即：cryptocurrency，（注：在英文中，这个词被用来指代所有类似于比特币之类的货币，而不是中文领域中常用的“数字货币”），导致大部分人都认为密码学天生和区块链是联系到一起的。实际上，区块链技术本身并用不到特别先进的密码学工具（当然，一些新的共识算法中采用了一些新的密码学工具）。但是，其中最重要的密码学挑战，是隐私保护技术，而其中，可能会用到的，包括零知识证明，同态加密等目前还在发展之中的密码学工具。这点，其实并不是区块链本身的需求，但又和区块链紧紧联系在一起——原因，还得说回之前区块链的性质和区块链的应用上：首先，区块链最大的特点是所有上链的数据必须通过所有节点的验证，然而，如果区块链得到了大规模应用，这就代表了所有的节点都会获取所有的数据。好吧，我们现在不信任中心，有很大的一部分原因是中心获取了我们所有的数据，而现在倒好，用了区块链去中心之后，所有人都可以获取我们所有的数据了。因此，如何在能够保证隐私的同时还可以享受区块链带来的去中心化优势呢？这需要所有节点能够在不知道数据内容的情况下，还能够对数据的有效性进行验证，例如：在不知道你是谁，具体有多少钱，你想要支出多少钱的情况下，验证你确实有一笔钱可以来完成这笔支出……这听起来像是天方夜谭，然而，实际上我们有一种密码学工具可以实现它——叫做零知识证明。然而，目前零知识证明尽管一直在发展，但是目前仍存在很大的局限性，这种局限性是效率——我们有了一些高效的证明方式，例如：我们可以很快地证明某个未知的数比另一个已知数大，或者我们可以证明某个未知的值来自于某个集合。然而，这些高效的零知识证明，还不足以覆盖区块链的所有应用。因此，可想而知，这些新加密技术，尽管不是区块链技术中的必须品，却是区块链技术能够得到广泛应用的必需品，所以一定是“核心技术”中的一部分。3），智能合约相关的技术，实际上包括语言，包括编译……这些，实际上相当于是当我们已经有了区块链作为底层之后，如何使用它的问题。在这上面目前还没有一个非常明确的方向，因为，其实目前在尝试的思路有几种：i，以太坊式的，高度自由的图灵完备的系统。然而问题是，写程序太容易出错了，而且出错的代价太大。ii，Hyperledger-fabric式的，高度模块化的系统，然而，极度复杂，复杂到想要采用HF的公司，要么放弃，要么花钱请IBM的人帮他们做。iii，Libra式的，专注于某项应用的系统，例如libra的move语言就明白地说了，我们不追求图灵完备，我们的目标是做一个更方便于实现各种金融场景的语言——这可能是个趋势，但是还没有经过足够的检验。这些方向，在目前的尝试还很少。大部分区块链项目仍旧采用以太坊式的系统，或者加以改进。然而，我认为这一点很有可能成为“区块链的核心技术”中最重要的部分——因为一旦区块链上升到了国家战略的高度，那么势必会诞生大量的需求、场景和用户，于是才会有充分的尝试和实现的平台。由此，可能会衍生出一个最适合区块链的语言和开发工具，而这个，会如同OS一样，成为一个新的世界范围内的标准。而从目前来看，在其他的区块链项目都在挣扎着寻求落地的时候，可能只有中国有这样的土壤能够诞生出这样的标准。这大概就是把区块链作为国家战略的原因。4），应用相关的技术。其实在区块链应用方面最大的技术难点并不在技术上。例如：区块链存证，如果我们做一条联盟链将相关各方作为共识节点然后把证据上链，那么，这个证据就是无法篡改的了。这道理大家都懂，然而问题在于：谁来做这个事呢？证据怎么数字化？怎么运行区块链？给出数据我的好处在哪里？最重要的是，谁掏钱？区块链目前落地最大的难点，在于其相比传统的中心化方案，除了在存证，溯源方面的一些场景下，找不到明显的优势，也就找不到可行的商业模式。于是，也就很难通过市场的方式推行出去，近两年币市的低迷已经证明了这一点。然而，这一切都会在国家的支持下产生变化，于是，就如同中国互联网产业从模仿学习国外到开始向外输出抖音一样，中国希望能在区块链领域，能够激发出更多的尝试和场景。于是，在这些场景中，我们会积累相关的经验、技术和商业模式，从而将这种模式在出口到国外去，而这点，也会是区块链核心技术中非常重要的部分。——————————————————————————————首先要搞清一个问题——比特币是区块链，但是区块链并不是比特币。于是，在区块链的这个问题回答里，提到“矿工”，“挖矿”，“最长链”，“分叉”等等词的，其实都不准确。写一点上个月讲课的内容——个人觉得大部分的回答，包括google搜出来的或者wiki的，都不能很好地解释区块链是个什么东西。因为讲比特币的人很多，懂比特币的人也很多，但是具体到区块链，现在并没有一个很清楚的定义说什么是区块链，基本上所有的介绍里都是这样的：比特币——〉区块链是比特币的底层技术。或者比特币——〉比特币是一种区块链。具体到什么是区块链的问题，目前没有看到很好的定义和介绍，更多的是大而化之地讲区块链的意义在哪里的空泛文章，要不然就是一水的矿工和挖矿。所以我来从纯理论角度说一下我个人对区块链的定义：1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。具有以上三个性质的系统，就是区块链。1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。这里的要点有两个：（1）分布式，（2）非安全环境。首先，这是一个分布式的，去中心化的系统。所以，有一个中心服务器或者节点的，不是区块链。节点都是安全的，无恶意的，那这不是区块链。同理，从应用的角度讲，如果你的应用必须要使用中心节点（例如要用超级计算机做深度学习）或者没必要考虑节点不安全的情况（例如某个安全的工厂里的传感器），那么并不需要考虑区块链技术。至于后面的词“数据库”，目前大部分成熟的区块链都是数据库，例如比特币就是一个分布式账本，而账本其实就是数据。然后，根据数据的格式，又可以分三种——1，数据是完全不相关的，只是达成的共识，没有有效无效之分；2，数据有某些逻辑结构，例如账本中，一笔交易实际上除了金额，还有输入和输出，连接到之前的交易，这些数据需要通过逻辑验证（例如交易中，节点需要验证输入的交易是否有效）；3，数据拥有图灵完备的逻辑，而验证的时候需要通过节点使用算力运算，每笔交易可以有不同的输出和状态，每个节点要做的不仅仅是验证交易的真实性和输入的正确性，还要根据交易里的逻辑读入数值，进行验算然后再验证结果。比特币的系统就是第二种，又叫分布式账本；以太坊是第三种。第三种可以支持智能合约。用比特币举例的话，1，它是一个完全去中心化的系统，2，它放在一个非安全的环境，它并不要求所有使用比特币的人都没有恶意。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。这个是误解最多的部分，因为很多人一提到区块链就只觉得是这个。诚然，这部分很重要，而且确实区块链也因此得名，但这只是区块链的定义的一部分。这个部分的两个核心要点是：（1）密码学哈希函数，（2）非对称加密。两个都是密码学的基础概念，网上都有非常清晰的定义，我只简单说下：（密码学）哈希函数：一个函数Y=H(X)，有如下性质：1，有X可以很容易算出Y；2，有Y不可能算出X；3，有Y不可能找到另一个X'使得H(X')=Y；3.5，如果X和X'相差很小，H(X)和H(X')则完全不相关。这东西主要用于验证信息完整性——在一个信息后面放上这个信息的哈希值，这个值很小，例如256bit，而且计算方便。收到信息之后收信人再算一遍哈希值，对比两者就知道这条信息是否被篡改过了。如果被篡改过，哪怕只有一bit，整个哈希值也会截然不同。而根据哈希函数的性质，没有人能够伪造出另一个消息具有同样的哈希值，也就是说篡改过的数据完全不可能通过哈希校验。非对称加密：这东西很好理解——对称加密就是有个密钥，可以理解成保险箱钥匙，你把消息加密变成密文，没有人能看懂这是啥，然后同一把钥匙解密成原来的消息。非对称加密就是有两把钥匙，一把叫公钥，一把叫私钥，用其中一把加密的话，只能用另一把解密，反之亦然。另一个重要的性质是，给你密文，明文和其中一把钥匙，你还是解不出来另一把钥匙是啥。原理基本上是基于一些困难数学问题，例如因数分解和离散对数，常用的有RSA，Diffie-Hellman和ECC（椭圆曲线），比特币用的是椭圆曲线。非对称加密除了和对称加密一样用于信息加密之外，还有另一个用途，就是身份验证。因为通常情况我们假设一对公私钥，公钥是公开的，而私钥只有本人有，于是一个人如果有对应的私钥，我们就可以认定他是本人。其中一个重要的应用就是数字签名——某个消息后面，发信人对这个消息做哈希运算，然后用私钥加密。接着收信人首先对消息进行哈希运算，接着用相应的公钥解密数字签名，再对比两个哈希值，如果相同，就代表这个消息是本人发出的而且没有被篡改过。以上是基础知识，至于区块链怎么实现的，很简单：交易（数据）写在区块里。第一个区块叫创世区块，写啥都行。从第二个区块开始，每个区块的第一部分有前一区块的哈希值。此外，区块里的每一笔交易（数据），都有发起人的数字签名来保证真实性和合法性。于是，先前区块里的任何数据都不可被篡改，原因见上。到这为止有人可能会问：为什么要弄个链啊？直接所有数据加个哈希值不就行了？因为——这个数据库并不是静止的啊。数据库的数据是会增加的，而每次增加的数据，就是一个区块，于是这些生成时间不同的区块，就以这种形式链在一起了。至于如何增加区块，就涉及到第三个部分——共识算法。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。共识算法的目的，就是让所有节点对于新增区块达成共识，也就是说，所有人都要认可新增的区块。对于有中心的系统，这事很简单，中心说什么大家同意就好了，但是放到去中心化系统里，尤其是当有些节点有恶意的时候，这东西非常复杂，计算机科学里有个相应的问题，叫做“拜占庭将军问题”或者“拜占庭容错”（BFT）。有很多用Lamport给出的那个例子来讲BFT的东西，我在这里换一个角度。Lamport大神当年提出这个问题的时候在斯坦福研究中心给NASA做项目，他提出这个问题的原因并不是考虑类似比特币的应用场景（整个互联网成千上万个用户），而是考虑特殊背景下的一个简单的系统——航天飞机的控制系统。如果有航空背景的同学可能知道，飞机有三套独立的控制系统，为什么呢？因为任何系统都不可能完全不出故障，就算飞机控制系统的故障率已经极低了，还是有飞到一半这东西坏了的可能。于是我们可以弄两套独立的系统，同时坏掉的几率就会大大降低。可是两套独立的系统还是不足以容下一个系统的错误——一架飞机迎面飞来，两套系统一个说要躲，一个说不躲，那到底是躲还是不躲呢？所以我们需要三台独立的系统，这样，如果有一个系统有故障了，还有两台能正常工作，能少数服从多数给出正确的结果。学过纠错码的同学对这个应该不陌生，这个系统的输出之间的汉明间距是3，所以可以纠正一位的错误。然而，对于航天飞机，在冷战的背景下，万一某个系统不是坏掉了，而是被敌人控制了呢？三套系统还够吗？答案是否定的，因为不同于单纯只是坏掉的节点，恶意节点可以做一些别的事来阻止整个系统达成共识。这个部分略复杂要讲的话要单开一帖，所以我们只说最简单的情况（无签名同步系统）。我们管三个系统叫ABC，正常工作流程是三个人每次得出结果就互相告诉一下，然后每个人选多数人同意的结果。这是个没有中央节点的分布式系统，也就是说三人不能聚在一起开个会啥的，仨人只能两两通信。这个时候，假设C有恶意，它的目标是破坏这个系统。于是，假设正确的读数是1，A和B都得出了1这个结果，这个时候C这个小婊砸告诉A说“我的结果是0，B也觉得是0”，同时打个电话跟B说“哎我觉得是0，A也这么说”，于是A和B就懵逼了。假设你是A，你听到了两个不同版本的B的答案，B说自己选了1，C说B选了0，可是A这个时候没法知道B和C谁才是那个骗了自己的小婊砸，因为如果B真的告诉A选了1然后告诉C是0，他听到的结果和现在是一模一样的。于是结论是，拜占庭容错，也就是需要容下一个恶意系统而非错误系统，需要4个独立系统。（当然，签名可以解决这个问题，但是这只是同步系统的情况，在异步系统里这问题会变得更加复杂，原因是正常节点的回答有延迟，而恶意节点可以不回复，所以，正常节点一方面要等另一个节点的回复，但是它又不知道对方会不会回复因为对方有可能会有恶意，而在收到回复之前，它完全没法判断对方是正常节点还是恶意节点，这个问题叫异步BFT，也是BFT的最复杂的情况，这里不再做更多的解释，下文提到的BFT算法，其实都是异步BFT的算法）Lamport提出这个问题之后，有无数的算法被提出来，统称BFT（拜占庭容错）算法，其中最有代表性的叫PBFT，然后由于最近区块链的热度，无数针对区块链应用场景优化过的BFT算法也涌现出来，但是一个重要的问题是，所有目前的BFT算法，都只能应用在小型网络里。原因很简单——因为BFT这个问题是设计给类似于航天飞机控制系统这样的场景的，早期的算法考虑的也主要是这种场景。PBFT论文里考虑的就是一个5个节点的系统。就算算上新提出的BFT算法，也最多应用在不超过100个节点的网络里。这个问题被搁置了很久，直到比特币的诞生——中本聪从某种意义上简化了这个问题，在比特币中，同样是共识问题，中本聪引入了一个重要的假设——奖励，他之所以能这样做的原因是，他考虑的是一个数字货币，也就是说共识这个东西是有价值的。于是在这样的系统上，他提出了工作证明机制。所有挖矿，矿工，最长链，分叉等等等等，都可以归结为一句话：说话是要有代价的，说真话是有好处的，说假话是要扣钱的……这就是目前两类共识算法的核心区别：BFT共识模型：恶意节点可以干任何事。比特币共识模型：模型中有公认的“价值”，每个节点说话都需要一定代价，诚实节点会受到奖励，而恶意节点由于只付出代价而收不到奖励，变相受到了惩罚。也就是说，BFT共识模型其实涵盖了比特币共识模型的场景，比特币共识其实放宽了BFT共识模型的限制。比特币共识对于BFT的优势在于，由于给恶意节点的能力做了限制，恶意节点所能造成的破坏大大降低了，尤其是对于异步系统——BFT共识里恶意节点可以一直拒绝相应而诚实节点还需要一直等它（因为不知道它是不是恶意的），而对于比特币共识，随你便，你不响应就没有奖励可拿。于是，比特币共识算法可以应用于成千上万个节点，而且，任何人随时都可以加入，不需要预先在网络里注册自己的身份（而BFT算法里，网络中节点的数量和身份都必须是已知的）。但比特币共识的缺陷在于，首先，得有个有价值的东西，也就是说放在比特币里这东西还行，以太坊的话现在可能也凑合，但是其他数字货币嘛……BFT共识有个严格的限定，就是恶意节点不能超过总数的1/3，然而其实比特币共识没有这样的限制，唯一的限制就是假定大部分节点都是理性的，是逐利的，也就是会采用最佳的策略来赚取最大的价值。所以，严格来说，自私挖矿这种行为在比特币共识里是允许的，而多数攻击，其实也算不上一种攻击，因为这些都没有突破比特币共识的框架——如果这个价值无限大，比特币共识是非常可靠的。然而这并不是事实，因为并不是每个虚拟货币都和比特币一样值钱，而在价值不高的情况下，比特币共识的前提就站不住脚了——当损失可能是几千上万块钱的时候，假定每个人都是理性的是合理，但是如果损失就几分钱这个假设就相当扯淡了，事实上也发生过一个比特币矿池跑到另一个货币恶意挖矿搞垮对手的情况。此外，比特币共识是最长链共识，也就是说最长链-->大多数-->理性，于是分叉是允许的。于是导致了一些附带的问题，例如，如果网络有延迟，你怎么知道你手里那条链是整个网络里当前的最长链呢？于是，如果需要传输的数据多，那么延迟加大。延迟加大，那么越多的人手里的链并不是全网络的最长链。于是，全网络的最长链，就没法代表大多数。这就打破了比特币共识的根本，这也是为什么比特币区块频率是10分钟一块的原因。比特币目前有个著名的7币交易每秒的上限，而现在扩容闹得很厉害，以太坊的交易格式不同，也用了新的工作证明，想要改成权益证明，但这些都不本质。真正本质的是，在目前的网络条件下，如果适用全网的话，比特币共识的交易量基本上超不过100笔交易每秒这个量级。上面这几段有可能太深了，简单来说，BFT共识和比特币共识的区别可以这么理解：BFT共识：来，大家开个会讨论一下集思广益啊，讨论出大家都满意的结果为止。问题：开会的效率大家都懂，人越多越不容易出结果。只能用于少数节点，用于上千个节点的话……大家想象一下一天开一次人大的场景。比特币共识：你的诗念得不错，组织已经决定了，今天就你来当领导了，做得好有奖，做不好扣钱。问题：奖励几千块钱还好，奖励几分钱谁好好干？而区块链也就因此被分成了泾渭分明的两类，很多人都听过什么公有链私有链联盟链，但是，如果你们以为这是根据应用区分的就大错特错，其实，这两种区块链最本质的区别，还是因为共识模型或者说算法不同——BFT算法没法应用于大量节点，所以用BFT算法的就没法做公有链。而比特币共识得有个价值体系，这东西去做私有链联盟链就很不靠谱，因为一个单纯逐利的人的假设还算靠谱，但是如果对象是公司的话，公司的利益就太复杂了，不能简单认为他们只追逐区块链上那点价值。1，公有链，以比特币，以太坊和所有虚拟货币为代表，都采用比特币共识，共识算法基本上都采用工作证明机制，也就是挖矿那些，这种机制其他回答里已经讲得够清楚了，就略过。工作证明一切都好，除了费电……费多少电呢？差不多和一个百万人级别的城市那么多。此外以太坊的创始人特别喜欢权益证明，似乎很快要小范围投入使用（100个区块里一个用权益证明）。但是目前为止，大家对这东西的可靠性还持观望态度。2，私有链和联盟链。以IBM的hyperledger-fabric，以及一大堆其他的类似于tendermint，甚至R3 corda和ripple为代表，都用BFT共识。其实这方面的应用已经很多了，问题是，1，目前基本上所有应用给人的感觉都还是为了做区块链而区块链，真的觉得这东西好到不可或缺的应用还基本没有。2，由于为了区块链而区块链，其实很多场景的安全性和可靠性还值得怀疑，这点经常被被公有链的支持者诟病。嘛，以上就是个人定义的区块链了，顺带概述一下现在区块链领域的发展。之所以写这个帖子，就是因为发现明明是问区块链的问题，所有人都在讲比特币，都在讲挖矿，都在讲工作证明……工作证明不能说过时，也的确是现在公有链唯一可靠的共识算法，但是这东西确实是业界除了比特币死忠之外谁都不想要的东西好吗……编辑于 2019-10-28 14:29​赞同 4824​​251 条评论​分享​收藏​喜欢收起​盗盗狂热追随者...​ 关注友情提醒：比特币采用区块链技术，但是区块链并不等同于比特币；全篇基于比特币底层区块链技术讲述，所以，部分模型可能不适用于以太坊等。另外，由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，如果让你觉得困惑，可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后，也是受限于自己知识结构的不完整，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。另外，作为一篇科普性文章，大家可以随意转载，注明这篇文章的出处和作者即可，无需再单独私信询问。---首先不要把区块链想的过于高深，他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上（中心化的特征），区块链认为，任何有能力架设服务器节点的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的节点，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点；一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。 上图中，高亮的点就是区块链系统中分布在全球各地的一个个节点；而这些节点可以简单理解为一台服务器服务器集群为了更简单的阐述那篇文章所构建的世界观，文中所讨论的节点全部粗暴的理解为官方参考实现节点，即最标准的一种节点类型，这些节点不仅可以参与挖矿共识、还可以数据存储和数据点对点传递；不涉及其他复杂的节点类型。关于节点的分类，可以阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》# 问题的由来我们反复提到区块链是一个去中心化的系统，确实，「去中心化」在区块链世界里面是一个很重要的概念，很多模型（比如账本的维护、货币的发行、时间戳的设计、网络的维护、节点间的竞争等等等等）的设计都依赖于这个中心思想，那到底什么是去中心化呢？在解释真正去中心化之前，我们还是先简单了解下什么是中心化吧。中心化？回忆一下你在网上购买一本书的流程：第一步，你下单并把钱打给支付宝；第二步，支付宝收款后通知卖家可以发货了；第三步，卖家收到支付宝通知之后给你发货；第四步，你收到书之后，觉得满意，在支付宝上选择确认收货；第五步，支付宝收到通知，把款项打给卖家。流程结束。你会发现，虽然你是在跟卖家做交易，但是，所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于：万一哪个环节出问题，卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助，让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型，它的价值显著，就是建立权威，通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”，真的可以嘛？！假如说，支付宝程序发生重大BUG，导致一段时间内的转账记录全部丢失，或者更彻底一点，支付宝的服务器被ISIS恐怖组织的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去，这个时候，你就成了刀殂上的鱼肉；支付宝有良心，会勉为其难承认你刚刚转账的事实，但他不承认你也没辙，因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威，也就意味着逐渐丧失自己的话语权。去中心化？那么去中心化的形态是什么样子呢？还是拿刚才那个例子继续，我们构建一个极简的去中心化的交易系统，看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。第一步，你下单并把钱打给卖家；第二步，你将这条转账信息记录在自己账本上；第三步，你将这条转账信息广播出去；第四步，卖家和支付宝在收到你的转账信息之后，在他们自己的账本上分别记录；第五步，卖家发货，同时将发货的事实记录在自己的账本上；第六步，卖家把这条事实记录广播出去；第七步，你和支付宝收到这条事实记录，在自己的账本上分别记录；第八步，你收到书籍。至此，交易流程走完。刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生，因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录，支付宝的账本服务器坏了，对不起卖家的账本还存在，我的账本还存在；这些都是这笔交易真实发生的铁证。当然，在这套极简的交易系统中，你已经发现了诸多漏洞和不理解，比如说三方当中有一个是坏人，他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办；又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述，因为暂时跟主线不相关，感兴趣的同学可以去Google或者百度一下，你只需要知道，在我们下面即将展开讲到的区块链系统中，通过巧妙的设计，足以解决上述存在的BUG。既然话已说到这份上，相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——分布式存储，通过多地备份，制造数据冗余让所有人都有能力都去维护共同一份数据库让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为在我看来，你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西，外人看起来高大上、深不可测，但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然，这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。如果你差不多认同上面的观点，那我们应该基本上可以达成共识，分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接，形成一张密密麻麻的网络；以巧妙的机制，通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。哈哈，说的轻巧，“交易数据这么重要的东西，在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递，数据的一致性和安全性谁来保证，如果说互相监督，他们到底怎么做到？”好了，不卖关子了，下面让我们围绕这个最最最最直接的问题开始进入到真正区块链的世界，抽丝剥茧看看它到底是如何一步一步形成的，又是如何一步一步稳定运转。# 从全球节点到交易数据这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时，文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照：首先，将区块作为最小单位体，讲述极简区块链系统是如何运转的；接着，进入到比区块更小单位体——交易记录，理解区块链是如何处理数据的；最后，将所有知识点柔和在一起，重回到区块和区块链，完整讲述整个工作流程。希望你在这个引导和结构下有一个比较好的阅读体验。Let's go~# 区块，混沌世界的起源既然已经达成共识，所以，我们事先构建好了一个去中心化的P2P网络；同时，为了让读者朋友们听起来更轻松，我先粗暴的规定在这个极简的区块链系统里，每十分钟有且仅产生一笔交易。故事继续，在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块（你可以将区块想象为一个盒子），这个区块里放着一些数字货币以及一张小纸条，小纸条上记录了这十分钟内产生的那唯一一笔交易信息，比如说——“小A转账给了小B100元”；当然，这段信息肯定是被加密处理过的，为的就是保证只有小A和小B（通过他们手上的钥匙）才有能力解读里面真正的内容。这个神奇的区块被创造出来之后，很快被埋在了地底下，至于埋在哪里？没有一个人知道，所以需要所有计算机节点一起参与进来掘地三尺后才有可能找到（找到一个有效的工作量证明）。显然，这是一件工作量巨大、成果随机的事件。但是呢，对于计算机节点来说，一旦从地底下挖出这个区块，他将获得区块内价值不菲的数字货币，以及“小A转账给了小B100元”过程中小A所支付的小费。同时，对于这个节点来说，也只有他才有权利真正记录小纸条里的内容，这是一份荣耀，而其他节点相当于只能使用它的复制品，一个已经没有数字货币加持的副本。当然这个神奇的区块还有一些其他很特别的地方，后面我们会再细细聊。为了更好的描述，我们将计算机节点从地底下挖出区块的过程叫做「挖矿」，刚才说了，这是一件工作量巨大、运气成分较多、但收益丰厚的事儿。过了一会儿，来自中国上海浦东新区张衡路上的一个节点突然跳出来很兴奋的说：“ 我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！” 。虽然此刻张衡路节点已经拿到了数字货币，但对于其他计算机节点来说，因为这里面还涉及到其他一些利益瓜葛，他们不会选择默认相信张衡路节点所说的话；基于陌生节点彼此不信任的原则，他们拿过张衡路节点所谓挖到的区块（副本），开始校验区块内的小纸条信息是否真实有效等等。在区块链世界里，节点们正是通过校验小纸条信息的准确性，或间接或直接判断成功挖出区块的节点是否撒谎。（如何定义小纸条信息真实有效，后面会讲解，这里暂不做赘述）。在校验过程中，各个节点们会直接通过下面两个行为表达自己对张衡路节点的认同（准确无误）和态度：停止已经进行了一半甚至99.99%的挖矿进程；将张衡路节点成功挖出的区块（副本）追加到自己区块链的末尾。你可以稍微有点困惑：停止可能已经执行了99.99%的挖矿行为，那之前99.99%的工作不是就白做了嘛？！然后，区块链的末尾又是个什么鬼东西？对于第一个困惑。我想说，你说的一点没错，但是没办法，现实就是这么残酷，即便工作做了99.99%，那也得放弃，这99.99%的工作劳苦几乎可以视为无用功，绝对的伤财劳众。第二个困惑，区块链和区块链的末尾是什么鬼？这里因为事先并没有讲清楚，但是你可以简单想象一下：区块是周期性不断的产生和不断的被挖出来，一个计算机节点可能事先已经执行了N次“从别人手上拿过区块 -> 校验小纸条有效性”的流程，肯定在自己的节点上早已经存放了N个区块，这些区块会按照时间顺序整齐的一字排列成为一个链状。没错，这个链条，就是你一直以来认为的那个区块链。如果你还是不能够理解，没关系，文章后面还会有很多次机会深入研究。# 走进区块内，探索消息的本质上面我们构建了一个最简单的区块链世界的模型，相信大多数同学都已经轻松掌握了。但是别骄傲也别着急，这还只是一些皮毛中的皮毛，坐好，下面我们准备开车了。前面我们说到“大概每十分钟会凭空产生一个神奇的区块，这个区块里放了一张小纸条，上面记录了这十分钟内产生的这唯一一笔交易信息”。显然，十分钟内产生的交易肯定远不止一条，可能是上万条，这上万条数据在区块链世界是如何组织和处理的呢？另外，为什么在纸条上记录的只是某一次的交易信息，而不是某一个人的余额？余额好像更符合我们现实世界的理解才对。既然存在这样那样的疑问。现在我们就把视线暂时从“区块”、“区块链”这些看起来似乎较大实体的物质中移开，进入到区块内更微观的世界里一探究竟，看看小纸条到底是怎么一回事，它的产生以及它终其一生的使命：发起交易的时候，发起人会收到一张小纸条，他需要将交易记录比如说“盗盗转账给张三40元”写在纸上。说来也神奇，当写完的那一刹那，在小纸条的背面会自动将这段交易记录格式化成至少包含了“输入值”和“输出值”这两个重要字段；“输入值”用于记录数字货币的有效来源，“输出值”记录着数字货币发往的对象。刚刚创建的小纸条立马被标记成为“未确认”的小纸条。从地下成功挖出区块并最终连接到区块链里的小纸条一开始会被标记为“有效”。若这条有效的小纸条作为其他交易的输入值被使用，那么，这个有效的小纸条很快会被标记为“无效”。因为各种原因，区块从链上断开、丢弃，曾经这个区块内被标记为“有效”的小纸条会被重新标记为“未确认”。区块链里面没有账户余额的概念，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息；通过简单的加减法运算获知你数字钱包里的余额。上面的1、2、3仅仅作为结论一开始强行灌输给你的知识点，其中有几个描述可能会有点绕，让你觉得云里雾里，没有关系，因为我们立刻、马上就开始会细说里面的细枝末节。上图，是区块内，盗盗在一张小纸条上记录下的交易信息，后被格式化的呈现上图就是从无数打包进区块内的小纸条中，抽取出来的一张，以及它最终被格式化后的缩影。单看右侧的图可能很容易产生误会，虽然看起来有多行，但实际上就是“盗盗转账给张三40个比特币”这一条交易数据另外的一种呈现形态。因为区块链世界里面这么规定，每一条交易记录，必须有能力追溯到交易发起者 发起这笔交易、其中所涉及金额的上一笔全部交易信息；即这笔钱从何而来的问题。这其实很容易理解，在去中心化的网络中，通过建立交易链、和通过交易链上的可溯源性间接保证数据安全和有效。我们继续看，在区块链世界里，我们是如何仅通过“盗盗转账给张三40个比特币” 这条交易信息完成转账流程的。其实跟现实中你在路边买一个包子的流程大抵上相同。第一步：判断是否有足够的余额完成交易这里我们再一次重申，在比特币的区块链世界里是没有余额的概念（以太坊的底层区块链有余额概念），余额是通过简单数字的加减最终获得，你拥有所谓的数字货币实际上是因为你拥一条交易记录，即 “盗盗转账给张三40个比特币”！这里，我们还是拿这条记录说事：追溯“输出值”是“盗盗”相关的全部有效交易记录作为，对有效交易中的数字进行简单求和，判断是否大于等于40，如果确实大于等于，则将这些有效的交易记录合并形成一条新的交易记录（如下图）。如果小于40，其实可以不需要再继续往下探讨。就上图的例子，我们追溯到曾经转账给盗盗的有效交易记录有“小A转账给盗盗10 btc”、“小B转账给盗盗20 btc”、“小C转账给盗盗 25 btc”，我们需要将这三条交易记录合并成一条更复杂描述的交易记录，即 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc ) 转账给张三40 btc ”第二步：判断是否需要找零对追溯到的有效交易数字求和，如果发现大于需要支付的金额，需要将多出的数字重新支付给自己，相当于找零。对应生成了一条全新的交易记录（如下图）。就上图例子来说，我们最后合并成的交易记录 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc + 盗盗转账给盗盗15 btc ) 转账给张三40 btc ” 事实上等同于“盗盗转账给张三40 btc”。其中“盗盗转账给盗盗15 btc”就可以理解找零。第三步：发出去，让全球节点认同和备份小纸条这条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块，埋到地下，等待节点挖出来，一旦区块被挖矿成功，并且该区块最终被连在了区块链的主链上。张三将最终拥有了这条交易记录，而先前的“小A转账给盗盗10 btc” 、“小B转账给盗盗20 btc” 、“小C转账给盗盗25 btc”都将被视为已经使用过的交易记录——从此被贴上“无效”的标签，意味着这些交易记录将永远不会再被追溯到。我们最后一次重申，只是希望让你加深印象：拥有数字货币=拥有交易记录！通过设计巧妙的精巧密码学保证数据安全记录着交易信息的小纸条借助区块这个载体，在分布式的网络中以不同的轨迹错综复杂的传递，我们前面说了，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息，而不是你常规意义上理解的货币。所以这个过程就需要重点解决两个问题：接受到的这条交易记录在传输过程没有被其他人所篡改接受到的这条交易记录确实是由发起交易的人所创造在这里，我们需要事先引入两个知识点，可能稍微有点难消化，但都是计算机领域较为成熟的和基础的概念。第一个知识点：SHA256()函数。你只需要知道，任意长度的字符串、甚至文件体本身经过SHA256函数工厂的加工，都会输出一个固定长度的字符串；同时，输入的字符串或者文件稍微做一丢丢的改动，SHA256() 函数给出的输出结果都将发生翻天覆地的改变。注意，SHA256()函数是公开的，任何人都能使用。上图，仅仅一个小数点的变化，输出的结果已经翻天覆地第二个知识点：非对称加密。你也只需要了解，任何人手里都有两把钥匙，其中一把只有自己知道，叫做“私钥”，以及一把可以公布于众，叫做“公钥”；通过私钥加密的信息，必须通过公钥才能解密，连自己的私钥也无解。公钥可以通过私钥生成多把。有了这些知识点的加持，上面两个问题开始变得有解。下面我们来看下内部是如何扭转和工作的吧，这里拿“小A 转账给了小B 100元钱” 举例： 第一步：小A会先用SHA256函数对自己的小纸条进行处理，得到一个固定长度的字符串，这个字符串就等价于这张小纸条。第二步：小A使用只有自己知道的那一把私钥，对上面固定长度的字符串进行再加密，生成一份名叫数字签名的字符串，这份数字签名能够充分证明是基于这张小纸条的。你可以这么理解，在现实中，你需要对某一份合同的签署，万一有人拿你曾经在其他地方留下的签名复制粘贴过来怎么办？！最好的办法，就是在你每一次签名的时候，故意在字迹当中留下一些同这份合同存在某种信息关联的小细节，通过对小细节的观察可以知道这个签名有没有被移花接木。步骤一和步骤二的结合就是为了生成这样一份有且仅针对这条小纸条有效的签名。第三步：小A将「明文的小纸条」、刚刚加密成功的「数字签名」，以及自己那把可以公布于众的「公钥」打包一起发给小B。第四步：当小B收这三样东西，首先会将明文的小纸条进行SHA256()处理，得到一个字符串，我们将其命名为“字符串2”。然后，小B使用小A公布的公钥，对发过来的数字签名进行解密，得到另外一个“字符串1”。通过比对“字符串1”和“字符串2”的一致性，便可充分证明：小B接受到的小纸条就是小A发出来的小纸条，这张小纸条在中途没有被其他人所篡改；且这张小纸条确实是由小A所编辑。可以看得出来，加解密的过程几乎是一环套一环，中途任何环节被篡改，结果都是大相径庭。借助这一连串的机制，其实已经能够很好的在公开、匿名、彼此不信任的分布式网络环境中解决数字交易过程中可能遇到的很多问题。这个环节可能确实有点难理解，现在，我需要你停下来，静下心，花上几分钟闭目慢慢回味其中设计精湛的地方。掌握了这部分知识以后，我们在这里回答一下前面没有解释清楚的问题，「节点对区块的检验」检验的到底是什么？实际上就是：检验区块内的交易记录签名是否准确（是否被篡改）检验区块内的交易记录输入值是否“有效”（是否使用过）检验区块内的交易记录输入值的数字之和是否大于等于输出值的数字…# 重回“区块”和“区块链”的世界好了，对小纸条和交易记录的研究我们点到为止，其实信息量已经是巨大的了，让我们合上盖子，重回较大的实体、继续聊聊“区块”和“区块链”的话题。还记得，咱们在一开始讲到关于区块的特征吗？区块创造后被埋在地下，需要经过节点们马不停蹄的挖采、而且是凭运气的挖采才有可能获得——不仅仅如此，事实上他还有其他很多神奇的地方，比如说：凭空产生的区块在刚刚创建的时候会形成一股强大的黑洞效应，它会尝试将这段时间全世界各个节点上产生的所有小纸条（交易记录）统统吸进来；在合上区块盖子之前，同时会在区块内放上一些数字货币以及其他一些东西。区块拥有一个唯一的ID，但它只会在这个区块被节点成功从地下挖出来之后创建。这个ID至少会跟「区块内所有小纸条的集合」、「即将与之相连的上一个区块ID」以及「挖矿节点的运气值」等因素相关。既然前面我们已经简单了解了“SHA256()函数”这个东西，这里不妨透露给大家：“区块ID = SHA256(‘区块内所有小纸条的集合’+’即将与之相连的上一个区块ID’+‘挖矿节点的运气值’+’…’)” ；基于先前掌握的知识，然后你应该知道区块内任意一张小纸条的信息稍微做改动、或者节点挖矿运气好一点坏一点等等，当前区块的ID都会 “ biu~ ”的发生改变。基于上述1、2点，如果阅读足够仔细的同学可能会有些头大。在文章开头为了更好的描述，我在设计简化区块链系统的时候故意模棱两可了几个概念，这也许已经误导到了部分同学。这里不得不停下来和你一起修正下之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲道，“在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块”。如何正确去理解这句话呢？——拥有上帝之眼的你，可以这么拆解问题、看待问题：同一个周期内，全网并不是产生唯一的一个区块等待挖掘；每个节点事实上都在周期性的创造区块和挖出区块；只是在某一个节点的视野里，它不能感知到另外一个节点上区块的产生。为何这里要特别强调“在某一个节点的视野里”，就是因为我们刚刚讲到，从区块的视角来说，区块的凭空产生，是基于即将与之相连的上一个区块ID；而从节点的视角来看，区块的凭空产生是基于当前节点区块链末尾的那个区块ID产生的。全网会尽力控制在一个周期内只有一个节点能够成功挖出区块，但是不能够完全避免多个节点同时挖出区块的可能性；如何尽力控制？比如说，当大伙挖矿的热情高涨、工作效率提高，区块会被埋在更深更广的地方等。简而言之，通过提高工作难度，来维持这个平衡。另外，值得注意的：产生区块、挖出区块、校验区块，他们的时间周期近乎相同。对于想从技术角度更加深入理解“区块”、“挖矿”本质的同学们，你们可以移步至我的专栏《探索比特币“挖矿”和“区块”的数学本质》，其中涉及到一些比较复杂的数学和技术细节，相信阅读完那部分内容之后，你对区块链会有更加透彻的认知。当然，对于绝大多数的吃瓜群众，看完那边内容可能会让你更加困惑，如果你不是十分的喜欢追根究底的话，我建议你还是直接选择跳过那块吧。至少在我看来，即便少了那部分内容，也不影响我们去理解区块链的魅力。分叉现在，我们终于对“区块”这个概念有了更全面的认识，文章开头讲的故事就可以继续展开来絮叨絮叨：假如几乎同一时间，「中国上海浦东新区张衡路」上的节点和「美国纽约曼哈顿第五大道」上的节点异口同声喊出来：“我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！”。其他节点也几乎同时参与了对这两个区块的校验，结果发现这俩都没毛病，各节点也开始犯困，因为在他们的视野里他们并不清楚最后哪一个区块应该会被主链接纳。算了！都连在自己区块链尾巴上吧，这时尴尬了，区块链硬生生的被分叉了！产生分叉你肯定在想，那还得了，这种情况继续下去，每个节点的区块以及他们整理维护的小纸条都将变得不一样，这已经严重违背了区块链世界里第一大最基本原则——所有节点共同维护同一份数据。所以，为了解决这个问题，区块链世界引入了一条新的规则——拥有最多区块的支链将是真正被认可有价值的，较短的支链将会被直接Kill掉。我们大伙都知道挖矿的过程存在巨大的工作量（如果没有任何难度，把区块扔在人群中，必然同一时间发现区块的节点数量将大大增加，也就会产生无数的支链，通过这个例子，你大概也就能够明白，比特币的区块链世界为什么需要设置工作难度了吧），并且在计算机的硅基世界里，不可能出现所谓 “同时” 的概念，哪怕纳秒的差别，那也总是会有先后顺序。所以理论上，“分叉”的这种僵局很快会在下一个区块被挖掘出来（以及校验区块）的时候被打破，实在不行下下个，或者下下下个……总之机制可以让整个分叉的区块链世界迅速稳定下来。“分叉”这种僵局在确认下一个区块（以及校验小纸条）的时候被打破，从而整个区块链世界迅速稳定下来就上图而言，所有基于张衡路节点挖矿获得的区块以及后续区块的那条分支被视为有价值，最终会全部保留了下来；其他节点会统一效仿那个拥有更长分支链的节点所做的决策。另外，值得一提的是，同一时间，较短分支上的区块会立即丢弃，而里面的小纸条也会随之释放出来，被重新标记上“未确认”。“双花”与“51%攻击”你可能已经开始困惑或者有点兴奋，末尾几个区块的排序在修复过程中，因为时间差肯定会产生一些模棱两可的地方，这往往会给数据安全埋下一颗雷。一个最简单的假设——我记录的一张小纸条很不巧地被归在了一条较短的支链上，这条支链在竞争过程中理所当然输掉了比赛，区块被丢弃、小纸条被无情的贴上“未确认”的标签。在等待下次区块重新确认的过程中，这个时间差内，我，好像、似乎可以做点什么坏事 ԅ(¯﹃¯ԅ) ，就比如说“双花”（双花，花两次，双重支付的意思）你脑海中也许很快浮过的这样的构想，可不可能通过下面这种方法触发双花问题的产生，从而让我不劳而获：假设有一个名叫X-Man的坏家伙，他控制了一个计算机节点，这个节点拥有比地球上任何一个节点算力都强大的计算机集群。首先，X-Man事先创造了一条独立的（不去广而告之）、含有比较多区块的链条。其中一个区块里放着“X-Man转账给X-Man 1000元”的纸条。接着，X-Man跟张三购买了一部手机，他在小纸条上记录下“X-Man转账给张三1000元”。张三已经比一般的卖家谨慎了，他在这条信息被三次确认后（即三个区块被真实挖出、校验和连接）才将手机给了X-Man。按照我们之前的理解，这条交易记录已经板上钉钉永远无法被串改。X-Man拿到手机之后，按下机房的开关，试图将先前已经创造的区块链条连接在自己这个节点区块链的末尾。大功告成，X-Man拥有了一条更长的区块链条，那些较短、存放着“X-Man转账给张三1000元”的区块链，以及在区块链世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。（???）事实真的如此吗？在这里我可以很负责任的说，too young too simple，区块链世界规则的制定远比我们想象的要健全很多，还记得我们之前讲的“区块的ID至少会跟区块内所有小纸条的集合、即将与之相连的上一个区块ID、当前产生区块的时间戳以及挖矿节点的运气值等因素相关”。 在这里，正是因为打算连接到主链的过程中，主链会立马意识到，那条事先准备的链子（的第一个区块）的时间戳存在异常，不属于当前区块链世界里线性增长的时间戳，于是马上意识到这个事先准备的链子（的第一个区块）是无效的，需要重新计算。 在区块链的世界，重新计算的行为等同于把自己（节点）置身于同一个起跑线，跟世界上其他所有的节点一同竞争挖矿。你会说，我拥有更强大的计算能力，但是对不起，跟你竞争的对象并不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点，而是全球所有算力的集合，在这个集合中，你拥有的算力永远都只是一个很小的子集。所以，根据区块链算力民主、少数服从多数的基本原则，这个构想将永远不会成立。除非....你控制着全球51%的算力，这也就是区块链世界里另外一个著名的概念，叫做“51%攻击”，但这也仅仅是一个理论值，在真实世界里这样的攻击我个人觉得是很难发动起来的，这里面就牵涉到很多经济、哲学甚至政治的因素。举个最简单的例子：X-Man为了回滚刚刚发生的一笔交易记录，成功发起了51%攻击，这意味着很快整个区块链系统将会崩盘，因为这次攻击已经严重伤害到人们对这套系统的信任，接着比特币开始暴跌至几乎一文不值；但是这个拥有51%算力的X-Man原本完完全全可以通过挖矿的方式获取更多收益，购买无数的iPhone手机。那他不是脑袋不是坏了还能是啥？对51%攻击话题感兴趣的同学可以阅读这篇文章《什么是比特币51%攻击？》。至此，我觉得区块链最基础、最核心的知识已经全部讲完了（除了挖矿内部实现原理，作为一个遗憾留在这里，有时间会完善掉），相信你已经对它有了一个宏观的认识。另外，由于这篇文章采用了适当抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，欢迎大家来纠错。另外，也是受限于自己知识结构的缺失，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。--问答部分去中心化的系统中，到底是谁在发行货币？是无限量发行吗？比特币的货币是通过挖矿（工作量证明）来发行的，总数量是通过程序写死了2100万个，而第一笔区块奖励也是硬编码写死的。矿工挖出一个区块所获得的奖励，每隔21万个区块将减少一半，按照平均10分钟挖出一个区块的执行效率，也就就说差不多每四年会锐减一次。2009年1月起每个区块奖励50个比特币，2012年11月减半为每个区块25个比特币，2016年7月减半为12.5个比特币。基于这个规则，到2140年，所有比特币(20,999,999,980)将全部发行完毕，之后不会再有新的比特币产生。矿工节点的收益除了挖出区块以外还有哪些？矿工节点的收益主要由两部分组成：1）挖出新区块的奖励；2）挖出新区块内所含交易的交易费。但就目前来说，一个区块内的交易费大概只占到矿工总收入的0.5%甚至更少，大部分收益主要还是来自于挖矿所得的比特币奖励。然而，随着挖矿奖励的递减，以及每个区块中包含的交易数量增加，交易费在矿工收益中所占的比重将会逐渐增加。在2140年之后，所有的矿工收益将完全由交易费构成。是不是只有成为节点才能进行交易？、钱包、尤其是轻钱包是不是也可以挖矿？这个问题是读者问出的，可能之前也有同学提出过类似的问题，但是没有引起我足够的重视，后来发现其实我也把概念混淆了。我一并去查阅了相关资料，对节点和钱包有一些更完整的理解和定义。详细请阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》参考中心化与去中心化 https://www.douban.com/note/624421270/图说区块链 https://book.douban.com/subject/27084306/区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ https://www.zhihu.com/question/37290469 什么是比特币51%攻击？ http://8btc.com/article-1949-1.html区块链与新经济：数字货币2.0时代 https://book.douban.com/subject/26804497/詳解比特幣原理和運行機制 https://www.youtube.com/watch?v=P4seQcP77H4区块链是什么：从技术架构到哲学核心 https://v.qq.com/x/page/x0518nuh2z7_0.html区块链核心算法解析 https://book.douban.com/subject/27081206/深入理解比特幣的安全性及程式交易安全性與相關的密碼學原理 https://www.youtube.com/watch?v=3w1Tg3B_oKQ 深度了解区块链——拜占庭将军问题深入探讨 https://wallstreetcn.com/articles/338061精通比特币-挖矿与共识 http://zhibimo.com/read/wang-miao/mastering-bitcoin/Chapter08.html编辑于 2022-08-16 09:47​赞同 6845​​554 条评论​分享​收藏​喜欢

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​1,505 个回答默认排序maxdeath信息论博士，区块链博士后​ 关注更新在20191025之后，说一些新的关于区块链的发展：1，区块链的应用。首先先说央行数字货币——央行数字货币的技术其实早就成熟了，都用不到区块链，因为区块链的目的是去中心化，而央行数字货币用不到这个。当然，采用区块链的央行数字货币技术也早就有了（参见RSCoin），这里面可能会在某些环节采用区块链技术去中心化——例如货币的发行仍旧是中心化的，但是流转中的管理和验证可以通过区块链技术去中心化到其他银行。同时，据我所知，官方早就有一个数字货币研究所在研究这个很久了。我在很早就写过，从大势上，货币的数字化是必然的，但这和比特币是两码事，看起来可能会更像支付宝。然后，现在facebook来了一出libra（请参见我关于libra的文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/69941436），我觉得从很大程度上推动了这次区块链的新闻，也推动了央行数字货币的推出。libra本身只代表facebook的野心，目前来看，他们的野心很有可能不会成功，但是也许是这种野心和指明的技术方向让国家产生了紧迫感——因为就算现在libra的所有成员都退出得差不多了，libra本身也前途未卜，但是万一类似的框架被搭起来又吸引了其他的重量级成员加入，那么国家在这上面就失去了主导权。因此，根据最近的新闻，央行的数字货币应该已经非常接近了。但这点，并不足以突然让“区块链”成为国家战略，这里说的区块链，一定是包含数字货币之外的其他应用的。区块链最引人遐想的应用，无疑是以“以太坊”为代表的，用区块链来做一个“全球计算机”，然后，用“智能合约”来编写在这台全球计算机上运行的软件（又被称为Dapp，即去中心化应用）。简单来说，这个全球计算机的好处在于，你可以把一切想要“去掉中间商赚差价”的事情，全都搬到这上面来做，而不需要依赖于某个大企业作为可信中心，例如银行或者互联网巨头。关于这个问题，可参见这篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/28930323然而，这种全球计算机的设想在这两年间暴露出了非常多的问题，让人看不到短期的解决希望。于是，从这次区块链的新闻中透露出来的应用方向，“不可篡改”这个区块链的特点，以及它在存证、溯源、防伪、征信等方面的作用。这个，是目前在落地上做的最成熟，也是能够实打实地看出来区块链对比于传统中心化系统优势的应用。2，区块链技术这次战略中最主要提出的，是“要掌握区块链核心技术”，那么区块链的核心技术是什么呢？区块链相关技术有很多方面，我可以把它大致分成4类：1），共识算法；2），隐私保护技术和相应密码学技术；3），智能合约相关技术；4），面向应用相关技术。其中，前三者可以认为是底层，后两者是上层。1），其中，共识算法是区块链最核心，也是整个技术发展和学术界最热衷的领域：大量的公链项目都追求共识算法的创新，同时，大量的研究者也投身于这个领域，然而，大多在国外（我之前主要研究方向也是这个领域）。这点其实并不意外——众所周知，国内很少人愿意搞基础理论研究。但是共识算法中的涵盖面非常广，其中有一个概念非常重要——有许可和无许可，有许可共识算法要求所有参与节点的身份已知，主要采用类BFT算法。而无许可共识算法则允许任何节点只要达到某些条件就能进入，无需事先在任何系统中注册身份，而POW和后来衍生出的POS以及其他许多POx类算法都在此列。前者，多用于联盟链，而后者多用于公有链。其中，两者发展至今日，在速度和延迟上的差异已经不大了，归根结底的差别就是前面说的有无许可的差别。而无许可共识算法由于无许可的特性，又引出了一个很重要的概念叫“激励机制”，比如比特币的挖矿，于是，又衍生出了“货币”。于是，就又衍生出许多非常有趣的方向，例如：ASIC矿机，链上治理，加密经济学等等。以上，哪些方向可能会被认为是这次战略中的“核心技术”呢？我个人更看好许可共识算法的相关技术，而且，这类共识算法也可能布上支付宝的道路，会摒弃很多意识形态方面的需求，追求速度更快，规模更大，使用更方便，更标准化。而非许可类的共识算法，则面临着更高的风险——首先，对于“币”这个事的政策并不明确；其次，在之前所说的应用方向上，公有链相对于联盟链并没有显著的优势。2），其实区块链技术本身采用的密码学技术并不高深也不复杂，无非是哈希函数和数字签名这两个非常经典和简单的密码学工具而已。然而，由于区块链技术和密码学天生的契合性（大部分早期研究区块链的学者都来自于密码学领域），同时，由于“加密货币”这个词，即：cryptocurrency，（注：在英文中，这个词被用来指代所有类似于比特币之类的货币，而不是中文领域中常用的“数字货币”），导致大部分人都认为密码学天生和区块链是联系到一起的。实际上，区块链技术本身并用不到特别先进的密码学工具（当然，一些新的共识算法中采用了一些新的密码学工具）。但是，其中最重要的密码学挑战，是隐私保护技术，而其中，可能会用到的，包括零知识证明，同态加密等目前还在发展之中的密码学工具。这点，其实并不是区块链本身的需求，但又和区块链紧紧联系在一起——原因，还得说回之前区块链的性质和区块链的应用上：首先，区块链最大的特点是所有上链的数据必须通过所有节点的验证，然而，如果区块链得到了大规模应用，这就代表了所有的节点都会获取所有的数据。好吧，我们现在不信任中心，有很大的一部分原因是中心获取了我们所有的数据，而现在倒好，用了区块链去中心之后，所有人都可以获取我们所有的数据了。因此，如何在能够保证隐私的同时还可以享受区块链带来的去中心化优势呢？这需要所有节点能够在不知道数据内容的情况下，还能够对数据的有效性进行验证，例如：在不知道你是谁，具体有多少钱，你想要支出多少钱的情况下，验证你确实有一笔钱可以来完成这笔支出……这听起来像是天方夜谭，然而，实际上我们有一种密码学工具可以实现它——叫做零知识证明。然而，目前零知识证明尽管一直在发展，但是目前仍存在很大的局限性，这种局限性是效率——我们有了一些高效的证明方式，例如：我们可以很快地证明某个未知的数比另一个已知数大，或者我们可以证明某个未知的值来自于某个集合。然而，这些高效的零知识证明，还不足以覆盖区块链的所有应用。因此，可想而知，这些新加密技术，尽管不是区块链技术中的必须品，却是区块链技术能够得到广泛应用的必需品，所以一定是“核心技术”中的一部分。3），智能合约相关的技术，实际上包括语言，包括编译……这些，实际上相当于是当我们已经有了区块链作为底层之后，如何使用它的问题。在这上面目前还没有一个非常明确的方向，因为，其实目前在尝试的思路有几种：i，以太坊式的，高度自由的图灵完备的系统。然而问题是，写程序太容易出错了，而且出错的代价太大。ii，Hyperledger-fabric式的，高度模块化的系统，然而，极度复杂，复杂到想要采用HF的公司，要么放弃，要么花钱请IBM的人帮他们做。iii，Libra式的，专注于某项应用的系统，例如libra的move语言就明白地说了，我们不追求图灵完备，我们的目标是做一个更方便于实现各种金融场景的语言——这可能是个趋势，但是还没有经过足够的检验。这些方向，在目前的尝试还很少。大部分区块链项目仍旧采用以太坊式的系统，或者加以改进。然而，我认为这一点很有可能成为“区块链的核心技术”中最重要的部分——因为一旦区块链上升到了国家战略的高度，那么势必会诞生大量的需求、场景和用户，于是才会有充分的尝试和实现的平台。由此，可能会衍生出一个最适合区块链的语言和开发工具，而这个，会如同OS一样，成为一个新的世界范围内的标准。而从目前来看，在其他的区块链项目都在挣扎着寻求落地的时候，可能只有中国有这样的土壤能够诞生出这样的标准。这大概就是把区块链作为国家战略的原因。4），应用相关的技术。其实在区块链应用方面最大的技术难点并不在技术上。例如：区块链存证，如果我们做一条联盟链将相关各方作为共识节点然后把证据上链，那么，这个证据就是无法篡改的了。这道理大家都懂，然而问题在于：谁来做这个事呢？证据怎么数字化？怎么运行区块链？给出数据我的好处在哪里？最重要的是，谁掏钱？区块链目前落地最大的难点，在于其相比传统的中心化方案，除了在存证，溯源方面的一些场景下，找不到明显的优势，也就找不到可行的商业模式。于是，也就很难通过市场的方式推行出去，近两年币市的低迷已经证明了这一点。然而，这一切都会在国家的支持下产生变化，于是，就如同中国互联网产业从模仿学习国外到开始向外输出抖音一样，中国希望能在区块链领域，能够激发出更多的尝试和场景。于是，在这些场景中，我们会积累相关的经验、技术和商业模式，从而将这种模式在出口到国外去，而这点，也会是区块链核心技术中非常重要的部分。——————————————————————————————首先要搞清一个问题——比特币是区块链，但是区块链并不是比特币。于是，在区块链的这个问题回答里，提到“矿工”，“挖矿”，“最长链”，“分叉”等等词的，其实都不准确。写一点上个月讲课的内容——个人觉得大部分的回答，包括google搜出来的或者wiki的，都不能很好地解释区块链是个什么东西。因为讲比特币的人很多，懂比特币的人也很多，但是具体到区块链，现在并没有一个很清楚的定义说什么是区块链，基本上所有的介绍里都是这样的：比特币——〉区块链是比特币的底层技术。或者比特币——〉比特币是一种区块链。具体到什么是区块链的问题，目前没有看到很好的定义和介绍，更多的是大而化之地讲区块链的意义在哪里的空泛文章，要不然就是一水的矿工和挖矿。所以我来从纯理论角度说一下我个人对区块链的定义：1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。具有以上三个性质的系统，就是区块链。1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。这里的要点有两个：（1）分布式，（2）非安全环境。首先，这是一个分布式的，去中心化的系统。所以，有一个中心服务器或者节点的，不是区块链。节点都是安全的，无恶意的，那这不是区块链。同理，从应用的角度讲，如果你的应用必须要使用中心节点（例如要用超级计算机做深度学习）或者没必要考虑节点不安全的情况（例如某个安全的工厂里的传感器），那么并不需要考虑区块链技术。至于后面的词“数据库”，目前大部分成熟的区块链都是数据库，例如比特币就是一个分布式账本，而账本其实就是数据。然后，根据数据的格式，又可以分三种——1，数据是完全不相关的，只是达成的共识，没有有效无效之分；2，数据有某些逻辑结构，例如账本中，一笔交易实际上除了金额，还有输入和输出，连接到之前的交易，这些数据需要通过逻辑验证（例如交易中，节点需要验证输入的交易是否有效）；3，数据拥有图灵完备的逻辑，而验证的时候需要通过节点使用算力运算，每笔交易可以有不同的输出和状态，每个节点要做的不仅仅是验证交易的真实性和输入的正确性，还要根据交易里的逻辑读入数值，进行验算然后再验证结果。比特币的系统就是第二种，又叫分布式账本；以太坊是第三种。第三种可以支持智能合约。用比特币举例的话，1，它是一个完全去中心化的系统，2，它放在一个非安全的环境，它并不要求所有使用比特币的人都没有恶意。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。这个是误解最多的部分，因为很多人一提到区块链就只觉得是这个。诚然，这部分很重要，而且确实区块链也因此得名，但这只是区块链的定义的一部分。这个部分的两个核心要点是：（1）密码学哈希函数，（2）非对称加密。两个都是密码学的基础概念，网上都有非常清晰的定义，我只简单说下：（密码学）哈希函数：一个函数Y=H(X)，有如下性质：1，有X可以很容易算出Y；2，有Y不可能算出X；3，有Y不可能找到另一个X'使得H(X')=Y；3.5，如果X和X'相差很小，H(X)和H(X')则完全不相关。这东西主要用于验证信息完整性——在一个信息后面放上这个信息的哈希值，这个值很小，例如256bit，而且计算方便。收到信息之后收信人再算一遍哈希值，对比两者就知道这条信息是否被篡改过了。如果被篡改过，哪怕只有一bit，整个哈希值也会截然不同。而根据哈希函数的性质，没有人能够伪造出另一个消息具有同样的哈希值，也就是说篡改过的数据完全不可能通过哈希校验。非对称加密：这东西很好理解——对称加密就是有个密钥，可以理解成保险箱钥匙，你把消息加密变成密文，没有人能看懂这是啥，然后同一把钥匙解密成原来的消息。非对称加密就是有两把钥匙，一把叫公钥，一把叫私钥，用其中一把加密的话，只能用另一把解密，反之亦然。另一个重要的性质是，给你密文，明文和其中一把钥匙，你还是解不出来另一把钥匙是啥。原理基本上是基于一些困难数学问题，例如因数分解和离散对数，常用的有RSA，Diffie-Hellman和ECC（椭圆曲线），比特币用的是椭圆曲线。非对称加密除了和对称加密一样用于信息加密之外，还有另一个用途，就是身份验证。因为通常情况我们假设一对公私钥，公钥是公开的，而私钥只有本人有，于是一个人如果有对应的私钥，我们就可以认定他是本人。其中一个重要的应用就是数字签名——某个消息后面，发信人对这个消息做哈希运算，然后用私钥加密。接着收信人首先对消息进行哈希运算，接着用相应的公钥解密数字签名，再对比两个哈希值，如果相同，就代表这个消息是本人发出的而且没有被篡改过。以上是基础知识，至于区块链怎么实现的，很简单：交易（数据）写在区块里。第一个区块叫创世区块，写啥都行。从第二个区块开始，每个区块的第一部分有前一区块的哈希值。此外，区块里的每一笔交易（数据），都有发起人的数字签名来保证真实性和合法性。于是，先前区块里的任何数据都不可被篡改，原因见上。到这为止有人可能会问：为什么要弄个链啊？直接所有数据加个哈希值不就行了？因为——这个数据库并不是静止的啊。数据库的数据是会增加的，而每次增加的数据，就是一个区块，于是这些生成时间不同的区块，就以这种形式链在一起了。至于如何增加区块，就涉及到第三个部分——共识算法。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。共识算法的目的，就是让所有节点对于新增区块达成共识，也就是说，所有人都要认可新增的区块。对于有中心的系统，这事很简单，中心说什么大家同意就好了，但是放到去中心化系统里，尤其是当有些节点有恶意的时候，这东西非常复杂，计算机科学里有个相应的问题，叫做“拜占庭将军问题”或者“拜占庭容错”（BFT）。有很多用Lamport给出的那个例子来讲BFT的东西，我在这里换一个角度。Lamport大神当年提出这个问题的时候在斯坦福研究中心给NASA做项目，他提出这个问题的原因并不是考虑类似比特币的应用场景（整个互联网成千上万个用户），而是考虑特殊背景下的一个简单的系统——航天飞机的控制系统。如果有航空背景的同学可能知道，飞机有三套独立的控制系统，为什么呢？因为任何系统都不可能完全不出故障，就算飞机控制系统的故障率已经极低了，还是有飞到一半这东西坏了的可能。于是我们可以弄两套独立的系统，同时坏掉的几率就会大大降低。可是两套独立的系统还是不足以容下一个系统的错误——一架飞机迎面飞来，两套系统一个说要躲，一个说不躲，那到底是躲还是不躲呢？所以我们需要三台独立的系统，这样，如果有一个系统有故障了，还有两台能正常工作，能少数服从多数给出正确的结果。学过纠错码的同学对这个应该不陌生，这个系统的输出之间的汉明间距是3，所以可以纠正一位的错误。然而，对于航天飞机，在冷战的背景下，万一某个系统不是坏掉了，而是被敌人控制了呢？三套系统还够吗？答案是否定的，因为不同于单纯只是坏掉的节点，恶意节点可以做一些别的事来阻止整个系统达成共识。这个部分略复杂要讲的话要单开一帖，所以我们只说最简单的情况（无签名同步系统）。我们管三个系统叫ABC，正常工作流程是三个人每次得出结果就互相告诉一下，然后每个人选多数人同意的结果。这是个没有中央节点的分布式系统，也就是说三人不能聚在一起开个会啥的，仨人只能两两通信。这个时候，假设C有恶意，它的目标是破坏这个系统。于是，假设正确的读数是1，A和B都得出了1这个结果，这个时候C这个小婊砸告诉A说“我的结果是0，B也觉得是0”，同时打个电话跟B说“哎我觉得是0，A也这么说”，于是A和B就懵逼了。假设你是A，你听到了两个不同版本的B的答案，B说自己选了1，C说B选了0，可是A这个时候没法知道B和C谁才是那个骗了自己的小婊砸，因为如果B真的告诉A选了1然后告诉C是0，他听到的结果和现在是一模一样的。于是结论是，拜占庭容错，也就是需要容下一个恶意系统而非错误系统，需要4个独立系统。（当然，签名可以解决这个问题，但是这只是同步系统的情况，在异步系统里这问题会变得更加复杂，原因是正常节点的回答有延迟，而恶意节点可以不回复，所以，正常节点一方面要等另一个节点的回复，但是它又不知道对方会不会回复因为对方有可能会有恶意，而在收到回复之前，它完全没法判断对方是正常节点还是恶意节点，这个问题叫异步BFT，也是BFT的最复杂的情况，这里不再做更多的解释，下文提到的BFT算法，其实都是异步BFT的算法）Lamport提出这个问题之后，有无数的算法被提出来，统称BFT（拜占庭容错）算法，其中最有代表性的叫PBFT，然后由于最近区块链的热度，无数针对区块链应用场景优化过的BFT算法也涌现出来，但是一个重要的问题是，所有目前的BFT算法，都只能应用在小型网络里。原因很简单——因为BFT这个问题是设计给类似于航天飞机控制系统这样的场景的，早期的算法考虑的也主要是这种场景。PBFT论文里考虑的就是一个5个节点的系统。就算算上新提出的BFT算法，也最多应用在不超过100个节点的网络里。这个问题被搁置了很久，直到比特币的诞生——中本聪从某种意义上简化了这个问题，在比特币中，同样是共识问题，中本聪引入了一个重要的假设——奖励，他之所以能这样做的原因是，他考虑的是一个数字货币，也就是说共识这个东西是有价值的。于是在这样的系统上，他提出了工作证明机制。所有挖矿，矿工，最长链，分叉等等等等，都可以归结为一句话：说话是要有代价的，说真话是有好处的，说假话是要扣钱的……这就是目前两类共识算法的核心区别：BFT共识模型：恶意节点可以干任何事。比特币共识模型：模型中有公认的“价值”，每个节点说话都需要一定代价，诚实节点会受到奖励，而恶意节点由于只付出代价而收不到奖励，变相受到了惩罚。也就是说，BFT共识模型其实涵盖了比特币共识模型的场景，比特币共识其实放宽了BFT共识模型的限制。比特币共识对于BFT的优势在于，由于给恶意节点的能力做了限制，恶意节点所能造成的破坏大大降低了，尤其是对于异步系统——BFT共识里恶意节点可以一直拒绝相应而诚实节点还需要一直等它（因为不知道它是不是恶意的），而对于比特币共识，随你便，你不响应就没有奖励可拿。于是，比特币共识算法可以应用于成千上万个节点，而且，任何人随时都可以加入，不需要预先在网络里注册自己的身份（而BFT算法里，网络中节点的数量和身份都必须是已知的）。但比特币共识的缺陷在于，首先，得有个有价值的东西，也就是说放在比特币里这东西还行，以太坊的话现在可能也凑合，但是其他数字货币嘛……BFT共识有个严格的限定，就是恶意节点不能超过总数的1/3，然而其实比特币共识没有这样的限制，唯一的限制就是假定大部分节点都是理性的，是逐利的，也就是会采用最佳的策略来赚取最大的价值。所以，严格来说，自私挖矿这种行为在比特币共识里是允许的，而多数攻击，其实也算不上一种攻击，因为这些都没有突破比特币共识的框架——如果这个价值无限大，比特币共识是非常可靠的。然而这并不是事实，因为并不是每个虚拟货币都和比特币一样值钱，而在价值不高的情况下，比特币共识的前提就站不住脚了——当损失可能是几千上万块钱的时候，假定每个人都是理性的是合理，但是如果损失就几分钱这个假设就相当扯淡了，事实上也发生过一个比特币矿池跑到另一个货币恶意挖矿搞垮对手的情况。此外，比特币共识是最长链共识，也就是说最长链-->大多数-->理性，于是分叉是允许的。于是导致了一些附带的问题，例如，如果网络有延迟，你怎么知道你手里那条链是整个网络里当前的最长链呢？于是，如果需要传输的数据多，那么延迟加大。延迟加大，那么越多的人手里的链并不是全网络的最长链。于是，全网络的最长链，就没法代表大多数。这就打破了比特币共识的根本，这也是为什么比特币区块频率是10分钟一块的原因。比特币目前有个著名的7币交易每秒的上限，而现在扩容闹得很厉害，以太坊的交易格式不同，也用了新的工作证明，想要改成权益证明，但这些都不本质。真正本质的是，在目前的网络条件下，如果适用全网的话，比特币共识的交易量基本上超不过100笔交易每秒这个量级。上面这几段有可能太深了，简单来说，BFT共识和比特币共识的区别可以这么理解：BFT共识：来，大家开个会讨论一下集思广益啊，讨论出大家都满意的结果为止。问题：开会的效率大家都懂，人越多越不容易出结果。只能用于少数节点，用于上千个节点的话……大家想象一下一天开一次人大的场景。比特币共识：你的诗念得不错，组织已经决定了，今天就你来当领导了，做得好有奖，做不好扣钱。问题：奖励几千块钱还好，奖励几分钱谁好好干？而区块链也就因此被分成了泾渭分明的两类，很多人都听过什么公有链私有链联盟链，但是，如果你们以为这是根据应用区分的就大错特错，其实，这两种区块链最本质的区别，还是因为共识模型或者说算法不同——BFT算法没法应用于大量节点，所以用BFT算法的就没法做公有链。而比特币共识得有个价值体系，这东西去做私有链联盟链就很不靠谱，因为一个单纯逐利的人的假设还算靠谱，但是如果对象是公司的话，公司的利益就太复杂了，不能简单认为他们只追逐区块链上那点价值。1，公有链，以比特币，以太坊和所有虚拟货币为代表，都采用比特币共识，共识算法基本上都采用工作证明机制，也就是挖矿那些，这种机制其他回答里已经讲得够清楚了，就略过。工作证明一切都好，除了费电……费多少电呢？差不多和一个百万人级别的城市那么多。此外以太坊的创始人特别喜欢权益证明，似乎很快要小范围投入使用（100个区块里一个用权益证明）。但是目前为止，大家对这东西的可靠性还持观望态度。2，私有链和联盟链。以IBM的hyperledger-fabric，以及一大堆其他的类似于tendermint，甚至R3 corda和ripple为代表，都用BFT共识。其实这方面的应用已经很多了，问题是，1，目前基本上所有应用给人的感觉都还是为了做区块链而区块链，真的觉得这东西好到不可或缺的应用还基本没有。2，由于为了区块链而区块链，其实很多场景的安全性和可靠性还值得怀疑，这点经常被被公有链的支持者诟病。嘛，以上就是个人定义的区块链了，顺带概述一下现在区块链领域的发展。之所以写这个帖子，就是因为发现明明是问区块链的问题，所有人都在讲比特币，都在讲挖矿，都在讲工作证明……工作证明不能说过时，也的确是现在公有链唯一可靠的共识算法，但是这东西确实是业界除了比特币死忠之外谁都不想要的东西好吗……编辑于 2019-10-28 14:29​赞同 4824​​251 条评论​分享​收藏​喜欢收起​盗盗狂热追随者...​ 关注友情提醒：比特币采用区块链技术，但是区块链并不等同于比特币；全篇基于比特币底层区块链技术讲述，所以，部分模型可能不适用于以太坊等。另外，由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，如果让你觉得困惑，可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后，也是受限于自己知识结构的不完整，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。另外，作为一篇科普性文章，大家可以随意转载，注明这篇文章的出处和作者即可，无需再单独私信询问。---首先不要把区块链想的过于高深，他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上（中心化的特征），区块链认为，任何有能力架设服务器节点的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的节点，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点；一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。 上图中，高亮的点就是区块链系统中分布在全球各地的一个个节点；而这些节点可以简单理解为一台服务器服务器集群为了更简单的阐述那篇文章所构建的世界观，文中所讨论的节点全部粗暴的理解为官方参考实现节点，即最标准的一种节点类型，这些节点不仅可以参与挖矿共识、还可以数据存储和数据点对点传递；不涉及其他复杂的节点类型。关于节点的分类，可以阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》# 问题的由来我们反复提到区块链是一个去中心化的系统，确实，「去中心化」在区块链世界里面是一个很重要的概念，很多模型（比如账本的维护、货币的发行、时间戳的设计、网络的维护、节点间的竞争等等等等）的设计都依赖于这个中心思想，那到底什么是去中心化呢？在解释真正去中心化之前，我们还是先简单了解下什么是中心化吧。中心化？回忆一下你在网上购买一本书的流程：第一步，你下单并把钱打给支付宝；第二步，支付宝收款后通知卖家可以发货了；第三步，卖家收到支付宝通知之后给你发货；第四步，你收到书之后，觉得满意，在支付宝上选择确认收货；第五步，支付宝收到通知，把款项打给卖家。流程结束。你会发现，虽然你是在跟卖家做交易，但是，所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于：万一哪个环节出问题，卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助，让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型，它的价值显著，就是建立权威，通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”，真的可以嘛？！假如说，支付宝程序发生重大BUG，导致一段时间内的转账记录全部丢失，或者更彻底一点，支付宝的服务器被ISIS恐怖组织的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去，这个时候，你就成了刀殂上的鱼肉；支付宝有良心，会勉为其难承认你刚刚转账的事实，但他不承认你也没辙，因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威，也就意味着逐渐丧失自己的话语权。去中心化？那么去中心化的形态是什么样子呢？还是拿刚才那个例子继续，我们构建一个极简的去中心化的交易系统，看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。第一步，你下单并把钱打给卖家；第二步，你将这条转账信息记录在自己账本上；第三步，你将这条转账信息广播出去；第四步，卖家和支付宝在收到你的转账信息之后，在他们自己的账本上分别记录；第五步，卖家发货，同时将发货的事实记录在自己的账本上；第六步，卖家把这条事实记录广播出去；第七步，你和支付宝收到这条事实记录，在自己的账本上分别记录；第八步，你收到书籍。至此，交易流程走完。刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生，因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录，支付宝的账本服务器坏了，对不起卖家的账本还存在，我的账本还存在；这些都是这笔交易真实发生的铁证。当然，在这套极简的交易系统中，你已经发现了诸多漏洞和不理解，比如说三方当中有一个是坏人，他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办；又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述，因为暂时跟主线不相关，感兴趣的同学可以去Google或者百度一下，你只需要知道，在我们下面即将展开讲到的区块链系统中，通过巧妙的设计，足以解决上述存在的BUG。既然话已说到这份上，相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——分布式存储，通过多地备份，制造数据冗余让所有人都有能力都去维护共同一份数据库让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为在我看来，你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西，外人看起来高大上、深不可测，但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然，这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。如果你差不多认同上面的观点，那我们应该基本上可以达成共识，分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接，形成一张密密麻麻的网络；以巧妙的机制，通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。哈哈，说的轻巧，“交易数据这么重要的东西，在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递，数据的一致性和安全性谁来保证，如果说互相监督，他们到底怎么做到？”好了，不卖关子了，下面让我们围绕这个最最最最直接的问题开始进入到真正区块链的世界，抽丝剥茧看看它到底是如何一步一步形成的，又是如何一步一步稳定运转。# 从全球节点到交易数据这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时，文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照：首先，将区块作为最小单位体，讲述极简区块链系统是如何运转的；接着，进入到比区块更小单位体——交易记录，理解区块链是如何处理数据的；最后，将所有知识点柔和在一起，重回到区块和区块链，完整讲述整个工作流程。希望你在这个引导和结构下有一个比较好的阅读体验。Let's go~# 区块，混沌世界的起源既然已经达成共识，所以，我们事先构建好了一个去中心化的P2P网络；同时，为了让读者朋友们听起来更轻松，我先粗暴的规定在这个极简的区块链系统里，每十分钟有且仅产生一笔交易。故事继续，在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块（你可以将区块想象为一个盒子），这个区块里放着一些数字货币以及一张小纸条，小纸条上记录了这十分钟内产生的那唯一一笔交易信息，比如说——“小A转账给了小B100元”；当然，这段信息肯定是被加密处理过的，为的就是保证只有小A和小B（通过他们手上的钥匙）才有能力解读里面真正的内容。这个神奇的区块被创造出来之后，很快被埋在了地底下，至于埋在哪里？没有一个人知道，所以需要所有计算机节点一起参与进来掘地三尺后才有可能找到（找到一个有效的工作量证明）。显然，这是一件工作量巨大、成果随机的事件。但是呢，对于计算机节点来说，一旦从地底下挖出这个区块，他将获得区块内价值不菲的数字货币，以及“小A转账给了小B100元”过程中小A所支付的小费。同时，对于这个节点来说，也只有他才有权利真正记录小纸条里的内容，这是一份荣耀，而其他节点相当于只能使用它的复制品，一个已经没有数字货币加持的副本。当然这个神奇的区块还有一些其他很特别的地方，后面我们会再细细聊。为了更好的描述，我们将计算机节点从地底下挖出区块的过程叫做「挖矿」，刚才说了，这是一件工作量巨大、运气成分较多、但收益丰厚的事儿。过了一会儿，来自中国上海浦东新区张衡路上的一个节点突然跳出来很兴奋的说：“ 我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！” 。虽然此刻张衡路节点已经拿到了数字货币，但对于其他计算机节点来说，因为这里面还涉及到其他一些利益瓜葛，他们不会选择默认相信张衡路节点所说的话；基于陌生节点彼此不信任的原则，他们拿过张衡路节点所谓挖到的区块（副本），开始校验区块内的小纸条信息是否真实有效等等。在区块链世界里，节点们正是通过校验小纸条信息的准确性，或间接或直接判断成功挖出区块的节点是否撒谎。（如何定义小纸条信息真实有效，后面会讲解，这里暂不做赘述）。在校验过程中，各个节点们会直接通过下面两个行为表达自己对张衡路节点的认同（准确无误）和态度：停止已经进行了一半甚至99.99%的挖矿进程；将张衡路节点成功挖出的区块（副本）追加到自己区块链的末尾。你可以稍微有点困惑：停止可能已经执行了99.99%的挖矿行为，那之前99.99%的工作不是就白做了嘛？！然后，区块链的末尾又是个什么鬼东西？对于第一个困惑。我想说，你说的一点没错，但是没办法，现实就是这么残酷，即便工作做了99.99%，那也得放弃，这99.99%的工作劳苦几乎可以视为无用功，绝对的伤财劳众。第二个困惑，区块链和区块链的末尾是什么鬼？这里因为事先并没有讲清楚，但是你可以简单想象一下：区块是周期性不断的产生和不断的被挖出来，一个计算机节点可能事先已经执行了N次“从别人手上拿过区块 -> 校验小纸条有效性”的流程，肯定在自己的节点上早已经存放了N个区块，这些区块会按照时间顺序整齐的一字排列成为一个链状。没错，这个链条，就是你一直以来认为的那个区块链。如果你还是不能够理解，没关系，文章后面还会有很多次机会深入研究。# 走进区块内，探索消息的本质上面我们构建了一个最简单的区块链世界的模型，相信大多数同学都已经轻松掌握了。但是别骄傲也别着急，这还只是一些皮毛中的皮毛，坐好，下面我们准备开车了。前面我们说到“大概每十分钟会凭空产生一个神奇的区块，这个区块里放了一张小纸条，上面记录了这十分钟内产生的这唯一一笔交易信息”。显然，十分钟内产生的交易肯定远不止一条，可能是上万条，这上万条数据在区块链世界是如何组织和处理的呢？另外，为什么在纸条上记录的只是某一次的交易信息，而不是某一个人的余额？余额好像更符合我们现实世界的理解才对。既然存在这样那样的疑问。现在我们就把视线暂时从“区块”、“区块链”这些看起来似乎较大实体的物质中移开，进入到区块内更微观的世界里一探究竟，看看小纸条到底是怎么一回事，它的产生以及它终其一生的使命：发起交易的时候，发起人会收到一张小纸条，他需要将交易记录比如说“盗盗转账给张三40元”写在纸上。说来也神奇，当写完的那一刹那，在小纸条的背面会自动将这段交易记录格式化成至少包含了“输入值”和“输出值”这两个重要字段；“输入值”用于记录数字货币的有效来源，“输出值”记录着数字货币发往的对象。刚刚创建的小纸条立马被标记成为“未确认”的小纸条。从地下成功挖出区块并最终连接到区块链里的小纸条一开始会被标记为“有效”。若这条有效的小纸条作为其他交易的输入值被使用，那么，这个有效的小纸条很快会被标记为“无效”。因为各种原因，区块从链上断开、丢弃，曾经这个区块内被标记为“有效”的小纸条会被重新标记为“未确认”。区块链里面没有账户余额的概念，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息；通过简单的加减法运算获知你数字钱包里的余额。上面的1、2、3仅仅作为结论一开始强行灌输给你的知识点，其中有几个描述可能会有点绕，让你觉得云里雾里，没有关系，因为我们立刻、马上就开始会细说里面的细枝末节。上图，是区块内，盗盗在一张小纸条上记录下的交易信息，后被格式化的呈现上图就是从无数打包进区块内的小纸条中，抽取出来的一张，以及它最终被格式化后的缩影。单看右侧的图可能很容易产生误会，虽然看起来有多行，但实际上就是“盗盗转账给张三40个比特币”这一条交易数据另外的一种呈现形态。因为区块链世界里面这么规定，每一条交易记录，必须有能力追溯到交易发起者 发起这笔交易、其中所涉及金额的上一笔全部交易信息；即这笔钱从何而来的问题。这其实很容易理解，在去中心化的网络中，通过建立交易链、和通过交易链上的可溯源性间接保证数据安全和有效。我们继续看，在区块链世界里，我们是如何仅通过“盗盗转账给张三40个比特币” 这条交易信息完成转账流程的。其实跟现实中你在路边买一个包子的流程大抵上相同。第一步：判断是否有足够的余额完成交易这里我们再一次重申，在比特币的区块链世界里是没有余额的概念（以太坊的底层区块链有余额概念），余额是通过简单数字的加减最终获得，你拥有所谓的数字货币实际上是因为你拥一条交易记录，即 “盗盗转账给张三40个比特币”！这里，我们还是拿这条记录说事：追溯“输出值”是“盗盗”相关的全部有效交易记录作为，对有效交易中的数字进行简单求和，判断是否大于等于40，如果确实大于等于，则将这些有效的交易记录合并形成一条新的交易记录（如下图）。如果小于40，其实可以不需要再继续往下探讨。就上图的例子，我们追溯到曾经转账给盗盗的有效交易记录有“小A转账给盗盗10 btc”、“小B转账给盗盗20 btc”、“小C转账给盗盗 25 btc”，我们需要将这三条交易记录合并成一条更复杂描述的交易记录，即 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc ) 转账给张三40 btc ”第二步：判断是否需要找零对追溯到的有效交易数字求和，如果发现大于需要支付的金额，需要将多出的数字重新支付给自己，相当于找零。对应生成了一条全新的交易记录（如下图）。就上图例子来说，我们最后合并成的交易记录 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc + 盗盗转账给盗盗15 btc ) 转账给张三40 btc ” 事实上等同于“盗盗转账给张三40 btc”。其中“盗盗转账给盗盗15 btc”就可以理解找零。第三步：发出去，让全球节点认同和备份小纸条这条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块，埋到地下，等待节点挖出来，一旦区块被挖矿成功，并且该区块最终被连在了区块链的主链上。张三将最终拥有了这条交易记录，而先前的“小A转账给盗盗10 btc” 、“小B转账给盗盗20 btc” 、“小C转账给盗盗25 btc”都将被视为已经使用过的交易记录——从此被贴上“无效”的标签，意味着这些交易记录将永远不会再被追溯到。我们最后一次重申，只是希望让你加深印象：拥有数字货币=拥有交易记录！通过设计巧妙的精巧密码学保证数据安全记录着交易信息的小纸条借助区块这个载体，在分布式的网络中以不同的轨迹错综复杂的传递，我们前面说了，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息，而不是你常规意义上理解的货币。所以这个过程就需要重点解决两个问题：接受到的这条交易记录在传输过程没有被其他人所篡改接受到的这条交易记录确实是由发起交易的人所创造在这里，我们需要事先引入两个知识点，可能稍微有点难消化，但都是计算机领域较为成熟的和基础的概念。第一个知识点：SHA256()函数。你只需要知道，任意长度的字符串、甚至文件体本身经过SHA256函数工厂的加工，都会输出一个固定长度的字符串；同时，输入的字符串或者文件稍微做一丢丢的改动，SHA256() 函数给出的输出结果都将发生翻天覆地的改变。注意，SHA256()函数是公开的，任何人都能使用。上图，仅仅一个小数点的变化，输出的结果已经翻天覆地第二个知识点：非对称加密。你也只需要了解，任何人手里都有两把钥匙，其中一把只有自己知道，叫做“私钥”，以及一把可以公布于众，叫做“公钥”；通过私钥加密的信息，必须通过公钥才能解密，连自己的私钥也无解。公钥可以通过私钥生成多把。有了这些知识点的加持，上面两个问题开始变得有解。下面我们来看下内部是如何扭转和工作的吧，这里拿“小A 转账给了小B 100元钱” 举例： 第一步：小A会先用SHA256函数对自己的小纸条进行处理，得到一个固定长度的字符串，这个字符串就等价于这张小纸条。第二步：小A使用只有自己知道的那一把私钥，对上面固定长度的字符串进行再加密，生成一份名叫数字签名的字符串，这份数字签名能够充分证明是基于这张小纸条的。你可以这么理解，在现实中，你需要对某一份合同的签署，万一有人拿你曾经在其他地方留下的签名复制粘贴过来怎么办？！最好的办法，就是在你每一次签名的时候，故意在字迹当中留下一些同这份合同存在某种信息关联的小细节，通过对小细节的观察可以知道这个签名有没有被移花接木。步骤一和步骤二的结合就是为了生成这样一份有且仅针对这条小纸条有效的签名。第三步：小A将「明文的小纸条」、刚刚加密成功的「数字签名」，以及自己那把可以公布于众的「公钥」打包一起发给小B。第四步：当小B收这三样东西，首先会将明文的小纸条进行SHA256()处理，得到一个字符串，我们将其命名为“字符串2”。然后，小B使用小A公布的公钥，对发过来的数字签名进行解密，得到另外一个“字符串1”。通过比对“字符串1”和“字符串2”的一致性，便可充分证明：小B接受到的小纸条就是小A发出来的小纸条，这张小纸条在中途没有被其他人所篡改；且这张小纸条确实是由小A所编辑。可以看得出来，加解密的过程几乎是一环套一环，中途任何环节被篡改，结果都是大相径庭。借助这一连串的机制，其实已经能够很好的在公开、匿名、彼此不信任的分布式网络环境中解决数字交易过程中可能遇到的很多问题。这个环节可能确实有点难理解，现在，我需要你停下来，静下心，花上几分钟闭目慢慢回味其中设计精湛的地方。掌握了这部分知识以后，我们在这里回答一下前面没有解释清楚的问题，「节点对区块的检验」检验的到底是什么？实际上就是：检验区块内的交易记录签名是否准确（是否被篡改）检验区块内的交易记录输入值是否“有效”（是否使用过）检验区块内的交易记录输入值的数字之和是否大于等于输出值的数字…# 重回“区块”和“区块链”的世界好了，对小纸条和交易记录的研究我们点到为止，其实信息量已经是巨大的了，让我们合上盖子，重回较大的实体、继续聊聊“区块”和“区块链”的话题。还记得，咱们在一开始讲到关于区块的特征吗？区块创造后被埋在地下，需要经过节点们马不停蹄的挖采、而且是凭运气的挖采才有可能获得——不仅仅如此，事实上他还有其他很多神奇的地方，比如说：凭空产生的区块在刚刚创建的时候会形成一股强大的黑洞效应，它会尝试将这段时间全世界各个节点上产生的所有小纸条（交易记录）统统吸进来；在合上区块盖子之前，同时会在区块内放上一些数字货币以及其他一些东西。区块拥有一个唯一的ID，但它只会在这个区块被节点成功从地下挖出来之后创建。这个ID至少会跟「区块内所有小纸条的集合」、「即将与之相连的上一个区块ID」以及「挖矿节点的运气值」等因素相关。既然前面我们已经简单了解了“SHA256()函数”这个东西，这里不妨透露给大家：“区块ID = SHA256(‘区块内所有小纸条的集合’+’即将与之相连的上一个区块ID’+‘挖矿节点的运气值’+’…’)” ；基于先前掌握的知识，然后你应该知道区块内任意一张小纸条的信息稍微做改动、或者节点挖矿运气好一点坏一点等等，当前区块的ID都会 “ biu~ ”的发生改变。基于上述1、2点，如果阅读足够仔细的同学可能会有些头大。在文章开头为了更好的描述，我在设计简化区块链系统的时候故意模棱两可了几个概念，这也许已经误导到了部分同学。这里不得不停下来和你一起修正下之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲道，“在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块”。如何正确去理解这句话呢？——拥有上帝之眼的你，可以这么拆解问题、看待问题：同一个周期内，全网并不是产生唯一的一个区块等待挖掘；每个节点事实上都在周期性的创造区块和挖出区块；只是在某一个节点的视野里，它不能感知到另外一个节点上区块的产生。为何这里要特别强调“在某一个节点的视野里”，就是因为我们刚刚讲到，从区块的视角来说，区块的凭空产生，是基于即将与之相连的上一个区块ID；而从节点的视角来看，区块的凭空产生是基于当前节点区块链末尾的那个区块ID产生的。全网会尽力控制在一个周期内只有一个节点能够成功挖出区块，但是不能够完全避免多个节点同时挖出区块的可能性；如何尽力控制？比如说，当大伙挖矿的热情高涨、工作效率提高，区块会被埋在更深更广的地方等。简而言之，通过提高工作难度，来维持这个平衡。另外，值得注意的：产生区块、挖出区块、校验区块，他们的时间周期近乎相同。对于想从技术角度更加深入理解“区块”、“挖矿”本质的同学们，你们可以移步至我的专栏《探索比特币“挖矿”和“区块”的数学本质》，其中涉及到一些比较复杂的数学和技术细节，相信阅读完那部分内容之后，你对区块链会有更加透彻的认知。当然，对于绝大多数的吃瓜群众，看完那边内容可能会让你更加困惑，如果你不是十分的喜欢追根究底的话，我建议你还是直接选择跳过那块吧。至少在我看来，即便少了那部分内容，也不影响我们去理解区块链的魅力。分叉现在，我们终于对“区块”这个概念有了更全面的认识，文章开头讲的故事就可以继续展开来絮叨絮叨：假如几乎同一时间，「中国上海浦东新区张衡路」上的节点和「美国纽约曼哈顿第五大道」上的节点异口同声喊出来：“我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！”。其他节点也几乎同时参与了对这两个区块的校验，结果发现这俩都没毛病，各节点也开始犯困，因为在他们的视野里他们并不清楚最后哪一个区块应该会被主链接纳。算了！都连在自己区块链尾巴上吧，这时尴尬了，区块链硬生生的被分叉了！产生分叉你肯定在想，那还得了，这种情况继续下去，每个节点的区块以及他们整理维护的小纸条都将变得不一样，这已经严重违背了区块链世界里第一大最基本原则——所有节点共同维护同一份数据。所以，为了解决这个问题，区块链世界引入了一条新的规则——拥有最多区块的支链将是真正被认可有价值的，较短的支链将会被直接Kill掉。我们大伙都知道挖矿的过程存在巨大的工作量（如果没有任何难度，把区块扔在人群中，必然同一时间发现区块的节点数量将大大增加，也就会产生无数的支链，通过这个例子，你大概也就能够明白，比特币的区块链世界为什么需要设置工作难度了吧），并且在计算机的硅基世界里，不可能出现所谓 “同时” 的概念，哪怕纳秒的差别，那也总是会有先后顺序。所以理论上，“分叉”的这种僵局很快会在下一个区块被挖掘出来（以及校验区块）的时候被打破，实在不行下下个，或者下下下个……总之机制可以让整个分叉的区块链世界迅速稳定下来。“分叉”这种僵局在确认下一个区块（以及校验小纸条）的时候被打破，从而整个区块链世界迅速稳定下来就上图而言，所有基于张衡路节点挖矿获得的区块以及后续区块的那条分支被视为有价值，最终会全部保留了下来；其他节点会统一效仿那个拥有更长分支链的节点所做的决策。另外，值得一提的是，同一时间，较短分支上的区块会立即丢弃，而里面的小纸条也会随之释放出来，被重新标记上“未确认”。“双花”与“51%攻击”你可能已经开始困惑或者有点兴奋，末尾几个区块的排序在修复过程中，因为时间差肯定会产生一些模棱两可的地方，这往往会给数据安全埋下一颗雷。一个最简单的假设——我记录的一张小纸条很不巧地被归在了一条较短的支链上，这条支链在竞争过程中理所当然输掉了比赛，区块被丢弃、小纸条被无情的贴上“未确认”的标签。在等待下次区块重新确认的过程中，这个时间差内，我，好像、似乎可以做点什么坏事 ԅ(¯﹃¯ԅ) ，就比如说“双花”（双花，花两次，双重支付的意思）你脑海中也许很快浮过的这样的构想，可不可能通过下面这种方法触发双花问题的产生，从而让我不劳而获：假设有一个名叫X-Man的坏家伙，他控制了一个计算机节点，这个节点拥有比地球上任何一个节点算力都强大的计算机集群。首先，X-Man事先创造了一条独立的（不去广而告之）、含有比较多区块的链条。其中一个区块里放着“X-Man转账给X-Man 1000元”的纸条。接着，X-Man跟张三购买了一部手机，他在小纸条上记录下“X-Man转账给张三1000元”。张三已经比一般的卖家谨慎了，他在这条信息被三次确认后（即三个区块被真实挖出、校验和连接）才将手机给了X-Man。按照我们之前的理解，这条交易记录已经板上钉钉永远无法被串改。X-Man拿到手机之后，按下机房的开关，试图将先前已经创造的区块链条连接在自己这个节点区块链的末尾。大功告成，X-Man拥有了一条更长的区块链条，那些较短、存放着“X-Man转账给张三1000元”的区块链，以及在区块链世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。（???）事实真的如此吗？在这里我可以很负责任的说，too young too simple，区块链世界规则的制定远比我们想象的要健全很多，还记得我们之前讲的“区块的ID至少会跟区块内所有小纸条的集合、即将与之相连的上一个区块ID、当前产生区块的时间戳以及挖矿节点的运气值等因素相关”。 在这里，正是因为打算连接到主链的过程中，主链会立马意识到，那条事先准备的链子（的第一个区块）的时间戳存在异常，不属于当前区块链世界里线性增长的时间戳，于是马上意识到这个事先准备的链子（的第一个区块）是无效的，需要重新计算。 在区块链的世界，重新计算的行为等同于把自己（节点）置身于同一个起跑线，跟世界上其他所有的节点一同竞争挖矿。你会说，我拥有更强大的计算能力，但是对不起，跟你竞争的对象并不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点，而是全球所有算力的集合，在这个集合中，你拥有的算力永远都只是一个很小的子集。所以，根据区块链算力民主、少数服从多数的基本原则，这个构想将永远不会成立。除非....你控制着全球51%的算力，这也就是区块链世界里另外一个著名的概念，叫做“51%攻击”，但这也仅仅是一个理论值，在真实世界里这样的攻击我个人觉得是很难发动起来的，这里面就牵涉到很多经济、哲学甚至政治的因素。举个最简单的例子：X-Man为了回滚刚刚发生的一笔交易记录，成功发起了51%攻击，这意味着很快整个区块链系统将会崩盘，因为这次攻击已经严重伤害到人们对这套系统的信任，接着比特币开始暴跌至几乎一文不值；但是这个拥有51%算力的X-Man原本完完全全可以通过挖矿的方式获取更多收益，购买无数的iPhone手机。那他不是脑袋不是坏了还能是啥？对51%攻击话题感兴趣的同学可以阅读这篇文章《什么是比特币51%攻击？》。至此，我觉得区块链最基础、最核心的知识已经全部讲完了（除了挖矿内部实现原理，作为一个遗憾留在这里，有时间会完善掉），相信你已经对它有了一个宏观的认识。另外，由于这篇文章采用了适当抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，欢迎大家来纠错。另外，也是受限于自己知识结构的缺失，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。--问答部分去中心化的系统中，到底是谁在发行货币？是无限量发行吗？比特币的货币是通过挖矿（工作量证明）来发行的，总数量是通过程序写死了2100万个，而第一笔区块奖励也是硬编码写死的。矿工挖出一个区块所获得的奖励，每隔21万个区块将减少一半，按照平均10分钟挖出一个区块的执行效率，也就就说差不多每四年会锐减一次。2009年1月起每个区块奖励50个比特币，2012年11月减半为每个区块25个比特币，2016年7月减半为12.5个比特币。基于这个规则，到2140年，所有比特币(20,999,999,980)将全部发行完毕，之后不会再有新的比特币产生。矿工节点的收益除了挖出区块以外还有哪些？矿工节点的收益主要由两部分组成：1）挖出新区块的奖励；2）挖出新区块内所含交易的交易费。但就目前来说，一个区块内的交易费大概只占到矿工总收入的0.5%甚至更少，大部分收益主要还是来自于挖矿所得的比特币奖励。然而，随着挖矿奖励的递减，以及每个区块中包含的交易数量增加，交易费在矿工收益中所占的比重将会逐渐增加。在2140年之后，所有的矿工收益将完全由交易费构成。是不是只有成为节点才能进行交易？、钱包、尤其是轻钱包是不是也可以挖矿？这个问题是读者问出的，可能之前也有同学提出过类似的问题，但是没有引起我足够的重视，后来发现其实我也把概念混淆了。我一并去查阅了相关资料，对节点和钱包有一些更完整的理解和定义。详细请阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》参考中心化与去中心化 https://www.douban.com/note/624421270/图说区块链 https://book.douban.com/subject/27084306/区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ https://www.zhihu.com/question/37290469 什么是比特币51%攻击？ http://8btc.com/article-1949-1.html区块链与新经济：数字货币2.0时代 https://book.douban.com/subject/26804497/詳解比特幣原理和運行機制 https://www.youtube.com/watch?v=P4seQcP77H4区块链是什么：从技术架构到哲学核心 https://v.qq.com/x/page/x0518nuh2z7_0.html区块链核心算法解析 https://book.douban.com/subject/27081206/深入理解比特幣的安全性及程式交易安全性與相關的密碼學原理 https://www.youtube.com/watch?v=3w1Tg3B_oKQ 深度了解区块链——拜占庭将军问题深入探讨 https://wallstreetcn.com/articles/338061精通比特币-挖矿与共识 http://zhibimo.com/read/wang-miao/mastering-bitcoin/Chapter08.html编辑于 2022-08-16 09:47​赞同 6845​​554 条评论​分享​收藏​喜欢

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​1,505 个回答默认排序maxdeath信息论博士，区块链博士后​ 关注更新在20191025之后，说一些新的关于区块链的发展：1，区块链的应用。首先先说央行数字货币——央行数字货币的技术其实早就成熟了，都用不到区块链，因为区块链的目的是去中心化，而央行数字货币用不到这个。当然，采用区块链的央行数字货币技术也早就有了（参见RSCoin），这里面可能会在某些环节采用区块链技术去中心化——例如货币的发行仍旧是中心化的，但是流转中的管理和验证可以通过区块链技术去中心化到其他银行。同时，据我所知，官方早就有一个数字货币研究所在研究这个很久了。我在很早就写过，从大势上，货币的数字化是必然的，但这和比特币是两码事，看起来可能会更像支付宝。然后，现在facebook来了一出libra（请参见我关于libra的文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/69941436），我觉得从很大程度上推动了这次区块链的新闻，也推动了央行数字货币的推出。libra本身只代表facebook的野心，目前来看，他们的野心很有可能不会成功，但是也许是这种野心和指明的技术方向让国家产生了紧迫感——因为就算现在libra的所有成员都退出得差不多了，libra本身也前途未卜，但是万一类似的框架被搭起来又吸引了其他的重量级成员加入，那么国家在这上面就失去了主导权。因此，根据最近的新闻，央行的数字货币应该已经非常接近了。但这点，并不足以突然让“区块链”成为国家战略，这里说的区块链，一定是包含数字货币之外的其他应用的。区块链最引人遐想的应用，无疑是以“以太坊”为代表的，用区块链来做一个“全球计算机”，然后，用“智能合约”来编写在这台全球计算机上运行的软件（又被称为Dapp，即去中心化应用）。简单来说，这个全球计算机的好处在于，你可以把一切想要“去掉中间商赚差价”的事情，全都搬到这上面来做，而不需要依赖于某个大企业作为可信中心，例如银行或者互联网巨头。关于这个问题，可参见这篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/28930323然而，这种全球计算机的设想在这两年间暴露出了非常多的问题，让人看不到短期的解决希望。于是，从这次区块链的新闻中透露出来的应用方向，“不可篡改”这个区块链的特点，以及它在存证、溯源、防伪、征信等方面的作用。这个，是目前在落地上做的最成熟，也是能够实打实地看出来区块链对比于传统中心化系统优势的应用。2，区块链技术这次战略中最主要提出的，是“要掌握区块链核心技术”，那么区块链的核心技术是什么呢？区块链相关技术有很多方面，我可以把它大致分成4类：1），共识算法；2），隐私保护技术和相应密码学技术；3），智能合约相关技术；4），面向应用相关技术。其中，前三者可以认为是底层，后两者是上层。1），其中，共识算法是区块链最核心，也是整个技术发展和学术界最热衷的领域：大量的公链项目都追求共识算法的创新，同时，大量的研究者也投身于这个领域，然而，大多在国外（我之前主要研究方向也是这个领域）。这点其实并不意外——众所周知，国内很少人愿意搞基础理论研究。但是共识算法中的涵盖面非常广，其中有一个概念非常重要——有许可和无许可，有许可共识算法要求所有参与节点的身份已知，主要采用类BFT算法。而无许可共识算法则允许任何节点只要达到某些条件就能进入，无需事先在任何系统中注册身份，而POW和后来衍生出的POS以及其他许多POx类算法都在此列。前者，多用于联盟链，而后者多用于公有链。其中，两者发展至今日，在速度和延迟上的差异已经不大了，归根结底的差别就是前面说的有无许可的差别。而无许可共识算法由于无许可的特性，又引出了一个很重要的概念叫“激励机制”，比如比特币的挖矿，于是，又衍生出了“货币”。于是，就又衍生出许多非常有趣的方向，例如：ASIC矿机，链上治理，加密经济学等等。以上，哪些方向可能会被认为是这次战略中的“核心技术”呢？我个人更看好许可共识算法的相关技术，而且，这类共识算法也可能布上支付宝的道路，会摒弃很多意识形态方面的需求，追求速度更快，规模更大，使用更方便，更标准化。而非许可类的共识算法，则面临着更高的风险——首先，对于“币”这个事的政策并不明确；其次，在之前所说的应用方向上，公有链相对于联盟链并没有显著的优势。2），其实区块链技术本身采用的密码学技术并不高深也不复杂，无非是哈希函数和数字签名这两个非常经典和简单的密码学工具而已。然而，由于区块链技术和密码学天生的契合性（大部分早期研究区块链的学者都来自于密码学领域），同时，由于“加密货币”这个词，即：cryptocurrency，（注：在英文中，这个词被用来指代所有类似于比特币之类的货币，而不是中文领域中常用的“数字货币”），导致大部分人都认为密码学天生和区块链是联系到一起的。实际上，区块链技术本身并用不到特别先进的密码学工具（当然，一些新的共识算法中采用了一些新的密码学工具）。但是，其中最重要的密码学挑战，是隐私保护技术，而其中，可能会用到的，包括零知识证明，同态加密等目前还在发展之中的密码学工具。这点，其实并不是区块链本身的需求，但又和区块链紧紧联系在一起——原因，还得说回之前区块链的性质和区块链的应用上：首先，区块链最大的特点是所有上链的数据必须通过所有节点的验证，然而，如果区块链得到了大规模应用，这就代表了所有的节点都会获取所有的数据。好吧，我们现在不信任中心，有很大的一部分原因是中心获取了我们所有的数据，而现在倒好，用了区块链去中心之后，所有人都可以获取我们所有的数据了。因此，如何在能够保证隐私的同时还可以享受区块链带来的去中心化优势呢？这需要所有节点能够在不知道数据内容的情况下，还能够对数据的有效性进行验证，例如：在不知道你是谁，具体有多少钱，你想要支出多少钱的情况下，验证你确实有一笔钱可以来完成这笔支出……这听起来像是天方夜谭，然而，实际上我们有一种密码学工具可以实现它——叫做零知识证明。然而，目前零知识证明尽管一直在发展，但是目前仍存在很大的局限性，这种局限性是效率——我们有了一些高效的证明方式，例如：我们可以很快地证明某个未知的数比另一个已知数大，或者我们可以证明某个未知的值来自于某个集合。然而，这些高效的零知识证明，还不足以覆盖区块链的所有应用。因此，可想而知，这些新加密技术，尽管不是区块链技术中的必须品，却是区块链技术能够得到广泛应用的必需品，所以一定是“核心技术”中的一部分。3），智能合约相关的技术，实际上包括语言，包括编译……这些，实际上相当于是当我们已经有了区块链作为底层之后，如何使用它的问题。在这上面目前还没有一个非常明确的方向，因为，其实目前在尝试的思路有几种：i，以太坊式的，高度自由的图灵完备的系统。然而问题是，写程序太容易出错了，而且出错的代价太大。ii，Hyperledger-fabric式的，高度模块化的系统，然而，极度复杂，复杂到想要采用HF的公司，要么放弃，要么花钱请IBM的人帮他们做。iii，Libra式的，专注于某项应用的系统，例如libra的move语言就明白地说了，我们不追求图灵完备，我们的目标是做一个更方便于实现各种金融场景的语言——这可能是个趋势，但是还没有经过足够的检验。这些方向，在目前的尝试还很少。大部分区块链项目仍旧采用以太坊式的系统，或者加以改进。然而，我认为这一点很有可能成为“区块链的核心技术”中最重要的部分——因为一旦区块链上升到了国家战略的高度，那么势必会诞生大量的需求、场景和用户，于是才会有充分的尝试和实现的平台。由此，可能会衍生出一个最适合区块链的语言和开发工具，而这个，会如同OS一样，成为一个新的世界范围内的标准。而从目前来看，在其他的区块链项目都在挣扎着寻求落地的时候，可能只有中国有这样的土壤能够诞生出这样的标准。这大概就是把区块链作为国家战略的原因。4），应用相关的技术。其实在区块链应用方面最大的技术难点并不在技术上。例如：区块链存证，如果我们做一条联盟链将相关各方作为共识节点然后把证据上链，那么，这个证据就是无法篡改的了。这道理大家都懂，然而问题在于：谁来做这个事呢？证据怎么数字化？怎么运行区块链？给出数据我的好处在哪里？最重要的是，谁掏钱？区块链目前落地最大的难点，在于其相比传统的中心化方案，除了在存证，溯源方面的一些场景下，找不到明显的优势，也就找不到可行的商业模式。于是，也就很难通过市场的方式推行出去，近两年币市的低迷已经证明了这一点。然而，这一切都会在国家的支持下产生变化，于是，就如同中国互联网产业从模仿学习国外到开始向外输出抖音一样，中国希望能在区块链领域，能够激发出更多的尝试和场景。于是，在这些场景中，我们会积累相关的经验、技术和商业模式，从而将这种模式在出口到国外去，而这点，也会是区块链核心技术中非常重要的部分。——————————————————————————————首先要搞清一个问题——比特币是区块链，但是区块链并不是比特币。于是，在区块链的这个问题回答里，提到“矿工”，“挖矿”，“最长链”，“分叉”等等词的，其实都不准确。写一点上个月讲课的内容——个人觉得大部分的回答，包括google搜出来的或者wiki的，都不能很好地解释区块链是个什么东西。因为讲比特币的人很多，懂比特币的人也很多，但是具体到区块链，现在并没有一个很清楚的定义说什么是区块链，基本上所有的介绍里都是这样的：比特币——〉区块链是比特币的底层技术。或者比特币——〉比特币是一种区块链。具体到什么是区块链的问题，目前没有看到很好的定义和介绍，更多的是大而化之地讲区块链的意义在哪里的空泛文章，要不然就是一水的矿工和挖矿。所以我来从纯理论角度说一下我个人对区块链的定义：1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。具有以上三个性质的系统，就是区块链。1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。这里的要点有两个：（1）分布式，（2）非安全环境。首先，这是一个分布式的，去中心化的系统。所以，有一个中心服务器或者节点的，不是区块链。节点都是安全的，无恶意的，那这不是区块链。同理，从应用的角度讲，如果你的应用必须要使用中心节点（例如要用超级计算机做深度学习）或者没必要考虑节点不安全的情况（例如某个安全的工厂里的传感器），那么并不需要考虑区块链技术。至于后面的词“数据库”，目前大部分成熟的区块链都是数据库，例如比特币就是一个分布式账本，而账本其实就是数据。然后，根据数据的格式，又可以分三种——1，数据是完全不相关的，只是达成的共识，没有有效无效之分；2，数据有某些逻辑结构，例如账本中，一笔交易实际上除了金额，还有输入和输出，连接到之前的交易，这些数据需要通过逻辑验证（例如交易中，节点需要验证输入的交易是否有效）；3，数据拥有图灵完备的逻辑，而验证的时候需要通过节点使用算力运算，每笔交易可以有不同的输出和状态，每个节点要做的不仅仅是验证交易的真实性和输入的正确性，还要根据交易里的逻辑读入数值，进行验算然后再验证结果。比特币的系统就是第二种，又叫分布式账本；以太坊是第三种。第三种可以支持智能合约。用比特币举例的话，1，它是一个完全去中心化的系统，2，它放在一个非安全的环境，它并不要求所有使用比特币的人都没有恶意。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。这个是误解最多的部分，因为很多人一提到区块链就只觉得是这个。诚然，这部分很重要，而且确实区块链也因此得名，但这只是区块链的定义的一部分。这个部分的两个核心要点是：（1）密码学哈希函数，（2）非对称加密。两个都是密码学的基础概念，网上都有非常清晰的定义，我只简单说下：（密码学）哈希函数：一个函数Y=H(X)，有如下性质：1，有X可以很容易算出Y；2，有Y不可能算出X；3，有Y不可能找到另一个X'使得H(X')=Y；3.5，如果X和X'相差很小，H(X)和H(X')则完全不相关。这东西主要用于验证信息完整性——在一个信息后面放上这个信息的哈希值，这个值很小，例如256bit，而且计算方便。收到信息之后收信人再算一遍哈希值，对比两者就知道这条信息是否被篡改过了。如果被篡改过，哪怕只有一bit，整个哈希值也会截然不同。而根据哈希函数的性质，没有人能够伪造出另一个消息具有同样的哈希值，也就是说篡改过的数据完全不可能通过哈希校验。非对称加密：这东西很好理解——对称加密就是有个密钥，可以理解成保险箱钥匙，你把消息加密变成密文，没有人能看懂这是啥，然后同一把钥匙解密成原来的消息。非对称加密就是有两把钥匙，一把叫公钥，一把叫私钥，用其中一把加密的话，只能用另一把解密，反之亦然。另一个重要的性质是，给你密文，明文和其中一把钥匙，你还是解不出来另一把钥匙是啥。原理基本上是基于一些困难数学问题，例如因数分解和离散对数，常用的有RSA，Diffie-Hellman和ECC（椭圆曲线），比特币用的是椭圆曲线。非对称加密除了和对称加密一样用于信息加密之外，还有另一个用途，就是身份验证。因为通常情况我们假设一对公私钥，公钥是公开的，而私钥只有本人有，于是一个人如果有对应的私钥，我们就可以认定他是本人。其中一个重要的应用就是数字签名——某个消息后面，发信人对这个消息做哈希运算，然后用私钥加密。接着收信人首先对消息进行哈希运算，接着用相应的公钥解密数字签名，再对比两个哈希值，如果相同，就代表这个消息是本人发出的而且没有被篡改过。以上是基础知识，至于区块链怎么实现的，很简单：交易（数据）写在区块里。第一个区块叫创世区块，写啥都行。从第二个区块开始，每个区块的第一部分有前一区块的哈希值。此外，区块里的每一笔交易（数据），都有发起人的数字签名来保证真实性和合法性。于是，先前区块里的任何数据都不可被篡改，原因见上。到这为止有人可能会问：为什么要弄个链啊？直接所有数据加个哈希值不就行了？因为——这个数据库并不是静止的啊。数据库的数据是会增加的，而每次增加的数据，就是一个区块，于是这些生成时间不同的区块，就以这种形式链在一起了。至于如何增加区块，就涉及到第三个部分——共识算法。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。共识算法的目的，就是让所有节点对于新增区块达成共识，也就是说，所有人都要认可新增的区块。对于有中心的系统，这事很简单，中心说什么大家同意就好了，但是放到去中心化系统里，尤其是当有些节点有恶意的时候，这东西非常复杂，计算机科学里有个相应的问题，叫做“拜占庭将军问题”或者“拜占庭容错”（BFT）。有很多用Lamport给出的那个例子来讲BFT的东西，我在这里换一个角度。Lamport大神当年提出这个问题的时候在斯坦福研究中心给NASA做项目，他提出这个问题的原因并不是考虑类似比特币的应用场景（整个互联网成千上万个用户），而是考虑特殊背景下的一个简单的系统——航天飞机的控制系统。如果有航空背景的同学可能知道，飞机有三套独立的控制系统，为什么呢？因为任何系统都不可能完全不出故障，就算飞机控制系统的故障率已经极低了，还是有飞到一半这东西坏了的可能。于是我们可以弄两套独立的系统，同时坏掉的几率就会大大降低。可是两套独立的系统还是不足以容下一个系统的错误——一架飞机迎面飞来，两套系统一个说要躲，一个说不躲，那到底是躲还是不躲呢？所以我们需要三台独立的系统，这样，如果有一个系统有故障了，还有两台能正常工作，能少数服从多数给出正确的结果。学过纠错码的同学对这个应该不陌生，这个系统的输出之间的汉明间距是3，所以可以纠正一位的错误。然而，对于航天飞机，在冷战的背景下，万一某个系统不是坏掉了，而是被敌人控制了呢？三套系统还够吗？答案是否定的，因为不同于单纯只是坏掉的节点，恶意节点可以做一些别的事来阻止整个系统达成共识。这个部分略复杂要讲的话要单开一帖，所以我们只说最简单的情况（无签名同步系统）。我们管三个系统叫ABC，正常工作流程是三个人每次得出结果就互相告诉一下，然后每个人选多数人同意的结果。这是个没有中央节点的分布式系统，也就是说三人不能聚在一起开个会啥的，仨人只能两两通信。这个时候，假设C有恶意，它的目标是破坏这个系统。于是，假设正确的读数是1，A和B都得出了1这个结果，这个时候C这个小婊砸告诉A说“我的结果是0，B也觉得是0”，同时打个电话跟B说“哎我觉得是0，A也这么说”，于是A和B就懵逼了。假设你是A，你听到了两个不同版本的B的答案，B说自己选了1，C说B选了0，可是A这个时候没法知道B和C谁才是那个骗了自己的小婊砸，因为如果B真的告诉A选了1然后告诉C是0，他听到的结果和现在是一模一样的。于是结论是，拜占庭容错，也就是需要容下一个恶意系统而非错误系统，需要4个独立系统。（当然，签名可以解决这个问题，但是这只是同步系统的情况，在异步系统里这问题会变得更加复杂，原因是正常节点的回答有延迟，而恶意节点可以不回复，所以，正常节点一方面要等另一个节点的回复，但是它又不知道对方会不会回复因为对方有可能会有恶意，而在收到回复之前，它完全没法判断对方是正常节点还是恶意节点，这个问题叫异步BFT，也是BFT的最复杂的情况，这里不再做更多的解释，下文提到的BFT算法，其实都是异步BFT的算法）Lamport提出这个问题之后，有无数的算法被提出来，统称BFT（拜占庭容错）算法，其中最有代表性的叫PBFT，然后由于最近区块链的热度，无数针对区块链应用场景优化过的BFT算法也涌现出来，但是一个重要的问题是，所有目前的BFT算法，都只能应用在小型网络里。原因很简单——因为BFT这个问题是设计给类似于航天飞机控制系统这样的场景的，早期的算法考虑的也主要是这种场景。PBFT论文里考虑的就是一个5个节点的系统。就算算上新提出的BFT算法，也最多应用在不超过100个节点的网络里。这个问题被搁置了很久，直到比特币的诞生——中本聪从某种意义上简化了这个问题，在比特币中，同样是共识问题，中本聪引入了一个重要的假设——奖励，他之所以能这样做的原因是，他考虑的是一个数字货币，也就是说共识这个东西是有价值的。于是在这样的系统上，他提出了工作证明机制。所有挖矿，矿工，最长链，分叉等等等等，都可以归结为一句话：说话是要有代价的，说真话是有好处的，说假话是要扣钱的……这就是目前两类共识算法的核心区别：BFT共识模型：恶意节点可以干任何事。比特币共识模型：模型中有公认的“价值”，每个节点说话都需要一定代价，诚实节点会受到奖励，而恶意节点由于只付出代价而收不到奖励，变相受到了惩罚。也就是说，BFT共识模型其实涵盖了比特币共识模型的场景，比特币共识其实放宽了BFT共识模型的限制。比特币共识对于BFT的优势在于，由于给恶意节点的能力做了限制，恶意节点所能造成的破坏大大降低了，尤其是对于异步系统——BFT共识里恶意节点可以一直拒绝相应而诚实节点还需要一直等它（因为不知道它是不是恶意的），而对于比特币共识，随你便，你不响应就没有奖励可拿。于是，比特币共识算法可以应用于成千上万个节点，而且，任何人随时都可以加入，不需要预先在网络里注册自己的身份（而BFT算法里，网络中节点的数量和身份都必须是已知的）。但比特币共识的缺陷在于，首先，得有个有价值的东西，也就是说放在比特币里这东西还行，以太坊的话现在可能也凑合，但是其他数字货币嘛……BFT共识有个严格的限定，就是恶意节点不能超过总数的1/3，然而其实比特币共识没有这样的限制，唯一的限制就是假定大部分节点都是理性的，是逐利的，也就是会采用最佳的策略来赚取最大的价值。所以，严格来说，自私挖矿这种行为在比特币共识里是允许的，而多数攻击，其实也算不上一种攻击，因为这些都没有突破比特币共识的框架——如果这个价值无限大，比特币共识是非常可靠的。然而这并不是事实，因为并不是每个虚拟货币都和比特币一样值钱，而在价值不高的情况下，比特币共识的前提就站不住脚了——当损失可能是几千上万块钱的时候，假定每个人都是理性的是合理，但是如果损失就几分钱这个假设就相当扯淡了，事实上也发生过一个比特币矿池跑到另一个货币恶意挖矿搞垮对手的情况。此外，比特币共识是最长链共识，也就是说最长链-->大多数-->理性，于是分叉是允许的。于是导致了一些附带的问题，例如，如果网络有延迟，你怎么知道你手里那条链是整个网络里当前的最长链呢？于是，如果需要传输的数据多，那么延迟加大。延迟加大，那么越多的人手里的链并不是全网络的最长链。于是，全网络的最长链，就没法代表大多数。这就打破了比特币共识的根本，这也是为什么比特币区块频率是10分钟一块的原因。比特币目前有个著名的7币交易每秒的上限，而现在扩容闹得很厉害，以太坊的交易格式不同，也用了新的工作证明，想要改成权益证明，但这些都不本质。真正本质的是，在目前的网络条件下，如果适用全网的话，比特币共识的交易量基本上超不过100笔交易每秒这个量级。上面这几段有可能太深了，简单来说，BFT共识和比特币共识的区别可以这么理解：BFT共识：来，大家开个会讨论一下集思广益啊，讨论出大家都满意的结果为止。问题：开会的效率大家都懂，人越多越不容易出结果。只能用于少数节点，用于上千个节点的话……大家想象一下一天开一次人大的场景。比特币共识：你的诗念得不错，组织已经决定了，今天就你来当领导了，做得好有奖，做不好扣钱。问题：奖励几千块钱还好，奖励几分钱谁好好干？而区块链也就因此被分成了泾渭分明的两类，很多人都听过什么公有链私有链联盟链，但是，如果你们以为这是根据应用区分的就大错特错，其实，这两种区块链最本质的区别，还是因为共识模型或者说算法不同——BFT算法没法应用于大量节点，所以用BFT算法的就没法做公有链。而比特币共识得有个价值体系，这东西去做私有链联盟链就很不靠谱，因为一个单纯逐利的人的假设还算靠谱，但是如果对象是公司的话，公司的利益就太复杂了，不能简单认为他们只追逐区块链上那点价值。1，公有链，以比特币，以太坊和所有虚拟货币为代表，都采用比特币共识，共识算法基本上都采用工作证明机制，也就是挖矿那些，这种机制其他回答里已经讲得够清楚了，就略过。工作证明一切都好，除了费电……费多少电呢？差不多和一个百万人级别的城市那么多。此外以太坊的创始人特别喜欢权益证明，似乎很快要小范围投入使用（100个区块里一个用权益证明）。但是目前为止，大家对这东西的可靠性还持观望态度。2，私有链和联盟链。以IBM的hyperledger-fabric，以及一大堆其他的类似于tendermint，甚至R3 corda和ripple为代表，都用BFT共识。其实这方面的应用已经很多了，问题是，1，目前基本上所有应用给人的感觉都还是为了做区块链而区块链，真的觉得这东西好到不可或缺的应用还基本没有。2，由于为了区块链而区块链，其实很多场景的安全性和可靠性还值得怀疑，这点经常被被公有链的支持者诟病。嘛，以上就是个人定义的区块链了，顺带概述一下现在区块链领域的发展。之所以写这个帖子，就是因为发现明明是问区块链的问题，所有人都在讲比特币，都在讲挖矿，都在讲工作证明……工作证明不能说过时，也的确是现在公有链唯一可靠的共识算法，但是这东西确实是业界除了比特币死忠之外谁都不想要的东西好吗……编辑于 2019-10-28 14:29​赞同 4824​​251 条评论​分享​收藏​喜欢收起​盗盗狂热追随者...​ 关注友情提醒：比特币采用区块链技术，但是区块链并不等同于比特币；全篇基于比特币底层区块链技术讲述，所以，部分模型可能不适用于以太坊等。另外，由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，如果让你觉得困惑，可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后，也是受限于自己知识结构的不完整，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。另外，作为一篇科普性文章，大家可以随意转载，注明这篇文章的出处和作者即可，无需再单独私信询问。---首先不要把区块链想的过于高深，他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上（中心化的特征），区块链认为，任何有能力架设服务器节点的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的节点，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点；一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。 上图中，高亮的点就是区块链系统中分布在全球各地的一个个节点；而这些节点可以简单理解为一台服务器服务器集群为了更简单的阐述那篇文章所构建的世界观，文中所讨论的节点全部粗暴的理解为官方参考实现节点，即最标准的一种节点类型，这些节点不仅可以参与挖矿共识、还可以数据存储和数据点对点传递；不涉及其他复杂的节点类型。关于节点的分类，可以阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》# 问题的由来我们反复提到区块链是一个去中心化的系统，确实，「去中心化」在区块链世界里面是一个很重要的概念，很多模型（比如账本的维护、货币的发行、时间戳的设计、网络的维护、节点间的竞争等等等等）的设计都依赖于这个中心思想，那到底什么是去中心化呢？在解释真正去中心化之前，我们还是先简单了解下什么是中心化吧。中心化？回忆一下你在网上购买一本书的流程：第一步，你下单并把钱打给支付宝；第二步，支付宝收款后通知卖家可以发货了；第三步，卖家收到支付宝通知之后给你发货；第四步，你收到书之后，觉得满意，在支付宝上选择确认收货；第五步，支付宝收到通知，把款项打给卖家。流程结束。你会发现，虽然你是在跟卖家做交易，但是，所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于：万一哪个环节出问题，卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助，让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型，它的价值显著，就是建立权威，通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”，真的可以嘛？！假如说，支付宝程序发生重大BUG，导致一段时间内的转账记录全部丢失，或者更彻底一点，支付宝的服务器被ISIS恐怖组织的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去，这个时候，你就成了刀殂上的鱼肉；支付宝有良心，会勉为其难承认你刚刚转账的事实，但他不承认你也没辙，因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威，也就意味着逐渐丧失自己的话语权。去中心化？那么去中心化的形态是什么样子呢？还是拿刚才那个例子继续，我们构建一个极简的去中心化的交易系统，看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。第一步，你下单并把钱打给卖家；第二步，你将这条转账信息记录在自己账本上；第三步，你将这条转账信息广播出去；第四步，卖家和支付宝在收到你的转账信息之后，在他们自己的账本上分别记录；第五步，卖家发货，同时将发货的事实记录在自己的账本上；第六步，卖家把这条事实记录广播出去；第七步，你和支付宝收到这条事实记录，在自己的账本上分别记录；第八步，你收到书籍。至此，交易流程走完。刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生，因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录，支付宝的账本服务器坏了，对不起卖家的账本还存在，我的账本还存在；这些都是这笔交易真实发生的铁证。当然，在这套极简的交易系统中，你已经发现了诸多漏洞和不理解，比如说三方当中有一个是坏人，他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办；又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述，因为暂时跟主线不相关，感兴趣的同学可以去Google或者百度一下，你只需要知道，在我们下面即将展开讲到的区块链系统中，通过巧妙的设计，足以解决上述存在的BUG。既然话已说到这份上，相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——分布式存储，通过多地备份，制造数据冗余让所有人都有能力都去维护共同一份数据库让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为在我看来，你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西，外人看起来高大上、深不可测，但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然，这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。如果你差不多认同上面的观点，那我们应该基本上可以达成共识，分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接，形成一张密密麻麻的网络；以巧妙的机制，通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。哈哈，说的轻巧，“交易数据这么重要的东西，在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递，数据的一致性和安全性谁来保证，如果说互相监督，他们到底怎么做到？”好了，不卖关子了，下面让我们围绕这个最最最最直接的问题开始进入到真正区块链的世界，抽丝剥茧看看它到底是如何一步一步形成的，又是如何一步一步稳定运转。# 从全球节点到交易数据这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时，文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照：首先，将区块作为最小单位体，讲述极简区块链系统是如何运转的；接着，进入到比区块更小单位体——交易记录，理解区块链是如何处理数据的；最后，将所有知识点柔和在一起，重回到区块和区块链，完整讲述整个工作流程。希望你在这个引导和结构下有一个比较好的阅读体验。Let's go~# 区块，混沌世界的起源既然已经达成共识，所以，我们事先构建好了一个去中心化的P2P网络；同时，为了让读者朋友们听起来更轻松，我先粗暴的规定在这个极简的区块链系统里，每十分钟有且仅产生一笔交易。故事继续，在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块（你可以将区块想象为一个盒子），这个区块里放着一些数字货币以及一张小纸条，小纸条上记录了这十分钟内产生的那唯一一笔交易信息，比如说——“小A转账给了小B100元”；当然，这段信息肯定是被加密处理过的，为的就是保证只有小A和小B（通过他们手上的钥匙）才有能力解读里面真正的内容。这个神奇的区块被创造出来之后，很快被埋在了地底下，至于埋在哪里？没有一个人知道，所以需要所有计算机节点一起参与进来掘地三尺后才有可能找到（找到一个有效的工作量证明）。显然，这是一件工作量巨大、成果随机的事件。但是呢，对于计算机节点来说，一旦从地底下挖出这个区块，他将获得区块内价值不菲的数字货币，以及“小A转账给了小B100元”过程中小A所支付的小费。同时，对于这个节点来说，也只有他才有权利真正记录小纸条里的内容，这是一份荣耀，而其他节点相当于只能使用它的复制品，一个已经没有数字货币加持的副本。当然这个神奇的区块还有一些其他很特别的地方，后面我们会再细细聊。为了更好的描述，我们将计算机节点从地底下挖出区块的过程叫做「挖矿」，刚才说了，这是一件工作量巨大、运气成分较多、但收益丰厚的事儿。过了一会儿，来自中国上海浦东新区张衡路上的一个节点突然跳出来很兴奋的说：“ 我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！” 。虽然此刻张衡路节点已经拿到了数字货币，但对于其他计算机节点来说，因为这里面还涉及到其他一些利益瓜葛，他们不会选择默认相信张衡路节点所说的话；基于陌生节点彼此不信任的原则，他们拿过张衡路节点所谓挖到的区块（副本），开始校验区块内的小纸条信息是否真实有效等等。在区块链世界里，节点们正是通过校验小纸条信息的准确性，或间接或直接判断成功挖出区块的节点是否撒谎。（如何定义小纸条信息真实有效，后面会讲解，这里暂不做赘述）。在校验过程中，各个节点们会直接通过下面两个行为表达自己对张衡路节点的认同（准确无误）和态度：停止已经进行了一半甚至99.99%的挖矿进程；将张衡路节点成功挖出的区块（副本）追加到自己区块链的末尾。你可以稍微有点困惑：停止可能已经执行了99.99%的挖矿行为，那之前99.99%的工作不是就白做了嘛？！然后，区块链的末尾又是个什么鬼东西？对于第一个困惑。我想说，你说的一点没错，但是没办法，现实就是这么残酷，即便工作做了99.99%，那也得放弃，这99.99%的工作劳苦几乎可以视为无用功，绝对的伤财劳众。第二个困惑，区块链和区块链的末尾是什么鬼？这里因为事先并没有讲清楚，但是你可以简单想象一下：区块是周期性不断的产生和不断的被挖出来，一个计算机节点可能事先已经执行了N次“从别人手上拿过区块 -> 校验小纸条有效性”的流程，肯定在自己的节点上早已经存放了N个区块，这些区块会按照时间顺序整齐的一字排列成为一个链状。没错，这个链条，就是你一直以来认为的那个区块链。如果你还是不能够理解，没关系，文章后面还会有很多次机会深入研究。# 走进区块内，探索消息的本质上面我们构建了一个最简单的区块链世界的模型，相信大多数同学都已经轻松掌握了。但是别骄傲也别着急，这还只是一些皮毛中的皮毛，坐好，下面我们准备开车了。前面我们说到“大概每十分钟会凭空产生一个神奇的区块，这个区块里放了一张小纸条，上面记录了这十分钟内产生的这唯一一笔交易信息”。显然，十分钟内产生的交易肯定远不止一条，可能是上万条，这上万条数据在区块链世界是如何组织和处理的呢？另外，为什么在纸条上记录的只是某一次的交易信息，而不是某一个人的余额？余额好像更符合我们现实世界的理解才对。既然存在这样那样的疑问。现在我们就把视线暂时从“区块”、“区块链”这些看起来似乎较大实体的物质中移开，进入到区块内更微观的世界里一探究竟，看看小纸条到底是怎么一回事，它的产生以及它终其一生的使命：发起交易的时候，发起人会收到一张小纸条，他需要将交易记录比如说“盗盗转账给张三40元”写在纸上。说来也神奇，当写完的那一刹那，在小纸条的背面会自动将这段交易记录格式化成至少包含了“输入值”和“输出值”这两个重要字段；“输入值”用于记录数字货币的有效来源，“输出值”记录着数字货币发往的对象。刚刚创建的小纸条立马被标记成为“未确认”的小纸条。从地下成功挖出区块并最终连接到区块链里的小纸条一开始会被标记为“有效”。若这条有效的小纸条作为其他交易的输入值被使用，那么，这个有效的小纸条很快会被标记为“无效”。因为各种原因，区块从链上断开、丢弃，曾经这个区块内被标记为“有效”的小纸条会被重新标记为“未确认”。区块链里面没有账户余额的概念，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息；通过简单的加减法运算获知你数字钱包里的余额。上面的1、2、3仅仅作为结论一开始强行灌输给你的知识点，其中有几个描述可能会有点绕，让你觉得云里雾里，没有关系，因为我们立刻、马上就开始会细说里面的细枝末节。上图，是区块内，盗盗在一张小纸条上记录下的交易信息，后被格式化的呈现上图就是从无数打包进区块内的小纸条中，抽取出来的一张，以及它最终被格式化后的缩影。单看右侧的图可能很容易产生误会，虽然看起来有多行，但实际上就是“盗盗转账给张三40个比特币”这一条交易数据另外的一种呈现形态。因为区块链世界里面这么规定，每一条交易记录，必须有能力追溯到交易发起者 发起这笔交易、其中所涉及金额的上一笔全部交易信息；即这笔钱从何而来的问题。这其实很容易理解，在去中心化的网络中，通过建立交易链、和通过交易链上的可溯源性间接保证数据安全和有效。我们继续看，在区块链世界里，我们是如何仅通过“盗盗转账给张三40个比特币” 这条交易信息完成转账流程的。其实跟现实中你在路边买一个包子的流程大抵上相同。第一步：判断是否有足够的余额完成交易这里我们再一次重申，在比特币的区块链世界里是没有余额的概念（以太坊的底层区块链有余额概念），余额是通过简单数字的加减最终获得，你拥有所谓的数字货币实际上是因为你拥一条交易记录，即 “盗盗转账给张三40个比特币”！这里，我们还是拿这条记录说事：追溯“输出值”是“盗盗”相关的全部有效交易记录作为，对有效交易中的数字进行简单求和，判断是否大于等于40，如果确实大于等于，则将这些有效的交易记录合并形成一条新的交易记录（如下图）。如果小于40，其实可以不需要再继续往下探讨。就上图的例子，我们追溯到曾经转账给盗盗的有效交易记录有“小A转账给盗盗10 btc”、“小B转账给盗盗20 btc”、“小C转账给盗盗 25 btc”，我们需要将这三条交易记录合并成一条更复杂描述的交易记录，即 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc ) 转账给张三40 btc ”第二步：判断是否需要找零对追溯到的有效交易数字求和，如果发现大于需要支付的金额，需要将多出的数字重新支付给自己，相当于找零。对应生成了一条全新的交易记录（如下图）。就上图例子来说，我们最后合并成的交易记录 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc + 盗盗转账给盗盗15 btc ) 转账给张三40 btc ” 事实上等同于“盗盗转账给张三40 btc”。其中“盗盗转账给盗盗15 btc”就可以理解找零。第三步：发出去，让全球节点认同和备份小纸条这条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块，埋到地下，等待节点挖出来，一旦区块被挖矿成功，并且该区块最终被连在了区块链的主链上。张三将最终拥有了这条交易记录，而先前的“小A转账给盗盗10 btc” 、“小B转账给盗盗20 btc” 、“小C转账给盗盗25 btc”都将被视为已经使用过的交易记录——从此被贴上“无效”的标签，意味着这些交易记录将永远不会再被追溯到。我们最后一次重申，只是希望让你加深印象：拥有数字货币=拥有交易记录！通过设计巧妙的精巧密码学保证数据安全记录着交易信息的小纸条借助区块这个载体，在分布式的网络中以不同的轨迹错综复杂的传递，我们前面说了，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息，而不是你常规意义上理解的货币。所以这个过程就需要重点解决两个问题：接受到的这条交易记录在传输过程没有被其他人所篡改接受到的这条交易记录确实是由发起交易的人所创造在这里，我们需要事先引入两个知识点，可能稍微有点难消化，但都是计算机领域较为成熟的和基础的概念。第一个知识点：SHA256()函数。你只需要知道，任意长度的字符串、甚至文件体本身经过SHA256函数工厂的加工，都会输出一个固定长度的字符串；同时，输入的字符串或者文件稍微做一丢丢的改动，SHA256() 函数给出的输出结果都将发生翻天覆地的改变。注意，SHA256()函数是公开的，任何人都能使用。上图，仅仅一个小数点的变化，输出的结果已经翻天覆地第二个知识点：非对称加密。你也只需要了解，任何人手里都有两把钥匙，其中一把只有自己知道，叫做“私钥”，以及一把可以公布于众，叫做“公钥”；通过私钥加密的信息，必须通过公钥才能解密，连自己的私钥也无解。公钥可以通过私钥生成多把。有了这些知识点的加持，上面两个问题开始变得有解。下面我们来看下内部是如何扭转和工作的吧，这里拿“小A 转账给了小B 100元钱” 举例： 第一步：小A会先用SHA256函数对自己的小纸条进行处理，得到一个固定长度的字符串，这个字符串就等价于这张小纸条。第二步：小A使用只有自己知道的那一把私钥，对上面固定长度的字符串进行再加密，生成一份名叫数字签名的字符串，这份数字签名能够充分证明是基于这张小纸条的。你可以这么理解，在现实中，你需要对某一份合同的签署，万一有人拿你曾经在其他地方留下的签名复制粘贴过来怎么办？！最好的办法，就是在你每一次签名的时候，故意在字迹当中留下一些同这份合同存在某种信息关联的小细节，通过对小细节的观察可以知道这个签名有没有被移花接木。步骤一和步骤二的结合就是为了生成这样一份有且仅针对这条小纸条有效的签名。第三步：小A将「明文的小纸条」、刚刚加密成功的「数字签名」，以及自己那把可以公布于众的「公钥」打包一起发给小B。第四步：当小B收这三样东西，首先会将明文的小纸条进行SHA256()处理，得到一个字符串，我们将其命名为“字符串2”。然后，小B使用小A公布的公钥，对发过来的数字签名进行解密，得到另外一个“字符串1”。通过比对“字符串1”和“字符串2”的一致性，便可充分证明：小B接受到的小纸条就是小A发出来的小纸条，这张小纸条在中途没有被其他人所篡改；且这张小纸条确实是由小A所编辑。可以看得出来，加解密的过程几乎是一环套一环，中途任何环节被篡改，结果都是大相径庭。借助这一连串的机制，其实已经能够很好的在公开、匿名、彼此不信任的分布式网络环境中解决数字交易过程中可能遇到的很多问题。这个环节可能确实有点难理解，现在，我需要你停下来，静下心，花上几分钟闭目慢慢回味其中设计精湛的地方。掌握了这部分知识以后，我们在这里回答一下前面没有解释清楚的问题，「节点对区块的检验」检验的到底是什么？实际上就是：检验区块内的交易记录签名是否准确（是否被篡改）检验区块内的交易记录输入值是否“有效”（是否使用过）检验区块内的交易记录输入值的数字之和是否大于等于输出值的数字…# 重回“区块”和“区块链”的世界好了，对小纸条和交易记录的研究我们点到为止，其实信息量已经是巨大的了，让我们合上盖子，重回较大的实体、继续聊聊“区块”和“区块链”的话题。还记得，咱们在一开始讲到关于区块的特征吗？区块创造后被埋在地下，需要经过节点们马不停蹄的挖采、而且是凭运气的挖采才有可能获得——不仅仅如此，事实上他还有其他很多神奇的地方，比如说：凭空产生的区块在刚刚创建的时候会形成一股强大的黑洞效应，它会尝试将这段时间全世界各个节点上产生的所有小纸条（交易记录）统统吸进来；在合上区块盖子之前，同时会在区块内放上一些数字货币以及其他一些东西。区块拥有一个唯一的ID，但它只会在这个区块被节点成功从地下挖出来之后创建。这个ID至少会跟「区块内所有小纸条的集合」、「即将与之相连的上一个区块ID」以及「挖矿节点的运气值」等因素相关。既然前面我们已经简单了解了“SHA256()函数”这个东西，这里不妨透露给大家：“区块ID = SHA256(‘区块内所有小纸条的集合’+’即将与之相连的上一个区块ID’+‘挖矿节点的运气值’+’…’)” ；基于先前掌握的知识，然后你应该知道区块内任意一张小纸条的信息稍微做改动、或者节点挖矿运气好一点坏一点等等，当前区块的ID都会 “ biu~ ”的发生改变。基于上述1、2点，如果阅读足够仔细的同学可能会有些头大。在文章开头为了更好的描述，我在设计简化区块链系统的时候故意模棱两可了几个概念，这也许已经误导到了部分同学。这里不得不停下来和你一起修正下之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲道，“在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块”。如何正确去理解这句话呢？——拥有上帝之眼的你，可以这么拆解问题、看待问题：同一个周期内，全网并不是产生唯一的一个区块等待挖掘；每个节点事实上都在周期性的创造区块和挖出区块；只是在某一个节点的视野里，它不能感知到另外一个节点上区块的产生。为何这里要特别强调“在某一个节点的视野里”，就是因为我们刚刚讲到，从区块的视角来说，区块的凭空产生，是基于即将与之相连的上一个区块ID；而从节点的视角来看，区块的凭空产生是基于当前节点区块链末尾的那个区块ID产生的。全网会尽力控制在一个周期内只有一个节点能够成功挖出区块，但是不能够完全避免多个节点同时挖出区块的可能性；如何尽力控制？比如说，当大伙挖矿的热情高涨、工作效率提高，区块会被埋在更深更广的地方等。简而言之，通过提高工作难度，来维持这个平衡。另外，值得注意的：产生区块、挖出区块、校验区块，他们的时间周期近乎相同。对于想从技术角度更加深入理解“区块”、“挖矿”本质的同学们，你们可以移步至我的专栏《探索比特币“挖矿”和“区块”的数学本质》，其中涉及到一些比较复杂的数学和技术细节，相信阅读完那部分内容之后，你对区块链会有更加透彻的认知。当然，对于绝大多数的吃瓜群众，看完那边内容可能会让你更加困惑，如果你不是十分的喜欢追根究底的话，我建议你还是直接选择跳过那块吧。至少在我看来，即便少了那部分内容，也不影响我们去理解区块链的魅力。分叉现在，我们终于对“区块”这个概念有了更全面的认识，文章开头讲的故事就可以继续展开来絮叨絮叨：假如几乎同一时间，「中国上海浦东新区张衡路」上的节点和「美国纽约曼哈顿第五大道」上的节点异口同声喊出来：“我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！”。其他节点也几乎同时参与了对这两个区块的校验，结果发现这俩都没毛病，各节点也开始犯困，因为在他们的视野里他们并不清楚最后哪一个区块应该会被主链接纳。算了！都连在自己区块链尾巴上吧，这时尴尬了，区块链硬生生的被分叉了！产生分叉你肯定在想，那还得了，这种情况继续下去，每个节点的区块以及他们整理维护的小纸条都将变得不一样，这已经严重违背了区块链世界里第一大最基本原则——所有节点共同维护同一份数据。所以，为了解决这个问题，区块链世界引入了一条新的规则——拥有最多区块的支链将是真正被认可有价值的，较短的支链将会被直接Kill掉。我们大伙都知道挖矿的过程存在巨大的工作量（如果没有任何难度，把区块扔在人群中，必然同一时间发现区块的节点数量将大大增加，也就会产生无数的支链，通过这个例子，你大概也就能够明白，比特币的区块链世界为什么需要设置工作难度了吧），并且在计算机的硅基世界里，不可能出现所谓 “同时” 的概念，哪怕纳秒的差别，那也总是会有先后顺序。所以理论上，“分叉”的这种僵局很快会在下一个区块被挖掘出来（以及校验区块）的时候被打破，实在不行下下个，或者下下下个……总之机制可以让整个分叉的区块链世界迅速稳定下来。“分叉”这种僵局在确认下一个区块（以及校验小纸条）的时候被打破，从而整个区块链世界迅速稳定下来就上图而言，所有基于张衡路节点挖矿获得的区块以及后续区块的那条分支被视为有价值，最终会全部保留了下来；其他节点会统一效仿那个拥有更长分支链的节点所做的决策。另外，值得一提的是，同一时间，较短分支上的区块会立即丢弃，而里面的小纸条也会随之释放出来，被重新标记上“未确认”。“双花”与“51%攻击”你可能已经开始困惑或者有点兴奋，末尾几个区块的排序在修复过程中，因为时间差肯定会产生一些模棱两可的地方，这往往会给数据安全埋下一颗雷。一个最简单的假设——我记录的一张小纸条很不巧地被归在了一条较短的支链上，这条支链在竞争过程中理所当然输掉了比赛，区块被丢弃、小纸条被无情的贴上“未确认”的标签。在等待下次区块重新确认的过程中，这个时间差内，我，好像、似乎可以做点什么坏事 ԅ(¯﹃¯ԅ) ，就比如说“双花”（双花，花两次，双重支付的意思）你脑海中也许很快浮过的这样的构想，可不可能通过下面这种方法触发双花问题的产生，从而让我不劳而获：假设有一个名叫X-Man的坏家伙，他控制了一个计算机节点，这个节点拥有比地球上任何一个节点算力都强大的计算机集群。首先，X-Man事先创造了一条独立的（不去广而告之）、含有比较多区块的链条。其中一个区块里放着“X-Man转账给X-Man 1000元”的纸条。接着，X-Man跟张三购买了一部手机，他在小纸条上记录下“X-Man转账给张三1000元”。张三已经比一般的卖家谨慎了，他在这条信息被三次确认后（即三个区块被真实挖出、校验和连接）才将手机给了X-Man。按照我们之前的理解，这条交易记录已经板上钉钉永远无法被串改。X-Man拿到手机之后，按下机房的开关，试图将先前已经创造的区块链条连接在自己这个节点区块链的末尾。大功告成，X-Man拥有了一条更长的区块链条，那些较短、存放着“X-Man转账给张三1000元”的区块链，以及在区块链世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。（???）事实真的如此吗？在这里我可以很负责任的说，too young too simple，区块链世界规则的制定远比我们想象的要健全很多，还记得我们之前讲的“区块的ID至少会跟区块内所有小纸条的集合、即将与之相连的上一个区块ID、当前产生区块的时间戳以及挖矿节点的运气值等因素相关”。 在这里，正是因为打算连接到主链的过程中，主链会立马意识到，那条事先准备的链子（的第一个区块）的时间戳存在异常，不属于当前区块链世界里线性增长的时间戳，于是马上意识到这个事先准备的链子（的第一个区块）是无效的，需要重新计算。 在区块链的世界，重新计算的行为等同于把自己（节点）置身于同一个起跑线，跟世界上其他所有的节点一同竞争挖矿。你会说，我拥有更强大的计算能力，但是对不起，跟你竞争的对象并不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点，而是全球所有算力的集合，在这个集合中，你拥有的算力永远都只是一个很小的子集。所以，根据区块链算力民主、少数服从多数的基本原则，这个构想将永远不会成立。除非....你控制着全球51%的算力，这也就是区块链世界里另外一个著名的概念，叫做“51%攻击”，但这也仅仅是一个理论值，在真实世界里这样的攻击我个人觉得是很难发动起来的，这里面就牵涉到很多经济、哲学甚至政治的因素。举个最简单的例子：X-Man为了回滚刚刚发生的一笔交易记录，成功发起了51%攻击，这意味着很快整个区块链系统将会崩盘，因为这次攻击已经严重伤害到人们对这套系统的信任，接着比特币开始暴跌至几乎一文不值；但是这个拥有51%算力的X-Man原本完完全全可以通过挖矿的方式获取更多收益，购买无数的iPhone手机。那他不是脑袋不是坏了还能是啥？对51%攻击话题感兴趣的同学可以阅读这篇文章《什么是比特币51%攻击？》。至此，我觉得区块链最基础、最核心的知识已经全部讲完了（除了挖矿内部实现原理，作为一个遗憾留在这里，有时间会完善掉），相信你已经对它有了一个宏观的认识。另外，由于这篇文章采用了适当抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，欢迎大家来纠错。另外，也是受限于自己知识结构的缺失，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。--问答部分去中心化的系统中，到底是谁在发行货币？是无限量发行吗？比特币的货币是通过挖矿（工作量证明）来发行的，总数量是通过程序写死了2100万个，而第一笔区块奖励也是硬编码写死的。矿工挖出一个区块所获得的奖励，每隔21万个区块将减少一半，按照平均10分钟挖出一个区块的执行效率，也就就说差不多每四年会锐减一次。2009年1月起每个区块奖励50个比特币，2012年11月减半为每个区块25个比特币，2016年7月减半为12.5个比特币。基于这个规则，到2140年，所有比特币(20,999,999,980)将全部发行完毕，之后不会再有新的比特币产生。矿工节点的收益除了挖出区块以外还有哪些？矿工节点的收益主要由两部分组成：1）挖出新区块的奖励；2）挖出新区块内所含交易的交易费。但就目前来说，一个区块内的交易费大概只占到矿工总收入的0.5%甚至更少，大部分收益主要还是来自于挖矿所得的比特币奖励。然而，随着挖矿奖励的递减，以及每个区块中包含的交易数量增加，交易费在矿工收益中所占的比重将会逐渐增加。在2140年之后，所有的矿工收益将完全由交易费构成。是不是只有成为节点才能进行交易？、钱包、尤其是轻钱包是不是也可以挖矿？这个问题是读者问出的，可能之前也有同学提出过类似的问题，但是没有引起我足够的重视，后来发现其实我也把概念混淆了。我一并去查阅了相关资料，对节点和钱包有一些更完整的理解和定义。详细请阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》参考中心化与去中心化 https://www.douban.com/note/624421270/图说区块链 https://book.douban.com/subject/27084306/区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ https://www.zhihu.com/question/37290469 什么是比特币51%攻击？ http://8btc.com/article-1949-1.html区块链与新经济：数字货币2.0时代 https://book.douban.com/subject/26804497/詳解比特幣原理和運行機制 https://www.youtube.com/watch?v=P4seQcP77H4区块链是什么：从技术架构到哲学核心 https://v.qq.com/x/page/x0518nuh2z7_0.html区块链核心算法解析 https://book.douban.com/subject/27081206/深入理解比特幣的安全性及程式交易安全性與相關的密碼學原理 https://www.youtube.com/watch?v=3w1Tg3B_oKQ 深度了解区块链——拜占庭将军问题深入探讨 https://wallstreetcn.com/articles/338061精通比特币-挖矿与共识 http://zhibimo.com/read/wang-miao/mastering-bitcoin/Chapter08.html编辑于 2022-08-16 09:47​赞同 6845​​554 条评论​分享​收藏​喜欢

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​1,505 个回答默认排序maxdeath信息论博士，区块链博士后​ 关注更新在20191025之后，说一些新的关于区块链的发展：1，区块链的应用。首先先说央行数字货币——央行数字货币的技术其实早就成熟了，都用不到区块链，因为区块链的目的是去中心化，而央行数字货币用不到这个。当然，采用区块链的央行数字货币技术也早就有了（参见RSCoin），这里面可能会在某些环节采用区块链技术去中心化——例如货币的发行仍旧是中心化的，但是流转中的管理和验证可以通过区块链技术去中心化到其他银行。同时，据我所知，官方早就有一个数字货币研究所在研究这个很久了。我在很早就写过，从大势上，货币的数字化是必然的，但这和比特币是两码事，看起来可能会更像支付宝。然后，现在facebook来了一出libra（请参见我关于libra的文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/69941436），我觉得从很大程度上推动了这次区块链的新闻，也推动了央行数字货币的推出。libra本身只代表facebook的野心，目前来看，他们的野心很有可能不会成功，但是也许是这种野心和指明的技术方向让国家产生了紧迫感——因为就算现在libra的所有成员都退出得差不多了，libra本身也前途未卜，但是万一类似的框架被搭起来又吸引了其他的重量级成员加入，那么国家在这上面就失去了主导权。因此，根据最近的新闻，央行的数字货币应该已经非常接近了。但这点，并不足以突然让“区块链”成为国家战略，这里说的区块链，一定是包含数字货币之外的其他应用的。区块链最引人遐想的应用，无疑是以“以太坊”为代表的，用区块链来做一个“全球计算机”，然后，用“智能合约”来编写在这台全球计算机上运行的软件（又被称为Dapp，即去中心化应用）。简单来说，这个全球计算机的好处在于，你可以把一切想要“去掉中间商赚差价”的事情，全都搬到这上面来做，而不需要依赖于某个大企业作为可信中心，例如银行或者互联网巨头。关于这个问题，可参见这篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/28930323然而，这种全球计算机的设想在这两年间暴露出了非常多的问题，让人看不到短期的解决希望。于是，从这次区块链的新闻中透露出来的应用方向，“不可篡改”这个区块链的特点，以及它在存证、溯源、防伪、征信等方面的作用。这个，是目前在落地上做的最成熟，也是能够实打实地看出来区块链对比于传统中心化系统优势的应用。2，区块链技术这次战略中最主要提出的，是“要掌握区块链核心技术”，那么区块链的核心技术是什么呢？区块链相关技术有很多方面，我可以把它大致分成4类：1），共识算法；2），隐私保护技术和相应密码学技术；3），智能合约相关技术；4），面向应用相关技术。其中，前三者可以认为是底层，后两者是上层。1），其中，共识算法是区块链最核心，也是整个技术发展和学术界最热衷的领域：大量的公链项目都追求共识算法的创新，同时，大量的研究者也投身于这个领域，然而，大多在国外（我之前主要研究方向也是这个领域）。这点其实并不意外——众所周知，国内很少人愿意搞基础理论研究。但是共识算法中的涵盖面非常广，其中有一个概念非常重要——有许可和无许可，有许可共识算法要求所有参与节点的身份已知，主要采用类BFT算法。而无许可共识算法则允许任何节点只要达到某些条件就能进入，无需事先在任何系统中注册身份，而POW和后来衍生出的POS以及其他许多POx类算法都在此列。前者，多用于联盟链，而后者多用于公有链。其中，两者发展至今日，在速度和延迟上的差异已经不大了，归根结底的差别就是前面说的有无许可的差别。而无许可共识算法由于无许可的特性，又引出了一个很重要的概念叫“激励机制”，比如比特币的挖矿，于是，又衍生出了“货币”。于是，就又衍生出许多非常有趣的方向，例如：ASIC矿机，链上治理，加密经济学等等。以上，哪些方向可能会被认为是这次战略中的“核心技术”呢？我个人更看好许可共识算法的相关技术，而且，这类共识算法也可能布上支付宝的道路，会摒弃很多意识形态方面的需求，追求速度更快，规模更大，使用更方便，更标准化。而非许可类的共识算法，则面临着更高的风险——首先，对于“币”这个事的政策并不明确；其次，在之前所说的应用方向上，公有链相对于联盟链并没有显著的优势。2），其实区块链技术本身采用的密码学技术并不高深也不复杂，无非是哈希函数和数字签名这两个非常经典和简单的密码学工具而已。然而，由于区块链技术和密码学天生的契合性（大部分早期研究区块链的学者都来自于密码学领域），同时，由于“加密货币”这个词，即：cryptocurrency，（注：在英文中，这个词被用来指代所有类似于比特币之类的货币，而不是中文领域中常用的“数字货币”），导致大部分人都认为密码学天生和区块链是联系到一起的。实际上，区块链技术本身并用不到特别先进的密码学工具（当然，一些新的共识算法中采用了一些新的密码学工具）。但是，其中最重要的密码学挑战，是隐私保护技术，而其中，可能会用到的，包括零知识证明，同态加密等目前还在发展之中的密码学工具。这点，其实并不是区块链本身的需求，但又和区块链紧紧联系在一起——原因，还得说回之前区块链的性质和区块链的应用上：首先，区块链最大的特点是所有上链的数据必须通过所有节点的验证，然而，如果区块链得到了大规模应用，这就代表了所有的节点都会获取所有的数据。好吧，我们现在不信任中心，有很大的一部分原因是中心获取了我们所有的数据，而现在倒好，用了区块链去中心之后，所有人都可以获取我们所有的数据了。因此，如何在能够保证隐私的同时还可以享受区块链带来的去中心化优势呢？这需要所有节点能够在不知道数据内容的情况下，还能够对数据的有效性进行验证，例如：在不知道你是谁，具体有多少钱，你想要支出多少钱的情况下，验证你确实有一笔钱可以来完成这笔支出……这听起来像是天方夜谭，然而，实际上我们有一种密码学工具可以实现它——叫做零知识证明。然而，目前零知识证明尽管一直在发展，但是目前仍存在很大的局限性，这种局限性是效率——我们有了一些高效的证明方式，例如：我们可以很快地证明某个未知的数比另一个已知数大，或者我们可以证明某个未知的值来自于某个集合。然而，这些高效的零知识证明，还不足以覆盖区块链的所有应用。因此，可想而知，这些新加密技术，尽管不是区块链技术中的必须品，却是区块链技术能够得到广泛应用的必需品，所以一定是“核心技术”中的一部分。3），智能合约相关的技术，实际上包括语言，包括编译……这些，实际上相当于是当我们已经有了区块链作为底层之后，如何使用它的问题。在这上面目前还没有一个非常明确的方向，因为，其实目前在尝试的思路有几种：i，以太坊式的，高度自由的图灵完备的系统。然而问题是，写程序太容易出错了，而且出错的代价太大。ii，Hyperledger-fabric式的，高度模块化的系统，然而，极度复杂，复杂到想要采用HF的公司，要么放弃，要么花钱请IBM的人帮他们做。iii，Libra式的，专注于某项应用的系统，例如libra的move语言就明白地说了，我们不追求图灵完备，我们的目标是做一个更方便于实现各种金融场景的语言——这可能是个趋势，但是还没有经过足够的检验。这些方向，在目前的尝试还很少。大部分区块链项目仍旧采用以太坊式的系统，或者加以改进。然而，我认为这一点很有可能成为“区块链的核心技术”中最重要的部分——因为一旦区块链上升到了国家战略的高度，那么势必会诞生大量的需求、场景和用户，于是才会有充分的尝试和实现的平台。由此，可能会衍生出一个最适合区块链的语言和开发工具，而这个，会如同OS一样，成为一个新的世界范围内的标准。而从目前来看，在其他的区块链项目都在挣扎着寻求落地的时候，可能只有中国有这样的土壤能够诞生出这样的标准。这大概就是把区块链作为国家战略的原因。4），应用相关的技术。其实在区块链应用方面最大的技术难点并不在技术上。例如：区块链存证，如果我们做一条联盟链将相关各方作为共识节点然后把证据上链，那么，这个证据就是无法篡改的了。这道理大家都懂，然而问题在于：谁来做这个事呢？证据怎么数字化？怎么运行区块链？给出数据我的好处在哪里？最重要的是，谁掏钱？区块链目前落地最大的难点，在于其相比传统的中心化方案，除了在存证，溯源方面的一些场景下，找不到明显的优势，也就找不到可行的商业模式。于是，也就很难通过市场的方式推行出去，近两年币市的低迷已经证明了这一点。然而，这一切都会在国家的支持下产生变化，于是，就如同中国互联网产业从模仿学习国外到开始向外输出抖音一样，中国希望能在区块链领域，能够激发出更多的尝试和场景。于是，在这些场景中，我们会积累相关的经验、技术和商业模式，从而将这种模式在出口到国外去，而这点，也会是区块链核心技术中非常重要的部分。——————————————————————————————首先要搞清一个问题——比特币是区块链，但是区块链并不是比特币。于是，在区块链的这个问题回答里，提到“矿工”，“挖矿”，“最长链”，“分叉”等等词的，其实都不准确。写一点上个月讲课的内容——个人觉得大部分的回答，包括google搜出来的或者wiki的，都不能很好地解释区块链是个什么东西。因为讲比特币的人很多，懂比特币的人也很多，但是具体到区块链，现在并没有一个很清楚的定义说什么是区块链，基本上所有的介绍里都是这样的：比特币——〉区块链是比特币的底层技术。或者比特币——〉比特币是一种区块链。具体到什么是区块链的问题，目前没有看到很好的定义和介绍，更多的是大而化之地讲区块链的意义在哪里的空泛文章，要不然就是一水的矿工和挖矿。所以我来从纯理论角度说一下我个人对区块链的定义：1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。具有以上三个性质的系统，就是区块链。1，区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。这里的要点有两个：（1）分布式，（2）非安全环境。首先，这是一个分布式的，去中心化的系统。所以，有一个中心服务器或者节点的，不是区块链。节点都是安全的，无恶意的，那这不是区块链。同理，从应用的角度讲，如果你的应用必须要使用中心节点（例如要用超级计算机做深度学习）或者没必要考虑节点不安全的情况（例如某个安全的工厂里的传感器），那么并不需要考虑区块链技术。至于后面的词“数据库”，目前大部分成熟的区块链都是数据库，例如比特币就是一个分布式账本，而账本其实就是数据。然后，根据数据的格式，又可以分三种——1，数据是完全不相关的，只是达成的共识，没有有效无效之分；2，数据有某些逻辑结构，例如账本中，一笔交易实际上除了金额，还有输入和输出，连接到之前的交易，这些数据需要通过逻辑验证（例如交易中，节点需要验证输入的交易是否有效）；3，数据拥有图灵完备的逻辑，而验证的时候需要通过节点使用算力运算，每笔交易可以有不同的输出和状态，每个节点要做的不仅仅是验证交易的真实性和输入的正确性，还要根据交易里的逻辑读入数值，进行验算然后再验证结果。比特币的系统就是第二种，又叫分布式账本；以太坊是第三种。第三种可以支持智能合约。用比特币举例的话，1，它是一个完全去中心化的系统，2，它放在一个非安全的环境，它并不要求所有使用比特币的人都没有恶意。2，区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。这个是误解最多的部分，因为很多人一提到区块链就只觉得是这个。诚然，这部分很重要，而且确实区块链也因此得名，但这只是区块链的定义的一部分。这个部分的两个核心要点是：（1）密码学哈希函数，（2）非对称加密。两个都是密码学的基础概念，网上都有非常清晰的定义，我只简单说下：（密码学）哈希函数：一个函数Y=H(X)，有如下性质：1，有X可以很容易算出Y；2，有Y不可能算出X；3，有Y不可能找到另一个X'使得H(X')=Y；3.5，如果X和X'相差很小，H(X)和H(X')则完全不相关。这东西主要用于验证信息完整性——在一个信息后面放上这个信息的哈希值，这个值很小，例如256bit，而且计算方便。收到信息之后收信人再算一遍哈希值，对比两者就知道这条信息是否被篡改过了。如果被篡改过，哪怕只有一bit，整个哈希值也会截然不同。而根据哈希函数的性质，没有人能够伪造出另一个消息具有同样的哈希值，也就是说篡改过的数据完全不可能通过哈希校验。非对称加密：这东西很好理解——对称加密就是有个密钥，可以理解成保险箱钥匙，你把消息加密变成密文，没有人能看懂这是啥，然后同一把钥匙解密成原来的消息。非对称加密就是有两把钥匙，一把叫公钥，一把叫私钥，用其中一把加密的话，只能用另一把解密，反之亦然。另一个重要的性质是，给你密文，明文和其中一把钥匙，你还是解不出来另一把钥匙是啥。原理基本上是基于一些困难数学问题，例如因数分解和离散对数，常用的有RSA，Diffie-Hellman和ECC（椭圆曲线），比特币用的是椭圆曲线。非对称加密除了和对称加密一样用于信息加密之外，还有另一个用途，就是身份验证。因为通常情况我们假设一对公私钥，公钥是公开的，而私钥只有本人有，于是一个人如果有对应的私钥，我们就可以认定他是本人。其中一个重要的应用就是数字签名——某个消息后面，发信人对这个消息做哈希运算，然后用私钥加密。接着收信人首先对消息进行哈希运算，接着用相应的公钥解密数字签名，再对比两个哈希值，如果相同，就代表这个消息是本人发出的而且没有被篡改过。以上是基础知识，至于区块链怎么实现的，很简单：交易（数据）写在区块里。第一个区块叫创世区块，写啥都行。从第二个区块开始，每个区块的第一部分有前一区块的哈希值。此外，区块里的每一笔交易（数据），都有发起人的数字签名来保证真实性和合法性。于是，先前区块里的任何数据都不可被篡改，原因见上。到这为止有人可能会问：为什么要弄个链啊？直接所有数据加个哈希值不就行了？因为——这个数据库并不是静止的啊。数据库的数据是会增加的，而每次增加的数据，就是一个区块，于是这些生成时间不同的区块，就以这种形式链在一起了。至于如何增加区块，就涉及到第三个部分——共识算法。3，区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。共识算法的目的，就是让所有节点对于新增区块达成共识，也就是说，所有人都要认可新增的区块。对于有中心的系统，这事很简单，中心说什么大家同意就好了，但是放到去中心化系统里，尤其是当有些节点有恶意的时候，这东西非常复杂，计算机科学里有个相应的问题，叫做“拜占庭将军问题”或者“拜占庭容错”（BFT）。有很多用Lamport给出的那个例子来讲BFT的东西，我在这里换一个角度。Lamport大神当年提出这个问题的时候在斯坦福研究中心给NASA做项目，他提出这个问题的原因并不是考虑类似比特币的应用场景（整个互联网成千上万个用户），而是考虑特殊背景下的一个简单的系统——航天飞机的控制系统。如果有航空背景的同学可能知道，飞机有三套独立的控制系统，为什么呢？因为任何系统都不可能完全不出故障，就算飞机控制系统的故障率已经极低了，还是有飞到一半这东西坏了的可能。于是我们可以弄两套独立的系统，同时坏掉的几率就会大大降低。可是两套独立的系统还是不足以容下一个系统的错误——一架飞机迎面飞来，两套系统一个说要躲，一个说不躲，那到底是躲还是不躲呢？所以我们需要三台独立的系统，这样，如果有一个系统有故障了，还有两台能正常工作，能少数服从多数给出正确的结果。学过纠错码的同学对这个应该不陌生，这个系统的输出之间的汉明间距是3，所以可以纠正一位的错误。然而，对于航天飞机，在冷战的背景下，万一某个系统不是坏掉了，而是被敌人控制了呢？三套系统还够吗？答案是否定的，因为不同于单纯只是坏掉的节点，恶意节点可以做一些别的事来阻止整个系统达成共识。这个部分略复杂要讲的话要单开一帖，所以我们只说最简单的情况（无签名同步系统）。我们管三个系统叫ABC，正常工作流程是三个人每次得出结果就互相告诉一下，然后每个人选多数人同意的结果。这是个没有中央节点的分布式系统，也就是说三人不能聚在一起开个会啥的，仨人只能两两通信。这个时候，假设C有恶意，它的目标是破坏这个系统。于是，假设正确的读数是1，A和B都得出了1这个结果，这个时候C这个小婊砸告诉A说“我的结果是0，B也觉得是0”，同时打个电话跟B说“哎我觉得是0，A也这么说”，于是A和B就懵逼了。假设你是A，你听到了两个不同版本的B的答案，B说自己选了1，C说B选了0，可是A这个时候没法知道B和C谁才是那个骗了自己的小婊砸，因为如果B真的告诉A选了1然后告诉C是0，他听到的结果和现在是一模一样的。于是结论是，拜占庭容错，也就是需要容下一个恶意系统而非错误系统，需要4个独立系统。（当然，签名可以解决这个问题，但是这只是同步系统的情况，在异步系统里这问题会变得更加复杂，原因是正常节点的回答有延迟，而恶意节点可以不回复，所以，正常节点一方面要等另一个节点的回复，但是它又不知道对方会不会回复因为对方有可能会有恶意，而在收到回复之前，它完全没法判断对方是正常节点还是恶意节点，这个问题叫异步BFT，也是BFT的最复杂的情况，这里不再做更多的解释，下文提到的BFT算法，其实都是异步BFT的算法）Lamport提出这个问题之后，有无数的算法被提出来，统称BFT（拜占庭容错）算法，其中最有代表性的叫PBFT，然后由于最近区块链的热度，无数针对区块链应用场景优化过的BFT算法也涌现出来，但是一个重要的问题是，所有目前的BFT算法，都只能应用在小型网络里。原因很简单——因为BFT这个问题是设计给类似于航天飞机控制系统这样的场景的，早期的算法考虑的也主要是这种场景。PBFT论文里考虑的就是一个5个节点的系统。就算算上新提出的BFT算法，也最多应用在不超过100个节点的网络里。这个问题被搁置了很久，直到比特币的诞生——中本聪从某种意义上简化了这个问题，在比特币中，同样是共识问题，中本聪引入了一个重要的假设——奖励，他之所以能这样做的原因是，他考虑的是一个数字货币，也就是说共识这个东西是有价值的。于是在这样的系统上，他提出了工作证明机制。所有挖矿，矿工，最长链，分叉等等等等，都可以归结为一句话：说话是要有代价的，说真话是有好处的，说假话是要扣钱的……这就是目前两类共识算法的核心区别：BFT共识模型：恶意节点可以干任何事。比特币共识模型：模型中有公认的“价值”，每个节点说话都需要一定代价，诚实节点会受到奖励，而恶意节点由于只付出代价而收不到奖励，变相受到了惩罚。也就是说，BFT共识模型其实涵盖了比特币共识模型的场景，比特币共识其实放宽了BFT共识模型的限制。比特币共识对于BFT的优势在于，由于给恶意节点的能力做了限制，恶意节点所能造成的破坏大大降低了，尤其是对于异步系统——BFT共识里恶意节点可以一直拒绝相应而诚实节点还需要一直等它（因为不知道它是不是恶意的），而对于比特币共识，随你便，你不响应就没有奖励可拿。于是，比特币共识算法可以应用于成千上万个节点，而且，任何人随时都可以加入，不需要预先在网络里注册自己的身份（而BFT算法里，网络中节点的数量和身份都必须是已知的）。但比特币共识的缺陷在于，首先，得有个有价值的东西，也就是说放在比特币里这东西还行，以太坊的话现在可能也凑合，但是其他数字货币嘛……BFT共识有个严格的限定，就是恶意节点不能超过总数的1/3，然而其实比特币共识没有这样的限制，唯一的限制就是假定大部分节点都是理性的，是逐利的，也就是会采用最佳的策略来赚取最大的价值。所以，严格来说，自私挖矿这种行为在比特币共识里是允许的，而多数攻击，其实也算不上一种攻击，因为这些都没有突破比特币共识的框架——如果这个价值无限大，比特币共识是非常可靠的。然而这并不是事实，因为并不是每个虚拟货币都和比特币一样值钱，而在价值不高的情况下，比特币共识的前提就站不住脚了——当损失可能是几千上万块钱的时候，假定每个人都是理性的是合理，但是如果损失就几分钱这个假设就相当扯淡了，事实上也发生过一个比特币矿池跑到另一个货币恶意挖矿搞垮对手的情况。此外，比特币共识是最长链共识，也就是说最长链-->大多数-->理性，于是分叉是允许的。于是导致了一些附带的问题，例如，如果网络有延迟，你怎么知道你手里那条链是整个网络里当前的最长链呢？于是，如果需要传输的数据多，那么延迟加大。延迟加大，那么越多的人手里的链并不是全网络的最长链。于是，全网络的最长链，就没法代表大多数。这就打破了比特币共识的根本，这也是为什么比特币区块频率是10分钟一块的原因。比特币目前有个著名的7币交易每秒的上限，而现在扩容闹得很厉害，以太坊的交易格式不同，也用了新的工作证明，想要改成权益证明，但这些都不本质。真正本质的是，在目前的网络条件下，如果适用全网的话，比特币共识的交易量基本上超不过100笔交易每秒这个量级。上面这几段有可能太深了，简单来说，BFT共识和比特币共识的区别可以这么理解：BFT共识：来，大家开个会讨论一下集思广益啊，讨论出大家都满意的结果为止。问题：开会的效率大家都懂，人越多越不容易出结果。只能用于少数节点，用于上千个节点的话……大家想象一下一天开一次人大的场景。比特币共识：你的诗念得不错，组织已经决定了，今天就你来当领导了，做得好有奖，做不好扣钱。问题：奖励几千块钱还好，奖励几分钱谁好好干？而区块链也就因此被分成了泾渭分明的两类，很多人都听过什么公有链私有链联盟链，但是，如果你们以为这是根据应用区分的就大错特错，其实，这两种区块链最本质的区别，还是因为共识模型或者说算法不同——BFT算法没法应用于大量节点，所以用BFT算法的就没法做公有链。而比特币共识得有个价值体系，这东西去做私有链联盟链就很不靠谱，因为一个单纯逐利的人的假设还算靠谱，但是如果对象是公司的话，公司的利益就太复杂了，不能简单认为他们只追逐区块链上那点价值。1，公有链，以比特币，以太坊和所有虚拟货币为代表，都采用比特币共识，共识算法基本上都采用工作证明机制，也就是挖矿那些，这种机制其他回答里已经讲得够清楚了，就略过。工作证明一切都好，除了费电……费多少电呢？差不多和一个百万人级别的城市那么多。此外以太坊的创始人特别喜欢权益证明，似乎很快要小范围投入使用（100个区块里一个用权益证明）。但是目前为止，大家对这东西的可靠性还持观望态度。2，私有链和联盟链。以IBM的hyperledger-fabric，以及一大堆其他的类似于tendermint，甚至R3 corda和ripple为代表，都用BFT共识。其实这方面的应用已经很多了，问题是，1，目前基本上所有应用给人的感觉都还是为了做区块链而区块链，真的觉得这东西好到不可或缺的应用还基本没有。2，由于为了区块链而区块链，其实很多场景的安全性和可靠性还值得怀疑，这点经常被被公有链的支持者诟病。嘛，以上就是个人定义的区块链了，顺带概述一下现在区块链领域的发展。之所以写这个帖子，就是因为发现明明是问区块链的问题，所有人都在讲比特币，都在讲挖矿，都在讲工作证明……工作证明不能说过时，也的确是现在公有链唯一可靠的共识算法，但是这东西确实是业界除了比特币死忠之外谁都不想要的东西好吗……编辑于 2019-10-28 14:29​赞同 4824​​251 条评论​分享​收藏​喜欢收起​盗盗狂热追随者...​ 关注友情提醒：比特币采用区块链技术，但是区块链并不等同于比特币；全篇基于比特币底层区块链技术讲述，所以，部分模型可能不适用于以太坊等。另外，由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，如果让你觉得困惑，可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后，也是受限于自己知识结构的不完整，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。另外，作为一篇科普性文章，大家可以随意转载，注明这篇文章的出处和作者即可，无需再单独私信询问。---首先不要把区块链想的过于高深，他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上（中心化的特征），区块链认为，任何有能力架设服务器节点的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的节点，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点；一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。 上图中，高亮的点就是区块链系统中分布在全球各地的一个个节点；而这些节点可以简单理解为一台服务器服务器集群为了更简单的阐述那篇文章所构建的世界观，文中所讨论的节点全部粗暴的理解为官方参考实现节点，即最标准的一种节点类型，这些节点不仅可以参与挖矿共识、还可以数据存储和数据点对点传递；不涉及其他复杂的节点类型。关于节点的分类，可以阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》# 问题的由来我们反复提到区块链是一个去中心化的系统，确实，「去中心化」在区块链世界里面是一个很重要的概念，很多模型（比如账本的维护、货币的发行、时间戳的设计、网络的维护、节点间的竞争等等等等）的设计都依赖于这个中心思想，那到底什么是去中心化呢？在解释真正去中心化之前，我们还是先简单了解下什么是中心化吧。中心化？回忆一下你在网上购买一本书的流程：第一步，你下单并把钱打给支付宝；第二步，支付宝收款后通知卖家可以发货了；第三步，卖家收到支付宝通知之后给你发货；第四步，你收到书之后，觉得满意，在支付宝上选择确认收货；第五步，支付宝收到通知，把款项打给卖家。流程结束。你会发现，虽然你是在跟卖家做交易，但是，所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于：万一哪个环节出问题，卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助，让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型，它的价值显著，就是建立权威，通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”，真的可以嘛？！假如说，支付宝程序发生重大BUG，导致一段时间内的转账记录全部丢失，或者更彻底一点，支付宝的服务器被ISIS恐怖组织的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去，这个时候，你就成了刀殂上的鱼肉；支付宝有良心，会勉为其难承认你刚刚转账的事实，但他不承认你也没辙，因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威，也就意味着逐渐丧失自己的话语权。去中心化？那么去中心化的形态是什么样子呢？还是拿刚才那个例子继续，我们构建一个极简的去中心化的交易系统，看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。第一步，你下单并把钱打给卖家；第二步，你将这条转账信息记录在自己账本上；第三步，你将这条转账信息广播出去；第四步，卖家和支付宝在收到你的转账信息之后，在他们自己的账本上分别记录；第五步，卖家发货，同时将发货的事实记录在自己的账本上；第六步，卖家把这条事实记录广播出去；第七步，你和支付宝收到这条事实记录，在自己的账本上分别记录；第八步，你收到书籍。至此，交易流程走完。刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生，因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录，支付宝的账本服务器坏了，对不起卖家的账本还存在，我的账本还存在；这些都是这笔交易真实发生的铁证。当然，在这套极简的交易系统中，你已经发现了诸多漏洞和不理解，比如说三方当中有一个是坏人，他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办；又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述，因为暂时跟主线不相关，感兴趣的同学可以去Google或者百度一下，你只需要知道，在我们下面即将展开讲到的区块链系统中，通过巧妙的设计，足以解决上述存在的BUG。既然话已说到这份上，相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——分布式存储，通过多地备份，制造数据冗余让所有人都有能力都去维护共同一份数据库让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为在我看来，你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西，外人看起来高大上、深不可测，但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然，这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。如果你差不多认同上面的观点，那我们应该基本上可以达成共识，分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接，形成一张密密麻麻的网络；以巧妙的机制，通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。哈哈，说的轻巧，“交易数据这么重要的东西，在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递，数据的一致性和安全性谁来保证，如果说互相监督，他们到底怎么做到？”好了，不卖关子了，下面让我们围绕这个最最最最直接的问题开始进入到真正区块链的世界，抽丝剥茧看看它到底是如何一步一步形成的，又是如何一步一步稳定运转。# 从全球节点到交易数据这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时，文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照：首先，将区块作为最小单位体，讲述极简区块链系统是如何运转的；接着，进入到比区块更小单位体——交易记录，理解区块链是如何处理数据的；最后，将所有知识点柔和在一起，重回到区块和区块链，完整讲述整个工作流程。希望你在这个引导和结构下有一个比较好的阅读体验。Let's go~# 区块，混沌世界的起源既然已经达成共识，所以，我们事先构建好了一个去中心化的P2P网络；同时，为了让读者朋友们听起来更轻松，我先粗暴的规定在这个极简的区块链系统里，每十分钟有且仅产生一笔交易。故事继续，在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块（你可以将区块想象为一个盒子），这个区块里放着一些数字货币以及一张小纸条，小纸条上记录了这十分钟内产生的那唯一一笔交易信息，比如说——“小A转账给了小B100元”；当然，这段信息肯定是被加密处理过的，为的就是保证只有小A和小B（通过他们手上的钥匙）才有能力解读里面真正的内容。这个神奇的区块被创造出来之后，很快被埋在了地底下，至于埋在哪里？没有一个人知道，所以需要所有计算机节点一起参与进来掘地三尺后才有可能找到（找到一个有效的工作量证明）。显然，这是一件工作量巨大、成果随机的事件。但是呢，对于计算机节点来说，一旦从地底下挖出这个区块，他将获得区块内价值不菲的数字货币，以及“小A转账给了小B100元”过程中小A所支付的小费。同时，对于这个节点来说，也只有他才有权利真正记录小纸条里的内容，这是一份荣耀，而其他节点相当于只能使用它的复制品，一个已经没有数字货币加持的副本。当然这个神奇的区块还有一些其他很特别的地方，后面我们会再细细聊。为了更好的描述，我们将计算机节点从地底下挖出区块的过程叫做「挖矿」，刚才说了，这是一件工作量巨大、运气成分较多、但收益丰厚的事儿。过了一会儿，来自中国上海浦东新区张衡路上的一个节点突然跳出来很兴奋的说：“ 我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！” 。虽然此刻张衡路节点已经拿到了数字货币，但对于其他计算机节点来说，因为这里面还涉及到其他一些利益瓜葛，他们不会选择默认相信张衡路节点所说的话；基于陌生节点彼此不信任的原则，他们拿过张衡路节点所谓挖到的区块（副本），开始校验区块内的小纸条信息是否真实有效等等。在区块链世界里，节点们正是通过校验小纸条信息的准确性，或间接或直接判断成功挖出区块的节点是否撒谎。（如何定义小纸条信息真实有效，后面会讲解，这里暂不做赘述）。在校验过程中，各个节点们会直接通过下面两个行为表达自己对张衡路节点的认同（准确无误）和态度：停止已经进行了一半甚至99.99%的挖矿进程；将张衡路节点成功挖出的区块（副本）追加到自己区块链的末尾。你可以稍微有点困惑：停止可能已经执行了99.99%的挖矿行为，那之前99.99%的工作不是就白做了嘛？！然后，区块链的末尾又是个什么鬼东西？对于第一个困惑。我想说，你说的一点没错，但是没办法，现实就是这么残酷，即便工作做了99.99%，那也得放弃，这99.99%的工作劳苦几乎可以视为无用功，绝对的伤财劳众。第二个困惑，区块链和区块链的末尾是什么鬼？这里因为事先并没有讲清楚，但是你可以简单想象一下：区块是周期性不断的产生和不断的被挖出来，一个计算机节点可能事先已经执行了N次“从别人手上拿过区块 -> 校验小纸条有效性”的流程，肯定在自己的节点上早已经存放了N个区块，这些区块会按照时间顺序整齐的一字排列成为一个链状。没错，这个链条，就是你一直以来认为的那个区块链。如果你还是不能够理解，没关系，文章后面还会有很多次机会深入研究。# 走进区块内，探索消息的本质上面我们构建了一个最简单的区块链世界的模型，相信大多数同学都已经轻松掌握了。但是别骄傲也别着急，这还只是一些皮毛中的皮毛，坐好，下面我们准备开车了。前面我们说到“大概每十分钟会凭空产生一个神奇的区块，这个区块里放了一张小纸条，上面记录了这十分钟内产生的这唯一一笔交易信息”。显然，十分钟内产生的交易肯定远不止一条，可能是上万条，这上万条数据在区块链世界是如何组织和处理的呢？另外，为什么在纸条上记录的只是某一次的交易信息，而不是某一个人的余额？余额好像更符合我们现实世界的理解才对。既然存在这样那样的疑问。现在我们就把视线暂时从“区块”、“区块链”这些看起来似乎较大实体的物质中移开，进入到区块内更微观的世界里一探究竟，看看小纸条到底是怎么一回事，它的产生以及它终其一生的使命：发起交易的时候，发起人会收到一张小纸条，他需要将交易记录比如说“盗盗转账给张三40元”写在纸上。说来也神奇，当写完的那一刹那，在小纸条的背面会自动将这段交易记录格式化成至少包含了“输入值”和“输出值”这两个重要字段；“输入值”用于记录数字货币的有效来源，“输出值”记录着数字货币发往的对象。刚刚创建的小纸条立马被标记成为“未确认”的小纸条。从地下成功挖出区块并最终连接到区块链里的小纸条一开始会被标记为“有效”。若这条有效的小纸条作为其他交易的输入值被使用，那么，这个有效的小纸条很快会被标记为“无效”。因为各种原因，区块从链上断开、丢弃，曾经这个区块内被标记为“有效”的小纸条会被重新标记为“未确认”。区块链里面没有账户余额的概念，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息；通过简单的加减法运算获知你数字钱包里的余额。上面的1、2、3仅仅作为结论一开始强行灌输给你的知识点，其中有几个描述可能会有点绕，让你觉得云里雾里，没有关系，因为我们立刻、马上就开始会细说里面的细枝末节。上图，是区块内，盗盗在一张小纸条上记录下的交易信息，后被格式化的呈现上图就是从无数打包进区块内的小纸条中，抽取出来的一张，以及它最终被格式化后的缩影。单看右侧的图可能很容易产生误会，虽然看起来有多行，但实际上就是“盗盗转账给张三40个比特币”这一条交易数据另外的一种呈现形态。因为区块链世界里面这么规定，每一条交易记录，必须有能力追溯到交易发起者 发起这笔交易、其中所涉及金额的上一笔全部交易信息；即这笔钱从何而来的问题。这其实很容易理解，在去中心化的网络中，通过建立交易链、和通过交易链上的可溯源性间接保证数据安全和有效。我们继续看，在区块链世界里，我们是如何仅通过“盗盗转账给张三40个比特币” 这条交易信息完成转账流程的。其实跟现实中你在路边买一个包子的流程大抵上相同。第一步：判断是否有足够的余额完成交易这里我们再一次重申，在比特币的区块链世界里是没有余额的概念（以太坊的底层区块链有余额概念），余额是通过简单数字的加减最终获得，你拥有所谓的数字货币实际上是因为你拥一条交易记录，即 “盗盗转账给张三40个比特币”！这里，我们还是拿这条记录说事：追溯“输出值”是“盗盗”相关的全部有效交易记录作为，对有效交易中的数字进行简单求和，判断是否大于等于40，如果确实大于等于，则将这些有效的交易记录合并形成一条新的交易记录（如下图）。如果小于40，其实可以不需要再继续往下探讨。就上图的例子，我们追溯到曾经转账给盗盗的有效交易记录有“小A转账给盗盗10 btc”、“小B转账给盗盗20 btc”、“小C转账给盗盗 25 btc”，我们需要将这三条交易记录合并成一条更复杂描述的交易记录，即 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc ) 转账给张三40 btc ”第二步：判断是否需要找零对追溯到的有效交易数字求和，如果发现大于需要支付的金额，需要将多出的数字重新支付给自己，相当于找零。对应生成了一条全新的交易记录（如下图）。就上图例子来说，我们最后合并成的交易记录 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc + 盗盗转账给盗盗15 btc ) 转账给张三40 btc ” 事实上等同于“盗盗转账给张三40 btc”。其中“盗盗转账给盗盗15 btc”就可以理解找零。第三步：发出去，让全球节点认同和备份小纸条这条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块，埋到地下，等待节点挖出来，一旦区块被挖矿成功，并且该区块最终被连在了区块链的主链上。张三将最终拥有了这条交易记录，而先前的“小A转账给盗盗10 btc” 、“小B转账给盗盗20 btc” 、“小C转账给盗盗25 btc”都将被视为已经使用过的交易记录——从此被贴上“无效”的标签，意味着这些交易记录将永远不会再被追溯到。我们最后一次重申，只是希望让你加深印象：拥有数字货币=拥有交易记录！通过设计巧妙的精巧密码学保证数据安全记录着交易信息的小纸条借助区块这个载体，在分布式的网络中以不同的轨迹错综复杂的传递，我们前面说了，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息，而不是你常规意义上理解的货币。所以这个过程就需要重点解决两个问题：接受到的这条交易记录在传输过程没有被其他人所篡改接受到的这条交易记录确实是由发起交易的人所创造在这里，我们需要事先引入两个知识点，可能稍微有点难消化，但都是计算机领域较为成熟的和基础的概念。第一个知识点：SHA256()函数。你只需要知道，任意长度的字符串、甚至文件体本身经过SHA256函数工厂的加工，都会输出一个固定长度的字符串；同时，输入的字符串或者文件稍微做一丢丢的改动，SHA256() 函数给出的输出结果都将发生翻天覆地的改变。注意，SHA256()函数是公开的，任何人都能使用。上图，仅仅一个小数点的变化，输出的结果已经翻天覆地第二个知识点：非对称加密。你也只需要了解，任何人手里都有两把钥匙，其中一把只有自己知道，叫做“私钥”，以及一把可以公布于众，叫做“公钥”；通过私钥加密的信息，必须通过公钥才能解密，连自己的私钥也无解。公钥可以通过私钥生成多把。有了这些知识点的加持，上面两个问题开始变得有解。下面我们来看下内部是如何扭转和工作的吧，这里拿“小A 转账给了小B 100元钱” 举例： 第一步：小A会先用SHA256函数对自己的小纸条进行处理，得到一个固定长度的字符串，这个字符串就等价于这张小纸条。第二步：小A使用只有自己知道的那一把私钥，对上面固定长度的字符串进行再加密，生成一份名叫数字签名的字符串，这份数字签名能够充分证明是基于这张小纸条的。你可以这么理解，在现实中，你需要对某一份合同的签署，万一有人拿你曾经在其他地方留下的签名复制粘贴过来怎么办？！最好的办法，就是在你每一次签名的时候，故意在字迹当中留下一些同这份合同存在某种信息关联的小细节，通过对小细节的观察可以知道这个签名有没有被移花接木。步骤一和步骤二的结合就是为了生成这样一份有且仅针对这条小纸条有效的签名。第三步：小A将「明文的小纸条」、刚刚加密成功的「数字签名」，以及自己那把可以公布于众的「公钥」打包一起发给小B。第四步：当小B收这三样东西，首先会将明文的小纸条进行SHA256()处理，得到一个字符串，我们将其命名为“字符串2”。然后，小B使用小A公布的公钥，对发过来的数字签名进行解密，得到另外一个“字符串1”。通过比对“字符串1”和“字符串2”的一致性，便可充分证明：小B接受到的小纸条就是小A发出来的小纸条，这张小纸条在中途没有被其他人所篡改；且这张小纸条确实是由小A所编辑。可以看得出来，加解密的过程几乎是一环套一环，中途任何环节被篡改，结果都是大相径庭。借助这一连串的机制，其实已经能够很好的在公开、匿名、彼此不信任的分布式网络环境中解决数字交易过程中可能遇到的很多问题。这个环节可能确实有点难理解，现在，我需要你停下来，静下心，花上几分钟闭目慢慢回味其中设计精湛的地方。掌握了这部分知识以后，我们在这里回答一下前面没有解释清楚的问题，「节点对区块的检验」检验的到底是什么？实际上就是：检验区块内的交易记录签名是否准确（是否被篡改）检验区块内的交易记录输入值是否“有效”（是否使用过）检验区块内的交易记录输入值的数字之和是否大于等于输出值的数字…# 重回“区块”和“区块链”的世界好了，对小纸条和交易记录的研究我们点到为止，其实信息量已经是巨大的了，让我们合上盖子，重回较大的实体、继续聊聊“区块”和“区块链”的话题。还记得，咱们在一开始讲到关于区块的特征吗？区块创造后被埋在地下，需要经过节点们马不停蹄的挖采、而且是凭运气的挖采才有可能获得——不仅仅如此，事实上他还有其他很多神奇的地方，比如说：凭空产生的区块在刚刚创建的时候会形成一股强大的黑洞效应，它会尝试将这段时间全世界各个节点上产生的所有小纸条（交易记录）统统吸进来；在合上区块盖子之前，同时会在区块内放上一些数字货币以及其他一些东西。区块拥有一个唯一的ID，但它只会在这个区块被节点成功从地下挖出来之后创建。这个ID至少会跟「区块内所有小纸条的集合」、「即将与之相连的上一个区块ID」以及「挖矿节点的运气值」等因素相关。既然前面我们已经简单了解了“SHA256()函数”这个东西，这里不妨透露给大家：“区块ID = SHA256(‘区块内所有小纸条的集合’+’即将与之相连的上一个区块ID’+‘挖矿节点的运气值’+’…’)” ；基于先前掌握的知识，然后你应该知道区块内任意一张小纸条的信息稍微做改动、或者节点挖矿运气好一点坏一点等等，当前区块的ID都会 “ biu~ ”的发生改变。基于上述1、2点，如果阅读足够仔细的同学可能会有些头大。在文章开头为了更好的描述，我在设计简化区块链系统的时候故意模棱两可了几个概念，这也许已经误导到了部分同学。这里不得不停下来和你一起修正下之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲道，“在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块”。如何正确去理解这句话呢？——拥有上帝之眼的你，可以这么拆解问题、看待问题：同一个周期内，全网并不是产生唯一的一个区块等待挖掘；每个节点事实上都在周期性的创造区块和挖出区块；只是在某一个节点的视野里，它不能感知到另外一个节点上区块的产生。为何这里要特别强调“在某一个节点的视野里”，就是因为我们刚刚讲到，从区块的视角来说，区块的凭空产生，是基于即将与之相连的上一个区块ID；而从节点的视角来看，区块的凭空产生是基于当前节点区块链末尾的那个区块ID产生的。全网会尽力控制在一个周期内只有一个节点能够成功挖出区块，但是不能够完全避免多个节点同时挖出区块的可能性；如何尽力控制？比如说，当大伙挖矿的热情高涨、工作效率提高，区块会被埋在更深更广的地方等。简而言之，通过提高工作难度，来维持这个平衡。另外，值得注意的：产生区块、挖出区块、校验区块，他们的时间周期近乎相同。对于想从技术角度更加深入理解“区块”、“挖矿”本质的同学们，你们可以移步至我的专栏《探索比特币“挖矿”和“区块”的数学本质》，其中涉及到一些比较复杂的数学和技术细节，相信阅读完那部分内容之后，你对区块链会有更加透彻的认知。当然，对于绝大多数的吃瓜群众，看完那边内容可能会让你更加困惑，如果你不是十分的喜欢追根究底的话，我建议你还是直接选择跳过那块吧。至少在我看来，即便少了那部分内容，也不影响我们去理解区块链的魅力。分叉现在，我们终于对“区块”这个概念有了更全面的认识，文章开头讲的故事就可以继续展开来絮叨絮叨：假如几乎同一时间，「中国上海浦东新区张衡路」上的节点和「美国纽约曼哈顿第五大道」上的节点异口同声喊出来：“我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！”。其他节点也几乎同时参与了对这两个区块的校验，结果发现这俩都没毛病，各节点也开始犯困，因为在他们的视野里他们并不清楚最后哪一个区块应该会被主链接纳。算了！都连在自己区块链尾巴上吧，这时尴尬了，区块链硬生生的被分叉了！产生分叉你肯定在想，那还得了，这种情况继续下去，每个节点的区块以及他们整理维护的小纸条都将变得不一样，这已经严重违背了区块链世界里第一大最基本原则——所有节点共同维护同一份数据。所以，为了解决这个问题，区块链世界引入了一条新的规则——拥有最多区块的支链将是真正被认可有价值的，较短的支链将会被直接Kill掉。我们大伙都知道挖矿的过程存在巨大的工作量（如果没有任何难度，把区块扔在人群中，必然同一时间发现区块的节点数量将大大增加，也就会产生无数的支链，通过这个例子，你大概也就能够明白，比特币的区块链世界为什么需要设置工作难度了吧），并且在计算机的硅基世界里，不可能出现所谓 “同时” 的概念，哪怕纳秒的差别，那也总是会有先后顺序。所以理论上，“分叉”的这种僵局很快会在下一个区块被挖掘出来（以及校验区块）的时候被打破，实在不行下下个，或者下下下个……总之机制可以让整个分叉的区块链世界迅速稳定下来。“分叉”这种僵局在确认下一个区块（以及校验小纸条）的时候被打破，从而整个区块链世界迅速稳定下来就上图而言，所有基于张衡路节点挖矿获得的区块以及后续区块的那条分支被视为有价值，最终会全部保留了下来；其他节点会统一效仿那个拥有更长分支链的节点所做的决策。另外，值得一提的是，同一时间，较短分支上的区块会立即丢弃，而里面的小纸条也会随之释放出来，被重新标记上“未确认”。“双花”与“51%攻击”你可能已经开始困惑或者有点兴奋，末尾几个区块的排序在修复过程中，因为时间差肯定会产生一些模棱两可的地方，这往往会给数据安全埋下一颗雷。一个最简单的假设——我记录的一张小纸条很不巧地被归在了一条较短的支链上，这条支链在竞争过程中理所当然输掉了比赛，区块被丢弃、小纸条被无情的贴上“未确认”的标签。在等待下次区块重新确认的过程中，这个时间差内，我，好像、似乎可以做点什么坏事 ԅ(¯﹃¯ԅ) ，就比如说“双花”（双花，花两次，双重支付的意思）你脑海中也许很快浮过的这样的构想，可不可能通过下面这种方法触发双花问题的产生，从而让我不劳而获：假设有一个名叫X-Man的坏家伙，他控制了一个计算机节点，这个节点拥有比地球上任何一个节点算力都强大的计算机集群。首先，X-Man事先创造了一条独立的（不去广而告之）、含有比较多区块的链条。其中一个区块里放着“X-Man转账给X-Man 1000元”的纸条。接着，X-Man跟张三购买了一部手机，他在小纸条上记录下“X-Man转账给张三1000元”。张三已经比一般的卖家谨慎了，他在这条信息被三次确认后（即三个区块被真实挖出、校验和连接）才将手机给了X-Man。按照我们之前的理解，这条交易记录已经板上钉钉永远无法被串改。X-Man拿到手机之后，按下机房的开关，试图将先前已经创造的区块链条连接在自己这个节点区块链的末尾。大功告成，X-Man拥有了一条更长的区块链条，那些较短、存放着“X-Man转账给张三1000元”的区块链，以及在区块链世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。（???）事实真的如此吗？在这里我可以很负责任的说，too young too simple，区块链世界规则的制定远比我们想象的要健全很多，还记得我们之前讲的“区块的ID至少会跟区块内所有小纸条的集合、即将与之相连的上一个区块ID、当前产生区块的时间戳以及挖矿节点的运气值等因素相关”。 在这里，正是因为打算连接到主链的过程中，主链会立马意识到，那条事先准备的链子（的第一个区块）的时间戳存在异常，不属于当前区块链世界里线性增长的时间戳，于是马上意识到这个事先准备的链子（的第一个区块）是无效的，需要重新计算。 在区块链的世界，重新计算的行为等同于把自己（节点）置身于同一个起跑线，跟世界上其他所有的节点一同竞争挖矿。你会说，我拥有更强大的计算能力，但是对不起，跟你竞争的对象并不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点，而是全球所有算力的集合，在这个集合中，你拥有的算力永远都只是一个很小的子集。所以，根据区块链算力民主、少数服从多数的基本原则，这个构想将永远不会成立。除非....你控制着全球51%的算力，这也就是区块链世界里另外一个著名的概念，叫做“51%攻击”，但这也仅仅是一个理论值，在真实世界里这样的攻击我个人觉得是很难发动起来的，这里面就牵涉到很多经济、哲学甚至政治的因素。举个最简单的例子：X-Man为了回滚刚刚发生的一笔交易记录，成功发起了51%攻击，这意味着很快整个区块链系统将会崩盘，因为这次攻击已经严重伤害到人们对这套系统的信任，接着比特币开始暴跌至几乎一文不值；但是这个拥有51%算力的X-Man原本完完全全可以通过挖矿的方式获取更多收益，购买无数的iPhone手机。那他不是脑袋不是坏了还能是啥？对51%攻击话题感兴趣的同学可以阅读这篇文章《什么是比特币51%攻击？》。至此，我觉得区块链最基础、最核心的知识已经全部讲完了（除了挖矿内部实现原理，作为一个遗憾留在这里，有时间会完善掉），相信你已经对它有了一个宏观的认识。另外，由于这篇文章采用了适当抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，欢迎大家来纠错。另外，也是受限于自己知识结构的缺失，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。--问答部分去中心化的系统中，到底是谁在发行货币？是无限量发行吗？比特币的货币是通过挖矿（工作量证明）来发行的，总数量是通过程序写死了2100万个，而第一笔区块奖励也是硬编码写死的。矿工挖出一个区块所获得的奖励，每隔21万个区块将减少一半，按照平均10分钟挖出一个区块的执行效率，也就就说差不多每四年会锐减一次。2009年1月起每个区块奖励50个比特币，2012年11月减半为每个区块25个比特币，2016年7月减半为12.5个比特币。基于这个规则，到2140年，所有比特币(20,999,999,980)将全部发行完毕，之后不会再有新的比特币产生。矿工节点的收益除了挖出区块以外还有哪些？矿工节点的收益主要由两部分组成：1）挖出新区块的奖励；2）挖出新区块内所含交易的交易费。但就目前来说，一个区块内的交易费大概只占到矿工总收入的0.5%甚至更少，大部分收益主要还是来自于挖矿所得的比特币奖励。然而，随着挖矿奖励的递减，以及每个区块中包含的交易数量增加，交易费在矿工收益中所占的比重将会逐渐增加。在2140年之后，所有的矿工收益将完全由交易费构成。是不是只有成为节点才能进行交易？、钱包、尤其是轻钱包是不是也可以挖矿？这个问题是读者问出的，可能之前也有同学提出过类似的问题，但是没有引起我足够的重视，后来发现其实我也把概念混淆了。我一并去查阅了相关资料，对节点和钱包有一些更完整的理解和定义。详细请阅读我的专栏文章《区块链节点与钱包的分类、边际和使命，看这篇文章就足够了》参考中心化与去中心化 https://www.douban.com/note/624421270/图说区块链 https://book.douban.com/subject/27084306/区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ https://www.zhihu.com/question/37290469 什么是比特币51%攻击？ http://8btc.com/article-1949-1.html区块链与新经济：数字货币2.0时代 https://book.douban.com/subject/26804497/詳解比特幣原理和運行機制 https://www.youtube.com/watch?v=P4seQcP77H4区块链是什么：从技术架构到哲学核心 https://v.qq.com/x/page/x0518nuh2z7_0.html区块链核心算法解析 https://book.douban.com/subject/27081206/深入理解比特幣的安全性及程式交易安全性與相關的密碼學原理 https://www.youtube.com/watch?v=3w1Tg3B_oKQ 深度了解区块链——拜占庭将军问题深入探讨 https://wallstreetcn.com/articles/338061精通比特币-挖矿与共识 http://zhibimo.com/read/wang-miao/mastering-bitcoin/Chapter08.html编辑于 2022-08-16 09:47​赞同 6845​​554 条评论​分享​收藏​喜欢

（一）简单易懂地介绍什么是区块链 - 知乎

（一）简单易懂地介绍什么是区块链 - 知乎首发于去中心化金融实验室切换模式写文章登录/注册（一）简单易懂地介绍什么是区块链Wilson 华来自好奇心星人 本文主要是用通俗的语言和图文来解释“区块链”这个一抽象又偏向技术的名词，关于技术方向的解释会放到下一篇文章里做详细解释。首先对区块链做一个总结放在最前面：区块链就是通过密码学的方式形成的一个由集体维护的分布式数据库。听不懂？没关系，且往下看...在解释区块链具体是什么东西之前我认为最核心的是要知道“我们为什么要用区块链技术”。1、区块链的诞生是为了解决什么问题？在支付宝转账的时候，作为用户的你感觉是把你的钱直接打到对方的账户中。但！....事实是这样的：这里的支付宝等公司就是“第三方”，那为什么我们俩转账为什么要有一个“第三方”出现？这是阿里巴巴的纪录片《造梦者》中的一段话，ps:下文会多次引用，就可以很好解释“第三方”这个名词，这也是淘宝和支付宝诞生的伊始。换句话说，当时的阿里是被逼做了这个“第三方”，因为当时没有任何一家公司能够担任这样的角色，于是阿里成为了信任的中心，商家和用户因为“信任”，选择把钱给阿里。但是，如果阿里携款潜逃了（尽管不可能...）或者财务运营商出了问题（毕竟是人嘛...）怎么办？如果有一个机器或者一个“超级系统”来做这些事就好了！在互联网技术更新替换了十几年后的今天，区块链出现在我们面前，没错！它就是那个“超级系统"！一个信任的机器。有了区块链，事情开始变得不一样了。传统中心化的方式：区块链网络下的”去中心化的方式：在去中心化的网络下，每个用户之间都可以是直接联系的，不再有任何第三方的参与，用户间的转账就像手递手付现金一样，这也是为什么比特币会被称为”电子现金“。好了，现在A已经把钱转给B了，那么谁来记这笔账呢？之前有支付宝帮我记账对账，会统一存在支付宝后台系统中。为了让所有用户的交易都被记录下来并且账目都是正确的，支付宝会为此付出巨大努力。看看支付宝的初期...每天1000笔的账单，人工对账就已经很痛苦了。以现在支付宝的体量，每天少则几十万的账单，即使是系统对账也难免漏单，并且要付出相应的人力、物力来维护这一套非常复杂的收支清算系统。说了这么多，那区块链是怎么对账的呢？答案是：没有！在区块链的网络中根本不需要对账，零清算，因为区块链中的每一个节点（就是一台计算机或理解为一个用户）自己都有一个账本，这个账本是实时更新的，区块链网络中发生的任何交易都会被记到你自己的账本中，没错，别人的帐你也有，但是你是不知道这个人是谁的，因为他们统一都长这个样子：0x d7a8fbb307d7809469ca9abcb0082e4f8d5651e46d3cdb762d02d0bf37c9e592这就意味着，以前由一个中心化的机构帮你记账对账，现在由每一个网络中的参与者帮你记账，大家都有同一个账本。如下图每个人拥有同一个账本，即使你篡改了你自己的账本，让你的账上多了1亿，可是51%以上的账本中你的账户还是1分钱，那就说明你的帐上余额就是1分钱，无法抵赖。当然，如果你能控制网络51%的人在账本中帮你把一分钱变成1亿，你就能获得一亿，但基本上就要动用举国之力了....骚年，你确定你可以？这就是为什么大家说区块链网络是安全的，因为攻击成本太过巨大，打个比方：比特币现在市值80亿美元，如果你想攻破它并得到这80亿美元，你可能要花费200多亿美元......说了上面这么多其实就是想说明区块链的几个特性：去中心化，没有第三方中介，一切都由程序来完成。安全性，主要体现在分布式、51%攻击，即使一个节点被攻击或宕机也不会影响网络的运行。最核心的就是：去信任。一切社会行为都要建立在”信任“的基础上，这也是区块链解决的最根本的问题。这是《造梦者》中马云的说一句话，时至今日，区块链技术解决的最核心的问题就是“信任”。PS：传送门：阿里纪录片：马云和他的“少年阿里”《造梦者》，这部影片我个人看了很多遍，深深的感受到现在的区块链时代就仿佛当年的互联网时代，究竟能否成为一个时代我不得而知，但影片中马云的一句话也影响着我，“失败了也没关系，至少我把一个概念告诉了别人，我成功会有人成功的，我希望中国人点成功，不要再拖下去了”。看着马云一次次在给别人解释“什么是互联网”和“电脑能干什么用”，梦回今日，我们也乐此不疲地给别人解释“什么是区块链”和“它能做什么”。区块链，会造就某个“马云”的梦想吗？是梦想，还是梦境，20年后见分晓。无论结局如何，至少我们都是这个时代的见证者。编辑于 2016-09-12 18:23区块链(Blockchain)比特币 (Bitcoin)金融​赞同 472​​75 条评论​分享​喜欢​收藏​申请转载​文章被以下专栏收录去中心化金融

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎切换模式写文章登录/注册区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？璐女神一个不知疲倦的打工人！1 区块链是什么？回答这个问题的关键就是：先别管区块链是什么。很多人搞不懂区块链是什么就是因为上来就死抠“区块链是什么？”这个概念，然后被各种“区块”、“挖矿”、“去中心化”、“双花攻击”、“拜占庭将军问题”等等概念搞晕了。就比如说我问你“手机是什么？”你先别往下看，你先想一想。定义一下“手机”。你给出来的答案一定不是“可以在较广范围内使用的便携式电话终端”（取自百度百科）。这种定义我读都读不通畅。你会说：手机是用来打电话的，发微信的，刷抖音的，看朋友圈的。同理，我们先不要纠结区块链的技术原理是什么，先问“区块链是用来干嘛的呢？”区块链是用来共同记录公共数据的，或者更狭义的说，用来记账的。你说记账用电脑自己记就可以啊，为什么要区块链记呢？因为你自己记的账别人不信。你谁啊？凭什么你记的别人就信？比如，你在你的电脑里记了张三欠你1万块钱，张三说我电脑里还记了你欠我100万呢。那怎么办？以前这么解决：找一个公证人，你俩的账都记在公证人这里，出现纠纷以公证人的账本为准。比如银行就是干这个的。你俩的钱都存他那里，转账、借款都有记录。区块链这么解决：你在自己的电脑里记账的时候，张三也在自己电脑里记一下同样的数据，记好之后，你俩互相检查一下，都认可了，这账就算正式记下了。中间不需要第三方或者所谓“权威机构”、“认证机构”的参与。大家共同记账的方式，也被称为“分布式”或“去中心化”，因为人人都记账，且账本的准确性由程式算法决定，而非某个权威机构。这就是区块链，核心讲完了，区块链就这么简单，一个共同记账的账本。当然，区块链在实际应用中，参与人数可多可少，也会应用在包括数字金融、物联网、数字资产等等多个领域。比如应用在游戏领域就是大家一起记录游戏道具的所有权、道具属性等等。比特币，就是区块链在数字金融和数字货币领域最大的应用。你说：啊？就这么简单吗？是的，就这么简单。剩下的都是技术怎么实现的问题，你不需要了解。就像你只要知道4G比3G快就行了，不需要知道4G是什么原理一样。只会把自己搞晕。2 下面具体讲讲比特币现在要记账的不仅仅有你和张三了，还有李四王五赵六吴七以及他们数以百万计的子子孙孙们。几百万上千万个人要一起记账。怎么记？和前面一样，每转一笔账，所有人的电脑都记录一遍，然后相互检查，保证几百万台电脑的账都一模一样，这账就算正式记下了。这就是比特币，核心讲完了，比特币就这么简单。几百万台电脑一起记一本账，本本都一样，账上记录了每个人有多少钱（比特币）。剩下的都是技术怎么实现的问题。怎么实现的也不需要具体了解，你只要知道，比特币网络运行了10年，没出什么大问题就好了。3 金融即账本你会说，按你这么说，比特币就记个账而已，为什么这么值钱啊？因为，金融世界本就只是一个巨大的账本啊。你仔细想想，你的存款、你的股票、你的基金，都只是别人账本里的一串数字。不同的是，这支记账的笔，在谁的手里。稍微扯远一点，目前中美在区块链金融发力狂飙、军备竞赛的真正原因，就是要拿下给全世界记账的这支笔。这个我们后面详细解释。你把钱存银行，这支记账的笔，就在银行手里。你可以深想一下，如果哪天，银行的系统出问题了，你账户里的钱余额变成了0，你怎么证明你账户里曾经有过那三万八千六？或者如果哪天，被人诬陷，所有银行账户被冻结，你该怎么办？明明是属于你的钱，如果不存进银行就不可能被冻结。现在存进去了反而就不再属于你的了。这种设定是不是很奇怪？当然，这种事情，是不会发生在法制健全、科技发达的我国的。不过在银行随时可能倒闭，本地货币随时可能一文不值的一些贫穷落后国家呢？区块链可以如何改变这种情况呢？如果这笔账是在运行正常的区块链上记录的，那么当银行说自己的电脑坏了查不到你的存款记录的时候，你可以告诉他，没关系，我的电脑里有记录，而且不仅仅我的电脑里有，另外的几百万台电脑里也有和我电脑一模一样的记录。同样，在正常运行的区块链上，银行也无法冻结你的账户。因为你的资产不再是只存在它电脑里的一串字符，而是在千万台电脑里都广泛被承认的。同时，区块链具有极其顽强的生命力。比特币，之所以在被众多国家严令禁止的情况下还能够存活这么多年，并且价格越来越高，就是因为它太难被禁了。世界上数十万台记录着同一本比特币账本的计算机，分布在数十个国家的学校机房、普通民宅、深山老林、旷野深处。不管如何打击，只要世界上还有一台机器还在跑着比特币账本，它就不会真正死去。关于区块链是什么这个问题，到此就回答完毕了。下面是我关于中美未来在区块链金融领域发力的一些看法。这比区块链本身，要精彩的太多！4 下一代世界货币我在这里讲这么多区块链的优点，并不是为了给比特币唱赞歌。诚然，比特币是一个非常成功的经济学结合计算机技术的实验，它的成功也让这世界上最聪明的人看到了区块链颠覆当前世界货币体系和经济格局的可能性。比如说Facebook的扎克伯格。我们要理解昨天新闻的深刻用意，也需要将自己的眼光至少拔高到扎克伯格一样的高度。我们在提到区块链的洗钱风险、难以监管、难以控制的时候，往往会不自觉地想到国家一定会对其进行打压，因为它不利于国家的经济秩序。但是，如果我们不是总想着怎么去防守它对我们可能的伤害，而是把它打磨成一柄利刃，用于开疆拓土、远播华夏文明呢？如果，我只是说如果，我们不把区块链金融用在本国经济体系中，而是用于整个世界经济体系呢？正如之前所述，区块链金融和银行相比，有三个非常突出的优势：一键开立账户，无需身份证明等任何手续发行量公开透明可控制，无需担心币价大幅贬值抗审查、抗冻结这三个特点对本国经济体系可能会带来负面影响，但如果用于进入他国经济体系，却是三把极其锋利的尖刀。我们大胆的想象一下，无比方便好用的支付宝/微信移动支付加上杀不死的区块链金融/比特币，我们可以得到什么：无需设立任何银行网点，无需和任何国家达成协议，就可以让全世界各个角落的人，仅通过一部手机，就使用人民币或者由中国控制的数字货币进行结算。而且最狠的是：其他国家想禁止也禁止不了。我们可以得到这么一种新型世界通用货币和新型APP产品：手机一键免费开立账户无国界转账用户体验极佳安全性极高抗审查、抗冻结抗通胀、汇率稳定大国背书远的不说，这至少可以马上大幅改善全球数十亿尚无银行账户的人们的生活方式。他们将可以一键获得自己的全球通用免费账户，货币将无需担心突然贬值或账户被冻结。5 号角吹响毋庸置疑，这个新型世界通用货币将是未来货币的新形态，也是这次数字世界货币战争的终极战利品。谁将是新的世界金融规则制定者？人民币国际化已经进行了很多年，但其终究还是在原有世界格局下的存量竞争，需要一国一洲攻城拔寨。如果，我们能够成为新型世界货币的规则制定者，从下至上颠覆整个世界货币格局，会不会更有趣？就在两天前，美国国会对Facebook的数字货币Libra计划进行了长达六小时的问询。期间，扎克伯格说：“我不知道我能不能搞成，但支付宝和微信都在拼命搞区块链，我们再不搞，中国就搞出来了。”数字世界货币战争的号角已经吹响，各位勇士们，准备好了吗？看了大家的回复以及其他关于区块链的答案，想讨论一个问题：区块链真的去中心化吗？有多去中心化呢？我先给我的观点，区块链的去中心化是一个美好的设想，目前在实际应用中，远远没有大家想象的那么去中心化。绝大多数情况，都是一个人，或者个位数的中心化组织或个人垄断了51%以上的算力。就拿大家熟悉的比特币来说，几乎所有的人都在说比特币是去中心化的，有几万几十万台分布在世界各地的矿机，几乎杜绝了串谋舞弊的可能性。但真实情况果真如此吗？下图是我随手在网上找的2018年比特币矿池算力占比图。算力分布的概念和矿池的概念我就不展开讲了。百度和知乎都有很好的答案。但通过这张图你可以很明显的看到，即使是被吹上了天的去中心化数字货币比特币，也并不是一个理想中人人平等，完全去中心化的状态，而是由几个资金实力极为雄厚的大矿池和大矿主垄断了算力。我无意去抨击矿池和矿场的老板，因为这其实是事物发展所必然的结果。而且他们很多都是区块链行业的先驱，为区块链的发展实实在在的做了很多贡献。但我只是想说明一个事实，即：区块链不等于极度分散和完全去中心化。也没有这个必要。那么为什么无法完全去中心化会是比特币的必然结果呢？因为比特币挖矿可以赚钱，而规模效益可以提高这个赚钱的效率。最早的时候比特币卖不了钱，所以算力很分散，大家都是玩玩的。但随着比特币越来越值钱，越来越多的人就开始算经济账了。比特币挖矿拼的是机器的算力，好的机器可以只用一百度电就可以挖100美元的比特币，不好的机器要一千度电才能挖100美元。而好的机器，需要资本投入去研发、生产。同理，挖矿所产生的电费，一般人是6毛钱一度，而有规模效应的大矿场，可以做到2毛到4毛。在这种情况下，必然会造成强者恒强，弱者不断被淘汰，算力越来越集中。那么你也许会问，比特币是这样，那其他的区块链项目呢？很遗憾，都差不多。而且每隔段时间就会有新的人跳出来说自己解决了这个问题，但一旦开始赚钱了，就还是逃不过规模效益这个简单又强大的经济学定律。发布于 2020-04-16 10:30区块链革命（书籍）区块链开发指南（书籍）区块链价值​赞同 96​​5 条评论​分享​喜欢​收藏​申请

区块链是什么？如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎

区块链是什么？如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册商业区块链(Blockchain)区块链是什么？如何简单易懂地介绍区块链？关注者10被浏览6,897关注问题​写回答​邀请回答​好问题​添加评论​分享​7 个回答默认排序0xOar​​ 关注泻药贴一篇之前给公司运营做的区块链小白科普。能够最直白的告诉你区块链是啥，有啥价值。经不起仔细推敲啊，大概看看就行正文：今天我来给大家用最通俗的语言科普一下“区块链”和“数字货币”。（纯属小小白科普，毫无技术含量）首先大家需要明确比特币不等于区块链区块链是比特币的底层技术，而比特币只是第一个用了区块链技术的应用而已。除了比特币之外，还有非常多（大概几万）的数字货币，他们都用了区块链技术。既然如此，我们先来讲讲区块链究竟是个啥。假设我和各位读者都在一个村子里，而我是这个村子的村长。有一天读者A要给读者B借一百块钱。但是这俩人之间互相猜忌（A：哼，那个小BZ前两天刚劈腿我闺蜜的二大爷的闺女的前男友。人品肯定不咋地，我要是借给她钱，不还咋办？）A不太敢借钱给B，但是B承诺的利息又很诱人！咋办啊！于是A想了个办法，找到村子里最pang，不对，是最德高望重的村长，也就是我本人。让我做个担保，把他俩的交易记到我的小账本上，如果B不还钱，就由我出面让B滚出村子，和那个劈腿的渣男一起滚蛋。哇！这个办法很好啊，因为我本人的信誉很好，久而久之，村子里所有人都来找我当中间人，而我的账本上记得东西越来越多。呀！不好！村民们渐渐发现这样很容易出现一些问题！1：如果有人想抵赖！只要半夜潜入我家偷偷把账本改了就可以！2：村长（我本人），权力越来越大，手续费越来越高，漫天要价！3：村长（我本人）总有老的一天，嗝屁的一天，万一他GG了，没还的钱咋办啊！4：村长（我本人）看着挺老实，但是难保不受诱惑啊，万一监守自盗怎么办！5：村长（我本人）家那房子木头结构的啊！一把火就可以连账本一起被烧了！那可咋办啊！村民们（你们这些小聪明蛋）越想越不对，越想越不对！这可咋办啊！其实这个例子就是我们现实生活的写照！你TB买东西，需要先把钱给支付B，然后你拿到货支付B再把钱给卖家。这样你才放心！因为你信任支付B！可是，万一啊，我是说万一（阿里爸爸对不起）。支付B出现了上述问题！你的钱可咋办啊！！！出大事了！！！所以，我们的村里有一个可爱的老聪明蛋——中本蛋想出了个办法。中本蛋要借给读者B（就那个劈腿的小BZ）一笔钱！他不来找村长（我本人）了（好伤心）！而是转头拉着B跑到了村里的广播站！然后大喊一声：“父老乡亲们！今天，我中本蛋要借一万块给劈腿B！你们都帮我做个见证啊！来劈腿B！你给大家说一句，证明下！”“噢噢！好的！父老乡亲们！我！劈腿B！我呸！我，B大美女！今天确实要借中本蛋一万块，请大家做个见证！！于是父老乡亲，街坊邻居都听到了，大家纷纷拿出账本记录下了这笔交易！哇！兄弟们！就这样，村长（我本人）就被干掉啦！！！而且，大家再也不用担心有人改账本了！除非他可以把全村一大半的账本都改掉！！这得费多大劲啊！而且，再也不用担心中间人监守自盗啦！！！天地大同啦！等等！中本蛋敏锐的发现了一件大事！人家凭啥帮你白白记账啊！！村长还收手续费呢！村民都是些小聪明蛋！他们会干这种吃力不讨好的事情！！于是！中本蛋费劲心力找来了村里仅有的1000颗八叶草！并把他们命名为比特草！！还跟全村父老乡亲达成共识！谁记账记得最快最好！就把一个八叶比特草给他！每四年减半！而比特草因为总量固定，所以会越来越值钱！具有使用价值！这样子全村人都可以抛弃村长，放心大胆的进行交易啦！一有人不还钱，大家就对比一下帐本，然后集大家之力让他滚蛋！哇，看到这里相信各位读者聪明蛋们都差不多明白了！每个村民手中的每一页账本就是一个区块！整个账本连起来就叫做区块链！而每个村民手中都有整个区块链（账本），这样，一个“去中心化”的体系就此建立了起来！而其中，激励大家记账的比特草就是比特币等数字货币！！当然，区块链技术没有这么简单，为了保证安全性和解决一些实际问题，区块中除了记录交易数据还会打上时间戳，保存父区块hash，等等很多东西。而不同的区块链设计方式也不一样，由谁来获得奖励的评判规则也不一样。有的是记得最快的，有的是持有比特草最多的，有的是大家投票选出来的。方式各有不同，但是效果都是一样的！为了“去中心化”！！！！为了“数据安全”！！！！为了“可以溯源”！！！！为了“信用社会”！！！！大家可以大胆想象一下，在未来，所有人的数据都在链上后。你可以很轻易，很放心的把钱借给任何人，如果他不还钱，他所有的生活都会受这条作恶记录的影响，飞机不能坐，房子不能买，甚至账户里一有钱就会自动打给你！（现在也行啊？小老弟，万一你本来还了钱，银行非说你没还，你咋办？你品！你细品！！）再把场景扩展一下！区块链技术还可以应用到其他各种领域！举个例子，《人民的名义》中出逃的贪官丁义珍借助祁同伟的帮助伪造假身份出逃海外！而在未来，区块链上记录了其唯一的指纹和面部轮廓等，就不可能伪造新的身份或者由当权者篡改记录帮助罪犯逃脱。这样一想是不是感觉，哇！好厉害！这简直就是生产关系，信用体系的重构啊！（我瞎猜，说不定你们无动于衷）区块链技术未来的前景会非常的巨大，可是目前技术还存在着一些问题需要解决！比如去中心化和效率之间的互斥。当前已经成熟的区块链项目都是不支持大规模商用需求的。比如2017年（18年的我忘了）双十一淘宝的交易峰值高达25.6万笔/秒，而区块链的平均水平也就1000笔每秒差不多。所以一些需要高并发的场景是暂时是用不了区块链的。再就是链上数据和链下数据的交互问题，数据上链不可篡改，但是上链前就是假数据可咋整？但是正如过往的技术发展史一样，随着热潮的到来，技术壁垒总会被打破，而这种极具颠覆意义的技术未来前景也一定会十分巨大！BUT！炒币就不一定了。听我说了这么多，大家应该可以分得清楚，区块链技术跟炒币没啥关系。在有的需要激励的场景中，数字代币才有存在的价值，而一些不需要激励节点的场景中或者有其他激励方式的场景，不生产代币也可以区块链！况且，我也说了，技术壁垒还没有突破的情况下，币价的爆涨基本都来自于炒作（最近熊了）。而那些一夜暴富的故事，真的不适合啥都不懂的你。发布于 2019-10-16 17:52​赞同 19​​8 条评论​分享​收藏​喜欢收起​知乎用户659AkE​ 关注接地气的回答一下，比如我给你支付宝转账10块钱，你支付宝的账单就会记录我给你转了10块，这个账单储存在支付宝服务器（电脑）。咱俩转账的账单只可能在支付宝存储。区块链就是，比如有十个人愿意成为服务器。我如果给你转账，这一笔转账记录将会分别储存在10个人的服务器。永远不可篡改。谁如果想改，可以，入侵得了一个人的服务器你敢保证入侵超过5个人的服务器么，如果这个人数非常巨大的话，可以想想入侵者有多累同样的技术可以应用在其他领域，例如物流，文件的传输，网站的架设等。保证了安全，防范了内鬼。编辑于 2019-10-21 23:41​赞同 2​​3 条评论​分享​收藏​喜欢

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区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​1,505 个回答按时间排序大阳说币学习交流公众号：奇哥说币​ 关注以太坊 (ETH) 价格会在三月份触及 ATH 吗？232 播放发布于 2024-03-07 13:57· 53 次播放​赞同​​添加评论​分享​收藏​喜欢收起​CryptodidiCrypto​ 关注摘要：（如比特币、币安链、以太坊），以及这些网络的基础架构。Layer 1区块链无需其他网络参与，即可验证并完成交易。提升Layer 1网络的可扩展性非常困难，比特币就已经印证了这一点。为解决这一问题，开发人员创建了依靠Layer 1网络的安全性和共识运作的Layer 2协议。比特币的闪电网络就是Layer 2协议的一个典型例子。闪电网络允许用户先进行自由交易，随后再将其写入主链。Layer 1和Layer 2这两个术语可以帮助我们理解不同区块链、项目和开发工具的架构。如果您曾好奇Polygon和以太坊之间、Polkadot和它的平行链之间是何种关系，那么了解不同的区块链层次有助于解开谜团。什么是Layer 1？Layer 1网络是底层区块链的别称。币安链(BNB)、以太坊(ETH)、比特币(BTC)和Solana都属于Layer-1协议。我们称之为Layer 1，是因为它们是所在生态系统中的主要网络。与之相对的链下解决方案和Layer 2解决方案都是在主链上搭建的。换言之，Layer 1协议能够在自身的区块链上处理并完成交易，同时自带用于支付交易费用的原生代币。Layer 1网络普遍存在难以扩容的问题。面对日益增长的交易需求，比特币和其他大型区块链都在力图加快交易的处理速度。比特币使用的工作量证明(PoW)共识机制需要大量计算资源。 PoW兼顾了去中心化和安全性，但在交易高峰期，网络运行速度仍会下降，从而导致交易确认时间延长，费用上涨。多年以来，区块链开发人员一直在研究可拓展性解决方案，但是至今仍未就最优替代方案达成一致。Layer 1扩容的可选方案包括：1.扩大区块规模，使每个区块能够处理更多交易。2.更改共识机制。即将上线的以太坊2.0版本就采用了这一方案。3.实施分片， 分割数据库。改进Layer 1需要大费一番周折。很多情况下，不是所有网络用户都会同意这样的变更。这么做可能会导致社区分裂，甚至发生硬分叉。2017年比特币分裂出比特币现金就是硬分叉的后果。隔离见证(SegWit)比特币的SegWit（隔离见证）是Layer 1扩容解决方案的一个例子。隔离见证通过改变区块数据的组织方式（将数字签名从交易数据中移除）增加了比特币的吞吐量。这么做可以释放区块空间，使每个区块能够处理更多交易，而且不会影响网络的安全。Segwit是通过反相兼容的软分叉实施的。这意味着，还没有通过更新来包含隔离见证(SegWit)的比特币节点仍能处理交易。什么是Layer 1分片？分片是一种常见的Layer 1扩展解决方案，可用于增加交易的吞吐量。这是一种数据库分割技术，可以应用于区块链的分布式账本。网络连同上面的节点一起被分割成不同的分片，以此平摊工作量并提升交易速度。每个分片处理整个网络的一部分活动，即每个分片都有自己负责的交易、自己的节点和独立的区块。分片后，无需在每个节点上保存完整的区块链副本。每个节点会将完成的工作写入主链，实时共享本地数据，包括地址余额和其他关键参数。Layer 1与Layer 2对比Layer 1存在一些无法突破的瓶颈。由于受到技术限制，区块链主网很难或几乎不可能实施某些变更。例如，以太坊正在升级过渡到权益证明(PoS)系统，但是整个流程已耗时数年。由于可扩展性问题，Layer 1本身并不适合某些用例。比特币网络的交易流程耗时过长，现实中不可能在网络上运行任何区块链游戏。但是，游戏的开发人员可能仍然想利用Layer 1的安全性和去中心化属性。那么，最佳办法就是在这一网络上构建Layer 2解决方案。闪电网络Layer 2解决方案以Layer 1为构建基础，并依靠Layer 1完成交易。闪电网络就是一个著名的示例。在流量高峰期要花费数小时才能在比特币网络上完成一笔交易。而闪电网络允许用户在主链下使用比特币进行快速支付，稍后再将余额提交至主链。这样可以将所有人的交易汇总成一份最终记录，从而节省时间和资源。 当今的区块链生态体系中有多个Layer 1网络和Layer 2协议。虽然很容易混淆，但只要掌握了基础概念，就能轻松理解整体架构。在研究新的区块链项目，尤其是专注于网络互操作性和跨链解决方案的项目时，掌握基础概念非常实用。发布于 2024-03-03 18:14​赞同​​添加评论​分享​收藏​喜欢收起​54 个回答被折叠（为什

区块链是什么，如何简单易懂的理解区块链？ - 知乎

区块链是什么，如何简单易懂的理解区块链？ - 知乎切换模式写文章登录/注册区块链是什么，如何简单易懂的理解区块链？梅冬数码控/码农/设计师 最近微博、朋友圈、各媒体都在大肆宣传“区块链”，这个也是2017-2018新年之际比较火爆的一个话题。未来这项技术和思想很可能会应用到电商、医疗、科研……等各领域当中。各行各业的人才都在开始关注，有的甚至都不是互联网圈的人。小冬子作为一名IT圈的一员，立志走在科技前沿的小青年当然也不会落下，找了大量文章和知名博主开始研究，也因此在微博上diss过不少人。那么，这玩意儿到底是个啥东西呢？且听我慢慢道来。 时不时就有朋友跟我讨论区块链和比特币的事情，我尝试了很多种不通的姿势以求简单通俗形象生动地跟他解释什么是区块链技术，但是最后都失败了。因此我萌生了要写一篇BlockChain for Babies（又名：如何向你的弱智室友解释区块链）的想法，以求能简单直观生动形象地向对区块链技术不了解但是想知道区块链是什么的人介绍区块链技术或者比特币。 首先，区块链是一种技术。但是与其说它是一种技术，我更愿意接受它是一种思想。在软件研发设计人员眼里，这玩意儿就是一个分布式数据库存储，多少年前就被工程师玩烂了的。像那些百度网盘、360云盘……等都是分布式存储。算不上什么高端。但是今天，我不跟大家讲技术。因为面向的读者是不想知道具体技术实现只想了解区块链的人群，因此本文避开了一些底层和算法细节，采用比较主观的方式来展示笔者对区块链技术的感性认识。如果你并没有想深入了解区块链，只是想在别人问起的时候装装逼，那本文是一篇很好的导论。总览区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库（感谢@程剑宇指出：在与比特币相关的区块链应用中可使用这一术语，但区块链技术可能并不包含“账本”）。其本身是一串使用密码学相关联所产生的数据块，每一个数据块中包含了多次比特币网络交易有效确认的信息。 这是区块链的定义，因此要逐步了解区块链，我们需要一步步了解如下东西。去中心化先来考虑一个中心化集中式处理的过程。你要在某宝上买一部手机，交易流程是：你将钱打给支付宝－支付宝收款后通知卖家发货－卖家发货－你确认收货－支付宝把钱打给卖家。图1: 中心化集中式交易模式在这个过程中，虽然你是在和卖家交易，但是这笔交易还牵扯到了除了你和卖家的第三方，即支付宝，你和卖家的交易都是围绕支付宝展开。因此，如果支付宝系统出了问题便会造成这笔交易的失败。并且虽然你只是简单的买了一个手机，但是你和卖家都要向第三方提供多余的信息。因此考虑极端情况，如果支付宝跑路了或者是拿了钱不却不承认你的交易或者是支付宝所在的城市因为开G20把所有人都赶走了(?)，那么你就悲剧了。而去中心化的处理方式就要显得简单很多，你只需要和卖家交换钱和手机，然后双方都声称完成了这笔交易，就OK了。可以看出在某些特定情况下，去中心化的处理方式会更便捷，同时也无须担心自己的与交易无关的信息泄漏。其实如果只考虑两个人的交易并不能把去中心化的好处完全展示出来，设想如果有成千上万笔交易在进行，去中心化的处理方式会节约很多资源，使得整个交易自主化、简单化，并且排除了被中心化代理控制的风险。去中心化是区块链技术的颠覆性特点，它无需中心化代理，实现了一种点对点的直接交互，使得高效率、大规模、无中心化代理的信息交互方式成为了现实。当然，上述的例子有一个很大的潜在问题：没有了权威的中心化代理，怎样保证每笔交易的准确性和有效性呢？比如：如果没有了权威的中心化代理，张三某一天借了我100块钱，但是不还钱还不承认怎么办？这里就引出了区块链的其它特性。两个基础难题在去中心化以后，整个系统中没有了权威的中心化代理，信息的可信度和准确性便会面临问题。问题1：类两军问题第一次听说这个问题居然是在TCP的课上，大致说的是有两个相距很远的军队要传递信息，红军派遣一个信使去跟蓝军说：“你他娘的把意大利炮拿出来！”。蓝军收到信息后又派了一个信使去红军说：“收到指令！”。然后红军又派一个信使去蓝军说：“知道你收到指令了！”。然后蓝军又派一个信使去红军说：“知道你知道我收到指令了！”。然后红军又派一个信使去蓝军说：“知道你知道我知道你收到指令了！”……然后就没完没了了。图2：在分布式计算中在异步系统和不可靠的通道上达到一致性是不可能的在这种情况下，因为是点对点的通信，双方不可能在这种情况下达到信息的一致性。严谨一点，就是“在分布式计算上，试图在异步系统和不可靠的通道上达到一致性是不可能的”。问题2：拜占庭将军问题拜占庭罗马帝国在军事行动中，采取将军投票的策略来决定是进攻还是撤退，也就是说如果多数人决定进攻，就上去干。但是军队中如果有奸细（比如将军已经反水故意乱投票，或者传令官叛变擅自修改军令），那怎么保证最后投票的结果真正反映了忠诚的将军的意愿呢？拜占庭将军问题反映到信息交换领域中来，可以理解为在一个去中心的系统中，有一些节点是坏掉的，它们可能向外界广播错误的信息或者不广播信息，在这种情况下如何验证数据传输的准确性。区块链技术的诞生现在让我们来一步一步在去中心化的系统中解决这些问题，见证区块链技术雏形的诞生。1我们先来建立一个去中心化的系统，为了方便理解，我们来看一个简单的去中心化借贷模型：如果A借了B 100块钱，这个时候，A在人群中大喊“我是A，我借给了B 100块钱！”，B也在人群中大喊“我是B，A借给了我100块钱！”，此时路人甲乙丙丁都听到了这些消息，因此所有人都在心中默默记下了“A借给了B100块钱”。你看，这个时候一个去中心化的系统就建立起来了，这个系统中不需要银行，也不需要借贷协议和收据，严格来说，甚至不需要人与人长久的信任关系（比如B突然又改口说“我不欠A钱！”，这个时候人民群众就会站出来说“不对，我的小本本上记录了你某天借了A100块钱！”）。图3：去中心化借贷模型2可能你已经发现了，在上述的模型中，所谓的“100块钱”已经不重要了。换句话说，任何东西都可以在这个模型中交换，甚至你可以凭空杜撰一个东西，只要大家承认，你就可以让你杜撰的东西流通。比如：我在人群中高喊一声“我创造了10个查克拉！”，我甚至不需要知道查克拉是什么，也不需要关心世界上是不是真的有查克拉，只要大家都听到，然后在自己的小本本上记下“LaiW3n有10个查克拉”，于是我就真的有100个查克拉了。从此以后，我便可以声称我给了某人1个查克拉，只要路人甲乙丙丁都收到并且承认了这一信息，那我就算完成了这次交易，哪怕世界上没有查克拉。你现在脑海中是不是浮现出了三个字——“比特币”？由于真正的区块链和比特币比我上述的模型复杂太多，细节也丰富太多，因此以下还是以查克拉举例，毕竟本文是Blockchain for Babies.（笑）3假设过了很长一段时间，我凭空创造的查克拉已经在这个系统中流通了起来，大家都开始认可了查克拉。但是这个系统中一共就只有10个查克拉，于是有人动了坏心思，他在人群中高呼“我有10个查克拉！”怎么办？大家是直接在本本上记下他有10个查克拉么，这样不是人人都可以伪造查克拉了么？为了防止这种现象发生，我决定在我创造查克拉的时候给我的查克拉打上标记（更准确地说，我是给我喊的那句“我创造了10个查克拉”打上标记，比如标记为001），这样以后在每一笔交易的时候，我在高喊“我给了某某1个查克拉！”的时候，会附加上额外的一句话：“这1个查克拉的来源是记为001的那条记录，我的这句话标记为002！”。我们再抽象一点，某人喊话的内容的格式就变成了：“这句话编号xxx，上一句话的编号是yyy，我给了某某1个查克拉！”，这样就解决了伪造的问题。其实上述模型就变成一个简化的中本聪第一版比特币区块链协议：图4：查克拉模型和中本聪第一版区块链协议对比图好了，看到这里你基本已经能够生动形象又不涉及任何细节地向你的弱智室友解释区块链了。但是也许你的室友是一个有打破沙锅问到底精神求是学子，因此你最好继续准好回答以下这几个问题。1. “凭啥？”你室友可能会问：“凭啥你喊一句话我就帮你记？我的小本本不要钱么？”。为了激励大家帮我传话和记账，我决定给第一个听到我喊话并且记录在小本本上的人一些奖励：第一个听到我喊话并记录下来的人，你就凭空得到了1个查克拉，这个查克拉是整个系统对你幸苦记账的报酬，而你记录了这句话之后，要马上告诉其它人你已经记录好了，让别人放弃继续记录这句话，并给你自己的记录编号让别人有据可查，然后你再把我的话加上你的记录编号一起喊出来，供下一个人记账。当这个规则定下以后，这个系统中一定会出现一批人，他们开始竖着耳朵监听周围发出的声音，以抢占第一个记账的权利。对的，你脑海中是不是又浮现出了“比特币挖矿”的字眼？值得一提的是，关于比特币挖矿， @玲珑邪僧举了一个很形象的例子：单身汪们要找女票，国民岳母说我有好多女儿，这样吧我给你们出点题目，解出一个就给其中一个姑娘的微信号。单身汪们疯狂竞争，想破脑袋去解题。只要其中一只汪解出一道题，就立马得意洋洋地昭告天下，示威全部单身汪，这个姑娘是我的啦，你们放弃吧。其他单身汪们即使不服也没有办法，惆怅懊恼也不是个事儿啊，还是麻溜地立马去解下一道题目吧。这只喜赢姑娘的幸运小汪被岳母认可后还能得到25个货币单位的彩礼，简直人生赢家。2. “听谁的？”在这个系统中，如果我和另一个人C几乎同时地喊出一句：“为了艾泽拉斯！”。由于听众所处的位置不同，一定会有人先听到我说的那句话，而另外一些人则先听到C的那句话，如果我们规定只能有一个人说出这句话，那到底这句话是谁说的？如果不加任何条件，那么上述的情况一定会这样发展：一部分人认为这句话是我说的，在听到这句话之后开始记账，之后他们所做的所有事情都是基于这个事实，并且随着这个信息一次次的传下去，这条信息链会越来越深；而另外一群认为是C先说这句话的人，也会按照这样的趋势发展。这样，原本是一条唯一的信息链，在我们喊出“为了艾泽拉斯”这句话之后，分叉了！？图5：“区块链”分叉这会导致怎样的情况呢？按照我们的设想，应该每个人的小本本上记录的东西都是一样的，都是一条可以把所有信息串联起来的链条。但是在这一刻，他们小本本上记录的东西不一样了！这还玩毛啊？以后还怎么确定交易和信息的真实性！？为了解决这个问题，我又追加了新的规则：每个人在记录小本本的时候，需要脱鞋然后用脚拿笔，在小本本上用正楷体书写！有了这个规定，由于用脚写字难度很大，每个人至少需要10分钟才能写完，而且由于每个人用脚写字的熟练度不通，写完这句话所用的时间也不同，因此一定会有人先写完然后高呼“我写完了！那句话是LaiW3n喊的！”，这样其它正在写这句话的人便会停笔，然后在小本本上重新开始写“那句话是来文写的，上一句的编号是xxx”。如果你对上述我的解决方法感兴趣，你可以对照我上面的比喻去了解以下知识：“听谁的”——中本聪破解“拜占庭将军问题”的算法“在小本本上记录”——比特币挖矿“脱鞋用脚写字”——比特币挖矿难度“脱鞋写字速度”——算力“新的规则”——工作量证明链3. “双花”问题这个时候你的室友可能又要问：如果我同时宣布我给了A一个查克拉和我给了B一个查克拉，但是我只有一个查克拉，那咋整？是A和B都收到了查克拉还是咋地？这个时候你只需要托起他的下巴，温柔地看着他的眼睛，用手刮刮他的鼻子，说：“小妖精，你把这种情况带到上面的规则中去试试？”未完待续……本文也是借鉴了知乎上别的博主写的比较好的文章梳理后的，后面还有很多难以理解的东西，我就懒得写了。有啥不好的地方，大家也可以随时鞭策我。编辑于 2018-01-21 09:46HC超级社区​赞同 11​​添加评论​分享​喜欢​收藏​申请

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区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册生活调查类问题货币金融区块链(Blockchain)区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？关注者44,301被浏览13,193,570关注问题​写回答​邀请回答​好问题 211​56 条评论​分享​登录后你可以不限量看优质回答私信答主深度交流精彩内容一键收藏登录查看全部 1,505 个回答区块链朋克区块链研究 投资 创业 微信公众号关注：cryptopunk​ 关注从比特币切入去理解区块链应该是最为简单的方式。区块链是堪比互联网的伟大发明。比特币是区块链世界的第一个杀手级应用。比特币之于区块链，就好比当年邮件之于互联网。要深入了解区块链，第一站一定是比特币。不过在那之前，「朋克」先简单介绍下区块链世界的组成部分。区块链的世界里有各种链（Chain），就好比互联网的世界里有各种网站。链又大致可以分成三种：公链、联盟链、私有链。公链是所有人都可以加入成为节点和参与记账的链，联盟链是只有联盟内的组织可以参与记账的链，而私有链就是仅有一个组织自己进行记账的链。公链之于区块链，就好比操作系统对于电脑或手机。只不过，目前区块链的水平大致等同于DOS系统对于电脑的阶段。（但是，如果没有DOS的铺垫，哪来的windows系统；没有塞班的铺垫，又哪来的Android和IOS呢。）所以第一站，「朋克」先讲一讲区块链世界的开山鼻祖，比特币。一、比特币的由来比特币是在2008年，由一个化名为中本聪（SatoshiNakamoto）的人提出的一种数字货币。目前一枚比特币的价格约为10000美元（2018年2月27日），比特币总市值约为1750亿美元。（「朋克」提醒各位小伙伴，比特币的最小单位是0.00000001枚，所以千万不要以为买比特币必须一枚一枚的买）。二、数字货币怎么理解？简单的理解，数字货币就是一种既不需要纸币，也不需要金银铜的货币，所有的货币都是以数字的形式存储在网上。这个乍一听似乎觉得非常难以理解，但是仔细想想，现在有多少人是经常使用纸币的呢？相信大多数小伙伴小额用支付宝微信，大额用银行转账。所以从某种意义上来说，大家的银行存款也都是一串数字而已。那么比特币（以及区块链中的其它数字货币）与这种银行数字存款最大的区别是什么呢？ 银行系统是由银行作为中心化的机构，有着中心化的账本，进而控制所有的交易及记录。比特币则是一个没有中心化机构的支付系统。那可能大家会想，那这样的话，谁来进行记账呢，谁又能保证交易的正确性呢？三、分布式账本没有中心化的账本咋办？这个问题好解决。要是没有一个中心化的机构来记账，那就大家一起记账呗。所有人一起记账，用去中心化的账本代替了中心化的账本，并且由于账本是公开的，并且所有人都可以进行记录和验证，从而保证了账本的可靠性。这也就是分布式记账的理念。四、早期分布式账本面临的问题那在这个系统里谁来主导记账（交易的记录和确认）呢？这个问题其实困扰了分布式账本发展非常多年。根据民主的观念，好像大家的第一反应都是，这有什么难的，轮流（或随机）进行记账不就行了吗，要是万一记账有分歧，少数服从多数不就好了吗，反正账本是公开透明的。乍一听好像是这个道理。但是，互联网有一句名言“隔着电脑，没有人知道你是一条狗”，参与区块链记账的，是电脑（节点）。分布式记账可以实现节点之间平等，却没办法实现人人平等。因为一个人可以制造近乎无穷多个节点。要是按照轮流记账的原则，坏人要是想搞乱账本那可就太简单了。举个栗子，假设有10个人，其中9个好人，1个坏人。9个好人每个人各有一个节点，而1个坏人偷偷注册了10个节点（因为这是在互联网上，注册节点的成本约等于0），这样总共有19个节点。如果按照最简单的轮流（或随机）进行记账，坏人有超过50%的概率可以获得记账权，如果剩下9个好人节点对记账有疑义了，因为坏人控制了10个节点，超过了总节点的一半，那他就可以强行把有问题的账记录下来并且让别人必须要接受这个账本。看到这里大家应该都明白了，因为在互联网上创造节点的成本约等于零，所以坏人（攻击者）可以用近乎于零的成本创造大量节点，就可以拥有整个系统的话语权（这也就是俗称的“女巫攻击”）。如果用轮流（或随机）进行记账的模式，核心的问题就是：创造节点的成本约等于零→赢得大量记账权的成本约等于零→攻击系统的成本约等于零。导致极易产生攻击！！！这个问题困扰了分布式账本发展多年......直到中本聪横空出世！五、工作量证明（Proof of Work，挖矿）中本聪的思路很简单，就是不能按照轮流（或随机）的模式进行记账，而是每一个节点必须要做一定的工作后才能赢得记账权，这也就是所谓的工作量证明（Proof of Work，简称PoW）。这样，攻击整个系统的成本，就会从基本为零的成本变为非常高的成本（因为要执行一定的工作）。打个比方，比特币的机制，会不断的发布数学题目（SHA256加密）给所有节点，整个数学题目唯一的解法就是枚举法，每当有节点找到正确的解，就会赢得记账权。同时系统会生成下一个新的题目，当有一个新的节点解出了新的题目后，记账权就从之前的节点转移到了新的节点。整个过程会不断的重复，每一个新的节点开始记录新的账本，也就是比特币中的区块，账本与账本之间的衔接也就是区块与区块的衔接，也就形成了区块链。（比特币的机制会自动调节解题难度，从而保证区块与区块的出块间隔在10分钟左右，这也就是比特币的出块速度。）整个过程中，主要依靠的是算力，算力越强，就可以在同等时间验算更多的解，从而可以更快的找到正确的解。这样，要攻击这个系统，就需要非常强的算力（一般来说认为需要整个系统51%以上的算力），从而使比特币的体系安全性非常高。而为了鼓励大家进行记账，一方面赢得记账权节点，可以获得一次性的一定数量的比特币奖励，同时可以获得记账的交易手续费。这也就是俗称的挖矿。六、个人财产的保护那么讲完了账本和记账的问题，对个人来说，比特币又是如何保障个人财产的呢？中本聪使用了公钥密码学来解决这个问题。公钥密码学的原理可以用这个简单的类比来说明：小朋克一开始有两个不同密码和一个账户（地址），分别称为公共密码（公钥）和私密密码（私钥）。通过私密密码可以推导出公共密码，通过公共密码可以推导出账户地址，但是反过来是无法推导的。这个公共密码是所有人（节点）都能看到，而私密密码只有小朋克自己知道。每当小朋克要发送交易，必须要用私密密码才能操控账户，发送交易。而其他所有人可以通过公共密码进行交易的验证。从数学原理上来说，是小朋克通过私密密码把信息加密，然后把公共密码和被加密的信息公布在网络上。所有人都可以通过用公共密码解密信息的方式来确认这笔信息一定是由小朋克发送的，并且由于公共密码不能用来加密信息，没有人可以冒充小明克发送能由公共密码解密的信息。在比特币的系统中，私钥是一笔资产所有权的唯一证明。从某种意义上来说，比特币通过密码学原理真正的实现了人民对自己资产的完全控制。七、Coin的机制比特币的总量是有上限的，总共是2100万个比特币。每个区块奖励给矿工的比特币数量约每4年减半一次，从最开始的50个比特币到25个比特币到目前的12.5个比特币。后面还会降为6.25个、3.125个...... 预计到2140年，所有的比特币将全部被挖出，出块将没有奖励，矿工的收益全部来自于交易费用。比特币最终是一种不会通货膨胀的数字货币（当然目前因为仍不断有出块奖励所以有轻微的通货膨胀），并且由于不可避免的会有人遗失秘钥或操作失误导致比特币无法找回，比特币是一种轻微的通货紧缩的货币。这可能会造成因币值会缓慢上升，导致大家更愿意持币而不是将币花出去的现象，降低比特币的流动性。当然这是2140年才需要考虑的事情，之前一直会保持轻度的通货膨胀。八、智能合约智能合约是区块链世界里非常重要的机制。智能合约，通俗的来讲，就是用代码写好合约（合同），从而保证合约一定会按照约定好的条件执行。这也是颠覆式的进步。通过智能合约可以完美的解决交易双方之间的信任问题。In Code We Trust！代码是最值得信任的合同！并且，应用范围不仅仅限于简单的合约。比特币可以实现编程，并且可以运行去中心化的程序（decentralized-apps）。想象一下未来所有的程序都在区块链上运行，从而再也不用担心各种信任问题。听起来非常美好吧！可是，比特币作为最早的可编程的数字货币，在实际应用过程中，一方面由于比特币的智能合约不是图灵完备的（注：图灵完备是指这种计算机语言理论上能写出任何程序），因而只能支持非常基础的操作；另一方面由于比特币缓慢的出块速度，导致合约的执行和交互至少以10分钟为单位，因此智能合约在比特币内应用并不广泛，反而在以太坊上大方光彩（之后的文章里「朋克」会详细介绍）。九、分叉及解决方案可能大家会有一个疑问，万一有两个节点接近同时找到了正确的解，那到底是由谁来进行记账呢？在这种情况下，两个节点都会进行记账，也就会造成分叉。在这种情况下，其它节点会遵循最长链原则，即哪条链上有新的区块产生，使得它的链更长，则就会在更长的链上继续记账。而被抛弃的区块，一般被称为孤块。上面说的这种情况虽然会产生分叉，但最终还是会在最长的链上继续走下去，最终只有一条链长期存在。但是有情况会产生硬分叉，也就是会永久的形成两条链，并且之后的链与链之间，完全独立。这种情况发生在，当部分节点修改共识规则，这些节点产生的新块将被旧的节点判断为非法，但是这些节点本身会在新的区块上继续发展下去，这样就会形成硬分叉。例如比特币现金（BCH）从比特币（BTC）分叉时，就是将区块上限由1M提升至8M，那么旧的节点就认为BCH节点新生成的区块为非法，同时BCH也不认可BTC节点形成的区块，从而造成了硬分叉。另外，当部分节点与原有的其它节点之间的网络（主动或被动地）完全中断之后，也有可能造成硬分叉。十、恶意攻击及解决方案那么比特币在什么时候会存在安全性问题？首先需要注意的是， 恶意节点哪怕获得了记账权，也无法发送错误的交易！否则，其它节点不会承认它的记账权，而是继续进行计算争夺这个区块的记账权。因此，恶意节点能做的事情是，通过分叉的机制，否认区块内已经确认的交易。通常意义上，我们认为若能控制超过51%的比特币算力，就获得了这种否认已被区块打包的交易的能力。假设恶意节点A控制了51%的算力，想否认第N个块中的某笔交易，它就修改它的比特币节点，拒绝承认这个块，重新从N-1个块开始挖矿，并故意不打包这笔交易，强行开始产生分叉。因为A占有的算力比网络剩余的算力更多，A的分叉的出块速度一定会比主链快。比特币的共识是区块高度最高的链为主链，因此A否认别人交易的链将会成为主链。这样，之前已经获得一个区块确认的交易也可以被否定。不过，这里需要强调的一点是，恶意节点不能只修改链中间的一个区块而不改变后续的区块。举个栗子，如果现在已经有5个区块，高度分别为1，2，3，4，5。如果恶意节点要修改高度为3的区块中的一笔交易，那么它必须连带的把区块3之后的所有区块全部都重新开始计算，而不是仅仅把区块3重新替换。这也被称为区块链不可篡改的特性。这是因为每一个区块头都有一段数据，是上一个区块头的信息（例如区块高度、产生时间等）加密而成的。只要改动其中的一个区块，后面的所有区块头包含的上一个区块的加密信息就会无法对上。所以，如果要恶意攻击的话，必须将后面的区块全部重新挖出来。正是基于这种不可篡改的特性，恶意攻击方式并不是不能防范的，主要就是通过更多的节点确认数来进行防范。假设现在的块高度为M，而恶意节点要修改的交易在N，则M-N（M-N的值又被称为交易的确认数）越大，恶意分叉成功的时间也就越长，因为诚实节点在M的高度进行挖矿，而恶意分叉需要从N的高度重新挖，中间需要追赶M-N个高度。这也是为什么很多交易所要6个确认后才会显示余额，因为当6个确认后，占有51%算力的恶意否认交易理论上要超过20天才能成功分叉，这将给整个社区足够的时间采取反制措施。所以，即使占有网络的绝大数算力也并不意味着就能为所欲为。十一、小结区块链就这样伴随着比特币的诞生，而萌芽。虽然比特币只是区块链技术的应用之一，但是没有比特币就没有区块链的诞生。比特币是跨时代的产品，通过巧妙的设定（分布式账本+工作量证明），形成了安全性非常高的共识机制，属于区块链1.0的代表公链。这也是人类历史上，第一次实现真正安全的去中心化的交易体系。但是，不可否认的是，目前比特币的公链系统顶多算是电脑的DOS系统水平，还存在大量的问题和瓶颈。那么比特币具体有哪些问题，又该如何解决呢？区块链又是如何继续发展和衍生的呢？可以关注我的专栏，或者微信公众号：区块链朋克。里面有更多的文章可供阅读。发布于 2018-03-28 11:36​赞同 16​​2 条评论​分享​收藏​喜欢收起​查看全部 1,505

区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？_区块链 数据 链上链下 csdn-CSDN博客

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特别提醒：比特币采用区块链技术，但是区块链并不等同于比特币；全篇基于比特币底层区块链技术讲述，所以，部分模型可能不适用于以太坊等。

另外，由于文章采用了一定的抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，如果让你觉得困惑，可以在评论下方留言或者私信我一起探讨。最后，也是受限于自己知识结构的不完整，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。

首先不要把区块链想的过于高深，他是一个分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，区别于传统数据库运作——读写权限掌握在一个公司或者一个集权手上（中心化的特征），区块链认为，任何有能力架设服务器的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的服务器，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点；一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。

与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。

上图中高亮的点就是区块链系统中分布在全球各地的一个个节点；而这些节点可以简单理解为一台服务器集群

1 问题的由来

我们反复提到区块链是一个去中心化的系统，确实，「去中心化」在区块链世界里面是一个很重要的概念，很多模型（比如账本的维护、货币的发行、时间戳的设计、网络的维护、节点间的竞争等等等等）的设计都依赖于这个中心思想，那到底什么是去中心化呢？在解释真正去中心化之前，我们还是先简单了解下什么是中心化吧。

中心化？

回忆一下你在网上购买一本书的流程：

第一步，你下单并把钱打给支付宝；

第二步，支付宝收款后通知卖家可以发货了；

第三步，卖家收到支付宝通知之后给你发货；

第四步，你收到书之后，觉得满意，在支付宝上选择确认收货；

第五步，支付宝收到通知，把款项打给卖家。流程结束。

你会发现，虽然你是在跟卖家做交易，但是，所有的关键流程都是在跟支付宝打交道。这样的好处在于：万一哪个环节出问题，卖家和买家都可以通过支付宝寻求帮助，让支付宝做出仲裁。这就是一个最简单的基于中心化思维构建的交易模型，它的价值显著，就是建立权威，通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全。

你一定会摆出一个巨大的问号脸 ⊙.⊙?——“通过权威背书来获得多方的信任，同时依赖权威方背后的资本和技术实力确保数据的可靠安全”，真的可以嘛？！

假如说，支付宝程序发生重大BUG，导致一段时间内的转账记录全部丢失，或者更彻底一点，支付宝的服务器被金三胖的一个导弹全部炸毁了。而我刚刚转出去的100元找谁说理去，这个时候，你就成了刀殂上的鱼肉；支付宝有良心，会勉为其难承认你刚刚转账的事实，但他不承认你也没辙，因为确实连他自己也不知道这笔转账是否真实存在。

上述就是中心化最大的弊端——过分依赖中心和权威，也就意味着逐渐丧失自己的话语权。

去中心化？

那么去中心化的形态是什么样子呢？还是拿刚才那个例子继续，我们构建一个极简的去中心化的交易系统，看看我们是如何在网络上从不认识的卖家手里买到一本书的。

第一步，你下单并把钱打给卖家；

第二步，你将这条转账信息记录在自己账本上；

第三步，你将这条转账信息广播出去；

第四步，卖家和支付宝在收到你的转账信息之后，在他们自己的账本上分别记录；

第五步，卖家发货，同时将发货的事实记录在自己的账本上；

第六步，卖家把这条事实记录广播出去；

第七步，你和支付宝收到这条事实记录，在自己的账本上分别记录；

第八步，你收到书籍。至此，交易流程走完。

刚才“人为刀俎我为鱼肉”的情况在这个体系下就比较难发生，因为所有人的账本上都有着完全一样的交易记录，支付宝的账本服务器坏了，对不起卖家的账本还存在，我的账本还存在；这些都是这笔交易真实发生的铁证。

当然，在这套极简的交易系统中，你已经发现了诸多漏洞和不理解，比如说三方当中有一个是坏人，他故意记录了对他更有利的转账信息怎么办；又比如说消息在传递过程中被黑客篡改了怎么办等等等等。这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上中可能都有提及到——“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里就不打算赘述，因为暂时跟主线不相关，感兴趣的同学可以去Google或者百度一下，你只需要知道，在我们下面即将展开讲到的区块链系统中，通过巧妙的设计，足以解决上述存在的BUG。

既然话已说到这份上，相信了解一点技术、特别是有运维背景的同学大概能够从极简交易系统中窥视到了更多区块链的一些影子——

分布式存储，通过多地备份，制造数据冗余 让所有人都有能力都去维护共同一份数据库 让所有人都有能力彼此监督维护数据库的行为

在我看来，你猜测的基本上没错。其实这些就是区块链技术最核心的东西，外人看起来高大上、深不可测，但探究其根本发现就是这么简单和淳朴。当然，这里面肯定会有很多很多很多细枝末节的技术需要重构。

如果你差不多认同上面的观点，那我们应该基本上可以达成共识，分布式部署肯定是构建去中心化网络理所当然的解决方向——通过P2P协议将全世界所有节点计算机彼此相互连接，形成一张密密麻麻的网络；以巧妙的机制，通过节点之间的交易数据同步来保证全球计算机节点的数据共享和一致。

哈哈，说的轻巧，“交易数据这么重要的东西，在一个完全不信任的P2P网络节点中以一种错综复杂的方式传递，数据的一致性和安全性谁来保证，如果说互相监督，他们到底怎么做到？”

好了，不卖关子了，下面让我们围绕这个最最最最直接的问题开始进入到真正区块链的世界，抽丝剥茧看看它到底是如何一步一步形成的，又是如何一步一步稳定运转。

2 从全球节点到交易数据

这张图的制作的意义为的是帮助你在宏观上先快速理解区块链中所涉及到的相关名词以及他们的层级关系。同时，文章的知识结构和设计思路也大抵上也会按照：

首先，将区块作为最小单位体，讲述极简区块链系统是如何运转的；

接着，进入到比区块更小单位体——交易记录，理解区块链是如何处理数据的；

最后，将所有知识点柔和在一起，重回到区块和区块链，完整讲述整个工作流程。

希望你在这个引导和结构下有一个比较好的阅读体验。Let's go~

3 区块，混沌世界的起源

既然已经达成共识，所以，我们事先构建好了一个去中心化的P2P网络；同时，为了让读者朋友们听起来更轻松，我先粗暴的规定在这个极简的区块链系统里，每十分钟有且仅产生一笔交易。

故事继续，在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块（你可以将区块想象为一个盒子），这个区块里放着一些数字货币以及一张小纸条，小纸条上记录了这十分钟内产生的那唯一一笔交易信息，比如说——“小A转账给了小B100元”；当然，这段信息肯定是被加密处理过的，为的就是保证只有小A和小B（通过他们手上的钥匙）才有能力解读里面真正的内容。

这个神奇的区块被创造出来之后，很快被埋在了地底下，至于埋在哪里？没有一个人不知道，需要所有计算机节点一起参与进来掘地三尺后才有可能找到（找到一个有效的工作量证明）。显然，这是一件工作量巨大、成果随机的事件。但是呢，对于计算机节点来说，一旦从地底下挖出这个区块，他将获得区块内价值不菲的数字货币，以及“小A转账给了小B100元”过程中小A所支付的小费。同时，对于这个节点来说，也只有他才有权利真正记录小纸条里的内容，这是一份荣耀，而其他节点相当于只能使用它的复制品，一个已经没有数字货币加持的副本。当然这个神奇的区块还有一些其他很特别的地方，后面我们会再细细聊。

为了更好的描述，我们将计算机节点从地底下挖出区块的过程叫做「挖矿」，刚才说了，这是一件工作量巨大、运气成分较多、但收益丰厚的事儿。

过了一会儿，来自中国上海浦东新区张衡路上的一个节点突然跳出来很兴奋的说：“ 我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！” 。虽然此刻张衡路节点已经拿到了数字货币，但对于其他计算机节点来说，因为这里面还涉及到其他一些利益瓜葛，他们不会选择默认相信张衡路节点所说的话；基于陌生节点彼此不信任的原则，他们拿过张衡路节点所谓挖到的区块（副本），开始校验区块内的小纸条信息是否真实有效等等。在区块链世界里，节点们正是通过校验小纸条信息的准确性，或间接或直接判断成功挖出区块的节点是否撒谎。（如何定义小纸条信息真实有效，后面会讲解，这里暂不做赘述）。

在校验过程中，各个节点们会直接通过下面两个行为表达自己对张衡路节点的认同（准确无误）和态度：

停止已经进行了一半甚至80%的挖矿进程； 将张衡路节点成功挖出的区块（副本）追加到自己区块链的末尾。

你可以稍微有点困惑：停止可能已经执行了80%的挖矿行为，那之前80%的工作不是就白做了嘛？！然后，区块链的末尾又是个什么鬼东西？

对于第一个困惑。我想说，你说的一点没错，但是没办法，现实就是这么残酷，即便工作做了80%，那也得放弃，这80%的工作劳苦几乎可以视为无用功，绝对的伤财劳众。第二个困惑，区块链和区块链的末尾是什么鬼？这里因为事先并没有讲清楚，但是你可以简单想象一下：区块是周期性不断的产生和不断的被挖出来，一个计算机节点可能事先已经执行了N次“从别人手上拿过区块 -> 校验小纸条有效性”的流程，肯定在自己的节点上早已经存放了N个区块，这些区块会按照时间顺序整齐的一字排列成为一个链状。没错，这个链条，就是你一直以来认为的那个区块链。如果你还是不能够理解，没关系，文章后面还会有很多次机会深入研究。

4 走进区块内，探索消息的本质

上面我们构建了一个最简单的区块链世界的模型，相信大多数同学都已经轻松掌握了。但是别骄傲也别着急，这还只是一些皮毛中的皮毛，坐好，下面我们准备开车了。

前面我们说到“大概每十分钟会凭空产生一个神奇的区块，这个区块里放了一张小纸条，上面记录了这十分钟内产生的这唯一一笔交易信息”。显然，十分钟内产生的交易肯定远不止一条，可能是上万条，这上万条数据在区块链世界是如何组织和处理的呢？另外，为什么在纸条上记录的只是某一次的交易信息，而不是某一个人的余额？余额好像更符合我们现实世界的理解才对。

既然存在这样那样的疑问。现在我们就把视线暂时从“区块”、“区块链”这些看起来似乎较大实体的物质中移开，进入到区块内更微观的世界里一探究竟，看看小纸条到底是怎么一回事，它的产生以及它终其一生的使命：

1.发起交易的时候，发起人会收到一张小纸条，他需要将交易记录比如说“盗盗转账给张三40元”写在纸上。说来也神奇，当写完的那一刹那，在小纸条的背面会自动将这段交易记录格式化成至少包含了“输入值”和“输出值”这两个重要字段；“输入值”用于记录数字货币的有效来源，“输出值”记录着数字货币发往的对象。

2.刚刚创建的小纸条立马被标记成为“未确认”的小纸条。从地下成功挖出区块并最终连接到区块链里的小纸条一开始会被标记为“有效”。若这条有效的小纸条作为其他交易的输入值被使用，那么，这个有效的小纸条很快会被标记为“无效”。因为各种原因，区块从链上断开、丢弃，曾经这个区块内被标记为“有效”的小纸条会被重新标记为“未确认”。

3.区块链里面没有账户余额的概念，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息；通过简单的加减法运算获知你数字钱包里的余额。

上面的1、2、3仅仅作为结论一开始强行灌输给你的知识点，其中有几个描述可能会有点绕，让你觉得云里雾里，没有关系，因为我们立刻、马上就开始会细说里面的细枝末节。

上图就是从无数打包进区块内的小纸条中，抽取出来的一张，以及它最终被格式化后的缩影。单看右侧的图可能很容易产生误会，虽然看起来有多行，但实际上就是“盗盗转账给张三40个比特币”这一条交易数据另外的一种呈现形态。因为区块链世界里面这么规定，每一条交易记录，必须有能力追溯到交易发起者 发起这笔交易、其中所涉及金额的上一笔全部交易信息；即这笔钱从何而来的问题。这其实很容易理解，在去中心化的网络中，通过建立交易链、和通过交易链上的可溯源性间接保证数据安全和有效。

我们继续看，在区块链世界里，我们是如何仅通过“盗盗转账给张三40个比特币” 这条交易信息完成转账流程的。其实跟现实中你在路边买一个包子的流程大抵上相同。

第一步：判断是否有足够的余额完成交易

这里我们再一次重申，区块链世界是没有余额的概念，余额是通过简单数字的加减最终获得，你拥有所谓的数字货币实际上是因为你拥一条交易记录，即 “盗盗转账给张三40个比特币”！这里，我们还是拿这条记录说事：

追溯“输出值”是“盗盗”相关的全部有效交易记录作为，对有效交易中的数字进行简单求和，判断是否大于等于40，如果确实大于等于，则将这些有效的交易记录合并形成一条新的交易记录（如下图）。如果小于40，其实可以不需要再继续往下探讨。

就上图的例子，我们追溯到曾经转账给盗盗的有效交易记录有“小A转账给盗盗10 btc”、“小B转账给盗盗20 btc”、“小C转账给盗盗 25 btc”，我们需要将这三条交易记录合并成一条更复杂描述的交易记录，即 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc ) 转账给张三40 btc ”

第二步：判断是否需要找零

对追溯到的有效交易数字求和，如果发现大于需要支付的金额，需要将多出的数字重新支付给自己，相当于找零。对应生成了一条全新的交易记录（如下图）。

就上图例子来说，我们最后合并成的交易记录 “( 小A转账给盗盗10 btc + 小B转账给盗盗20 btc + 小C转账给盗盗 25 btc + 盗盗转账给盗盗15 btc ) 转账给张三40 btc ” 事实上等同于“盗盗转账给张三40 btc”。其中“盗盗转账给盗盗15 btc”就可以理解找零。

第三步：发出去，让全球节点认同和备份小纸条

这条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块，埋到地下，等待节点挖出来，一旦区块被挖矿成功，并且该区块最终被连在了区块链的主链上。张三将最终拥有了这条交易记录，而先前的“小A转账给盗盗10 btc” 、“小B转账给盗盗20 btc” 、“小C转账给盗盗25 btc”都将被视为已经使用过的交易记录——从此被贴上“无效”的标签，意味着这些交易记录将永远不会再被追溯到。

我们最后一次重申，只是希望让你加深印象：拥有数字货币=拥有交易记录！

通过设计巧妙的精巧密码学保证数据安全

记录着交易信息的小纸条借助区块这个载体，在分布式的网络中以不同的轨迹错综复杂的传递，我们前面说了，你真正拥有的数字资产实际上是一段交易信息，而不是你常规意义上理解的货币。所以这个过程就需要重点解决两个问题：

接受到的这条交易记录在传输过程没有被其他人所篡改 接受到的这条交易记录确实是由发起交易的人所创造

在这里，我们需要事先引入两个知识点，可能稍微有点难消化，但都是计算机领域较为成熟的和基础的概念。

第一个知识点：Hash()函数。你只需要知道，任意长度的字符串、甚至文件体本身经过Hash函数工厂的加工，都会输出一个固定长度的字符串；同时，输入的字符串或者文件稍微做一丢丢的改动，Hash() 函数给出的输出结果都将发生翻天覆地的改变。注意，Hash()函数是公开的，任何人都能使用。

上图，仅仅一个小数点的变化，输出的结果已经翻天覆地

第二个知识点：非对称加密。你也只需要了解，任何人手里都有两把钥匙，其中一把只有自己知道，叫做“私钥”，以及一把可以公布于众，叫做“公钥”；通过私钥加密的信息，必须通过公钥才能解密，连自己的私钥也无解。公钥可以通过私钥生成多把。

有了这些知识点的加持，上面两个问题开始变得有解。下面我们来看下内部是如何扭转和工作的吧，这里拿“小A 转账给了小B 100元钱” 举例：

第一步：小A会先用Hash函数对自己的小纸条进行处理，得到一个固定长度的字符串，这个字符串就等价于这张小纸条。

第二步：小A使用只有自己知道的那一把私钥，对上面固定长度的字符串进行再加密，生成一份名叫数字签名的字符串，这份数字签名能够充分证明是基于这张小纸条的。你可以这么理解，在现实中，你需要对某一份合同的签署，万一有人拿你曾经在其他地方留下的签名复制粘贴过来怎么办？！最好的办法，就是在你每一次签名的时候，故意在字迹当中留下一些同这份合同存在某种信息关联的小细节，通过对小细节的观察可以知道这个签名有没有被移花接木。步骤一和步骤二的结合就是为了生成这样一份有且仅针对这条小纸条有效的签名。

第三步：小A将「明文的小纸条」、刚刚加密成功的「数字签名」，以及自己那把可以公布于众的「公钥」打包一起发给小B。

第四步：当小B收这三样东西，首先会将明文的小纸条进行Hash()处理，得到一个字符串，我们将其命名为“字符串1”。然后，小B使用小A公布的公钥，对发过来的数字签名进行解密，得到另外一个“字符串2”。通过比对“字符串1”和“字符串2”的一致性，便可充分证明：小B接受到的小纸条就是小A发出来的小纸条，这张小纸条在中途没有被其他人所篡改；且这张小纸条确实是由小A所编辑。

可以看得出来，加解密的过程几乎是一环套一环，中途任何环节被篡改，结果都是大相径庭。借助这一连串的机制，其实已经能够很好的在公开、匿名、彼此不信任的分布式网络环境中解决数字交易过程中可能遇到的很多问题。这个环节可能确实有点难理解，现在，我需要你停下来，静下心，花上几分钟闭目慢慢回味其中设计精湛的地方。

掌握了这部分知识以后，我们在这里回答一下前面没有解释清楚的问题，「节点对区块的检验」检验的到底是什么？实际上就是：

检验区块内的交易记录签名是否准确（是否被篡改） 检验区块内的交易记录输入值是否“有效”（是否使用过） 检验区块内的交易记录输入值的数字之和是否大于等于输出值的数字

5 重回“区块”和“区块链”的世界

好了，对小纸条和交易记录的研究我们点到为止，其实信息量已经是巨大的了，让我们合上盖子，重回较大实体、继续聊聊“区块”和“区块链”的话题。还记得，咱们在一开始讲到关于区块的特征吗？区块创造后被埋在地下，需要经过节点们马不停蹄的挖采、而且是凭运气的挖采才有可能获得——不仅仅如此，事实上他还有其他很多神奇的地方，比如说：

1.凭空产生的区块在刚刚创建的时候会形成一股强大的黑洞效应，它会尝试将这段时间全世界各个节点上产生的所有小纸条（交易记录）统统吸进来；在合上区块盖子之前，同时会在区块内放上一些数字货币以及其他一些东西。

2.区块拥有一个唯一的ID，但它只会在这个区块被节点成功从地下挖出来之后创建。这个ID至少会跟「区块内所有小纸条的集合」、「即将与之相连的上一个区块ID」以及「挖矿节点的运气值」等因素相关。既然前面我们已经简单了解了“Hash()函数”这个东西，这里不妨透露给大家：“区块ID = Hash(‘区块内所有小纸条的集合’+’即将与之相连的上一个区块ID’+‘挖矿节点的运气值’+’…’)” ；基于先前掌握的知识，然后你应该知道区块内任意一张小纸条的信息稍微做改动、或者节点挖矿运气好一点坏一点等等，当前区块的ID都会 “ biu~ ”的发生改变。

基于上述1、2点，如果阅读足够仔细的同学可能会有些头大。在文章开头为了更好的描述，我在设计简化区块链系统的时候故意模棱两可了几个概念，这也许已经误导到了部分同学。这里不得不停下来和你一起修正下之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲道，“在节点的视野里，大概每十分钟会凭空产生一个建立在自己平行宇宙世界的神奇区块”。如何正确去理解这句话呢？——拥有上帝之眼的你，可以这么拆解问题、看待问题：

1.同一个周期内，全网并不是产生唯一的一个区块等待挖掘；每个节点事实上都在周期性的创造区块和挖出区块；只是在某一个节点的视野里，它不能感知到另外一个节点上区块的产生。为何这里要特别强调“在某一个节点的视野里”，就是因为我们刚刚讲到，从区块的视角来说，区块的凭空产生，是基于即将与之相连的上一个区块ID；而从节点的视角来看，区块的凭空产生是基于当前节点区块链末尾的那个区块ID产生的。

2.全网会尽力控制在一个周期内只有一个节点能够成功挖出区块，但是不能够完全避免多个节点同时挖出区块的可能性；如何尽力控制？比如说，当大伙挖矿的热情高涨、工作效率提高，区块会被埋在更深更广的地方等。简而言之，通过提高工作难度，来维持这个平衡。另外，值得注意的：产生区块、挖出区块、校验区块，他们的时间周期近乎相同。

挖矿，本质是通过与或运算，去碰撞一个出一个满足规则的随机数。这个部分要细讲的话，估计又可以写出两三千字来。我觉得到目前为止，并不影响主轴知识点的讲解，这一块会作为后续知识结构的完善被撰写（计划1月24日前完成）。感兴趣的同学可以Google百度查阅下什么叫“挖矿”、“工作量证明 POW”等。

分叉

现在，我们终于对“区块”这个概念有了更全面的认识，文章开头讲的故事就可以继续展开来絮叨絮叨：

假如几乎同一时间，「中国上海浦东新区张衡路」上的节点和「美国纽约曼哈顿第五大道」上的节点异口同声喊出来：“我挖到区块了！里面的小纸条都是有效的！奖励归我！”。其他节点也几乎同时参与了对这两个区块的校验，结果发现这俩都没毛病，各节点也开始犯困，因为在他们的视野里他们并不清楚最后哪一个区块应该会被主链接纳。算了！都连在自己区块链尾巴上吧，这时尴尬了，区块链硬生生的被分叉了！

你肯定在想，那还得了，这种情况继续下去，每个节点的区块以及他们整理维护的小纸条都将变得不一样，这已经严重违背了区块链世界里第一大最基本原则——所有节点共同维护同一份数据。所以，为了解决这个问题，区块链世界引入了一条新的规则——拥有最多区块的支链将是真正被认可有价值的，较短的支链将会被直接Kill掉。

我们大伙都知道挖矿的过程存在巨大的工作量（如果没有任何难度，把区块扔在人群中，必然同一时间发现区块的节点数量将大大增加，也就会产生无数的支链，通过这个例子，你大概也就能够明白，区块链世界为什么需要设置工作难度了吧），并且在计算机的硅基世界里，不可能出现所谓 “同时” 的概念，哪怕纳秒的差别，那也总是会有先后顺序。所以理论上，“分叉”的这种僵局很快会在下一个区块被挖掘出来（以及校验区块）的时候被打破，实在不行下下个，或者下下下个……总之机制可以让整个分叉的区块链世界迅速稳定下来。

“分叉”这种僵局在确认下一个区块（以及校验小纸条）的时候被打破，从而整个区块链世界迅速稳定下来

就上图而言，所有基于张衡路节点挖矿获得的区块以及后续区块的那条分支被视为有价值，最终会全部保留了下来；其他节点会统一效仿那个拥有更长分支链的节点所做的决策。另外，值得一提的是，同一时间，较短分支上的区块会立即丢弃，而里面的小纸条也会随之释放出来，被重新标记上“未确认”。

“双花”与“51%攻击”

你可能已经开始困惑或者有点兴奋，末尾几个区块的排序在修复过程中，因为时间差肯定会产生一些模棱两可的地方，这往往会给数据安全埋下一颗雷。一个最简单的假设——我记录的一张小纸条很不巧地被归在了一条较短的支链上，这条支链在竞争过程中理所当然输掉了比赛，区块被丢弃、小纸条被无情的贴上“未确认”的标签。在等待下次区块重新确认的过程中，这个时间差内，我，好像、似乎可以做点什么坏事 ԅ(¯﹃¯ԅ) ，就比如说“双花”（双花，花两次，双重支付的意思）

你脑海中也许很快浮过的这样的构想，可不可能通过下面这种方法触发双花问题的产生，从而让我不劳而获：

1.假设有一个名叫X-Man的坏家伙，他控制了一个计算机节点，这个节点拥有比地球上任何一个节点算力都强大的计算机集群。

2.首先，X-Man事先创造了一条独立的（不去广而告之）、含有比较多区块的链条。其中一个区块里放着“X-Man转账给X-Man 1000元”的纸条。

3.接着，X-Man跟张三购买了一部手机，他在小纸条上记录下“X-Man转账给张三1000元”；这条信息被三次确认后（即三个区块被真实挖出、校验和连接），然后，张三把手机给了X-Man。

4.X-Man拿到手机之后，按下机房的开关，试图将先前已经创造的区块链条连接在自己这个节点区块链的末尾。

5.大功告成，X-Man拥有了一条更长的区块链条，那些较短、存放着“X-Man转账给张三1000元”的区块链，以及在区块链世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。（?）

事实真的如此吗？在这里我可以很负责任的说，too young too simple，区块链世界规则的制定远比我们想象的要健全很多，还记得我们之前讲的“区块的ID至少会跟区块内所有小纸条的集合、即将与之相连的上一个区块ID以及挖矿节点的运气值等因素相关”。 在这里，正是因为打算连接到主链的时候，事先准备的链子会意识到马上要连接上的那个区块ID发生了改变，随之而来的是后面所有区块ID都瞬间。节点不得不重新对后续区块的解锁以及对区块内小纸条的校验。 

在区块链的世界，重新计算的行为等同于把自己（节点）置身于同一个起跑线，跟世界上其他所有的节点一同竞争挖矿。你会说，我拥有更强大的计算能力，但是对不起，跟你竞争的对象并不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点，而是全球所有算力的集合，在这个集合中，你拥有的算力永远都只是一个很小的子集。所以，根据区块链算力民主、少数服从多数的基本原则，这个构想将永远不会成立。

除非....

你控制着全球51%的算力，这也就是区块链世界里另外一个著名的概念，叫做“51%攻击”，但这也仅仅是一个理论值，在真实世界里这样的攻击我个人觉得是很难发动起来的，这里面就牵涉到很多经济、哲学甚至政治的因素。举个最简单的例子：X-Man为了回滚刚刚发生的一笔交易记录，成功发起了51%攻击，这意味着很快整个区块链系统将会崩盘，因为这次攻击已经严重伤害到人们对这套系统的信任，接着比特币开始暴跌至几乎一文不值；但是这个拥有51%算力的X-Man原本完完全全可以通过挖矿的方式获取更多收益，购买无数的iPhone手机。那他不是脑袋不是坏了还能是啥？对51%攻击话题感兴趣的同学可以阅读这篇文章《什么是比特币51%攻击？》。

至此，我觉得区块链最基础、最核心的知识已经全部讲完了（除了挖矿内部实现原理，作为一个遗憾留在这里，有时间会完善掉），相信你已经对它有了一个宏观的认识。另外，由于这篇文章采用了适当抽象、类举的叙事方式，中间或多或少有些地方会跟区块链底层严谨的技术实现有出入，欢迎大家来纠错。另外，也是受限于自己知识结构的缺失，这篇文章会随着我对区块链更深入认识后，随时进行修订，最后更新时间可参考该回答下方的时间戳。

6

问答部分

去中心化的系统中，到底是谁在发行货币？是无限量发行吗？

比特币的货币是通过挖矿（工作量证明）来发行的，总数量是通过程序写死了2100万个，而第一笔区块奖励也是硬编码写死的。矿工挖出一个区块所获得的奖励，每隔21万个区块将减少一半，按照平均10分钟挖出一个区块的执行效率，也就就说差不多每四年会锐减一次。2009年1月起每个区块奖励50个比特币，2012年11月减半为每个区块25个比特币，2016年7月减半为12.5个比特币。基于这个规则，到2140年，所有比特币(20,999,999,980)将全部发行完毕，之后不会再有新的比特币产生。

矿工节点的收益除了挖出区块以外还有哪些？

矿工节点的收益主要由两部分组成：1）挖出新区块的奖励；2）挖出新区块内所含交易的交易费。但就目前来说，一个区块内的交易费大概只占到矿工总收入的0.5%甚至更少，大部分收益主要还是来自于挖矿所得的比特币奖励。然而，随着挖矿奖励的递减，以及每个区块中包含的交易数量增加，交易费在矿工收益中所占的比重将会逐渐增加。在2140年之后，所有的矿工收益将完全由交易费构成。

（文章来源：知乎           编辑：狂热追随者）

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  取快链?你想说的是区块链吧?

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区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？(完整的说明白了区块链）

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区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？(完整的说明白了区块链）

2018-02-28 11:07

来源:

经济微观察

原标题：区块链是什么，如何简单易懂地介绍区块链？(完整的说明白了区块链）

随着比特币的暴涨暴跌，其底层技术——区块链再度进入大家视野，令我等不得不加以关注。区块链到底是什么，缘何号称为颠覆性的技术，对未来将产生什么影响？本文将以极其通俗的方式，对区块链进行展开讲解。

一、先摆结论，区块链的颠覆在人们找到了一个低成本解决信任问题的方案。

一、先摆结论，区块链的颠覆在人们找到了一个低成本解决信任问题的方案。

不少回答举例不懂TCP/IP照样打王者荣耀，照样淘宝购物，道理没错，区块链技术确实很复杂，未来的区块链技术非专业人士确实相当难完全理解。但是为了体会区块链的魅力，我们可以了解最简单的区块链技术版本，就是号称区块链1.0的比特币。因为转账系统是最直接需要彼此不信任的个体之间解决信任问题的应用场景，了解了比特币，也就能一窥区块链在解决信任问题中的魅力，也就能理解未来可能落地的应用场景。因此本回答以讲解比特币来尽量帮助大家理解区块链技术。

二、比特币的诞生

二、比特币的诞生

话说2008年，正值美国金融危机肆虐全球，美国央行带头量化宽松，就是疯狂印钞票，然后把这些绿色纸片片借给大家，让大家去消费投资，让经济这潭水活起来。不难想象，经济体里钱突然多了起来，我们的钱是不是就不值钱了？原来经济体总共有一万块钱，你的一块钱值多少钱，如果央行多印了一万块钱，简单理解是不是你一块钱的购买力就缩水一半？这就是所谓的通货膨胀。

央行所拥有的这种发行纸币的权力、这种任性，掌握了经济体的生杀大权、更掌控了我们私房钱的实际价值，这令互联网极客很不满，他们不喜欢这种中心权力，他们喜欢互联网这种去中心化的机构，他们想用互联网技术来颠覆目前的中心化货币、甚至颠覆整个世界。于是乎，中本聪横空出世，一篇奇文诞生了比特币。

让我们再听听他文章的名字：Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System。先了解一下，啥叫个Peer-to-Peer。Peer啥意思，Peer就是对等的人，大家都是对等的、是身份相同的，咱们直接Peer-to-Peer，不要经过任何中间实体，咱们直接对话、直接操作，这就是Peer-to-Peer，根本就不要中介、不需要中心，此所谓P2P技术（对等计算）。其实，我倒觉将P2P理解为person-to-person更加直观，就是我们作为一个人、做为平等的人，咱就直接对话，person-to-person，不要任何中介，这样就不会有任何中心，大家都在互相person-to-person。简而言之，在 P2P技术中，网络中的参与者既是服务器（Server），又是客户（Client），既是资源提供者，又是资源获取者。

展开全文

我们中国习惯上将Peer-to-Peer 翻译成“点对点”，仿佛是point-to-point一般，多少有些歪曲。如此一来，中本聪的大作就翻译成了《比特币：一种点对点的电子现金系统》，这个系统的目的就是要去中心化。那我们看看中心和点对点有什么区别呢？我们现有的支付体系是中心化的，体现在两个方面：第一，货币政策是由各个国家中央银行规定的，这就导致了可能的货币滥发，中本聪想要建立一个没有中心机构、并且规则明确的货币供应方式；第二，现有的支付体系是中心化的，比如说在淘宝上购物，钱是打进支付宝的，当我们收货以后钱再由支付宝打入卖家账户。支付宝所扮演的就是中心化的机构，因为买家与卖家彼此的不信任，必须要一个中心化的机构来扮演信用中心，大家都与信任中心发生联系，陌生人的买卖就实现了，淘宝成功了。但是这样做有两个缺点：一是信任中心权力越来越大，如果马云异想天开、给自己的支付宝账户多添几个零，我们能知道吗？二是，这些信用中心是要收费的，我们要为这种信用提供费用。中本聪想要建立的支付体系，就是要克服上述这些弊病，所以比特币网络最重要的特点就是：去中心化、公开透明，从技术上解决点对点的信任问题；并且将比特币的总量恒定在2100万枚，从而避免可能的通胀。

三、比特币的转账

三、比特币的转账

去中心化，意味着陌生人之间的转账支付是直接进行的，没有第三方提供信用担保，这怎么可能呢？nothing is impossible，中本聪就设计出来了，当然技术上很复杂。我们这里先打个比方介绍一下，感受一下这根葱的厉害。

比如Alice要向Bob转账，注意两人互相不认识，毫无信任感，那如何直接转账呢？在我们目前的具有中心的网络下，Alice向Bob转账100元，银行收到Alice请求，并检查Alice账户余额，如果大于100，便减少100，同时Bob账户增加100余额。所有人的账户都是非公开的，权力掌握在中心机构手中。但在本聪的设计中，在一个去中心化的网络中，每一个用户自己都有一个账本，这个账本记录了从第一枚比特币诞生以来的所有交易记录，Alice要向Bob转账5个btc，会在村口喊一句“Alice要转账5btc给Bob”，村口居民张三听到Alice的声音，掏出自己的小本子，检验了一下Alice的账户，发现Alice有5个btc，便写下Alice向Bob转账5个btc。同时也喊出“Alice要转账5btc给Bob”，这样村民一传十十传百，直到每个村民都把这笔交易记录在自己的账本上。这样，每一个村民的账本都是一样的，这就是所谓的去中心化账本。在去中心化的网络中，刚才说的各个村民就是体系中的各个节点。这个去中心化的体系中每个节点的账本都是一样的，所以它几乎不可能摧毁。传统网路中，如果银行体系被破坏了，那么大家的账目就混乱了。但是在比特币网络中，每个节点都明确的记录了本聪开比特币以来的所有账目，即使节点几乎都炸毁了，只要还剩一个节点、就可以还原出所有记录，除非瞬间摧毁整个互联网。

我们要记住，在去中心化网络中，所有人都是不可信任的，这是我们的前提，上述例子中，居民自发记账，有没有可能记错呢？当然可能，张三如果跟Alice有仇，给人家肆意篡改，到时候我们该相信哪个账本呢？在大家都不互相信任的体系如何做到这点呢？首先要做的是要先验证这条消息是不是Alice本人发出的，这里用的办法就是签名，Alice广播这条信息的时候要在信息下签个名，当然网络上要数字签名了，大家收到这个信息以后要对照一下字迹，发现确实是Alice发送的，就承认这条信息是真的，验证数字签名的算法叫椭圆曲线数字签名算法，是一种非对称加密算法。

非对称加密算法，听着都很可怕，这里只能举个例子，听听气质，听完气质长精神。什么叫非对称加密呢？那要先明白啥叫对称加密。在传统的对称加密过程中，比如我要传递一个秘密数字给佐尔格，加密方式就是给这个数字加上33。当然佐尔格要知道这个加密方式，当他看到写着223这个数字的纸条的时候，他就会用223减去33，等于190。这个190就是我想传递给佐尔格的数字；佐尔格看后非常震惊，马上通过秘密渠道告知斯大林：德军要用动用190个师闪击苏联。

这种加密方式的关键在于、双方要实现约定加密方式，但如果事先无法约定怎么办，或者这种加密方式被敌方所窃取或者所破解了怎么办？这就是我们在很多谍战片里的情景，一旦密码本丢失，整套密码系统就完蛋了。

那么，有没有一种办法，即使对方知道了加密方式也破解不了信息？这个可以有，这就是非对称加密。

你知道了我的加密方式，竟然都破解不了我的信息，这个非对称加密要满足如下条件：有一个解密方式A与加密方式B，我要传递信息M，使用加密方式B进行运算，得到加密信息X=F（M，B），这个过程的好处在于，即使你知道我的加密方式B和加密后得到的信息X，你依然无法算出我的原始信息M，而原始信息M=F（X，A），即原始信息必须使用解密方式A算出。这里的A称为私钥，B称为公钥——意思就是私人密钥和公开密钥，比如特工小孙需要接受情报，他大可以放心的把公钥在网络上公布，任何想要给他发送信息的人只要按照公钥B的方式进行加密，得到加密信息X，小孙只需要对X使用自己的私钥解密即可，这样就避免了对称加密中加密方式的传递和破解问题，只要小孙保管好自己的私钥，这个体系几乎很完美，但是大家基本没听懂，对吧？

所以这里必须要举一个例子，一个非常简化的例子，简直就是一个小游戏、小魔术。大家提提神，我们一起小游戏。你现在随便想一个三位数，但你别告诉我，因为怕被旁人听见，你加密后告诉我，你把你想好的这个三位数乘以91，然后告诉我最后三位就行了；然后呢？然后我就知道你想的那个三位数是多少了，办法很简单，就是我把你告诉我的最后三位再乘以11，所得到数字的最后三位就是你想的数字。

那我们试一下，假定你想好的数字是321，想把这个数字加密后告诉我，于是你用91乘以321，等于29211，然后你告诉我最后三位是211，随后我用211乘以11，得到数字2321，这个数字的最后三位不正是你想告诉我的321吗？哇塞，好神奇。

或许有朋友觉得，是不是碰巧了啊。你321这个数字太特殊了啊。Ok，我们再来一次。这回你想好的三位数是598，然后你乘以91，这个乘以91就是公钥；598乘以91=54418，其最后三位是418，所以你把418告诉了我。于是我拿出了我的私钥11，乘以418，得到了数字4598，其最后三位是598，不正是你真正想要给我传递的598吗？我乘以11就是解密的过程。此所谓：公钥加密、私钥解密。就算别人偷听到了你秘密告诉我的418、并且也知道这是经过公钥加密的——也就是乘以91了，但他只要不知道我的私钥、也就是不知道乘以11，那他看着418照样无法解密，只能看着418干瞪眼，无法破解出598这个真正信息。

这就是非对称加密的牛逼之处——“公钥加密，私钥破解”，而传统的对称加密就是加密和破解用的是同样的密钥，而非对称用的两套密钥——“公钥加密，私钥破解”。

此时此刻，估计有盆友觉得震惊了，为什么我一乘11，直接就解密了呢？因为91乘以11等于1001，任何三位数乘以1001的后三位就是三位数本身。

大家注意，刚才这个例子只是一个极其简单的非对称加密。人家比特币所用的非对称加密那是相当的复杂，叫什么椭圆曲线数字签名算法。我们在刚才的例子里面，我们只说了单向的公钥加密、私钥解密，比特币世界里的椭圆曲线算法更神奇，不但有公钥加密、私钥解密，还有私钥加密、公钥解密，私钥可以推出公钥，但公钥推不出私钥。有了这点公钥和私钥的概念，我们可以讲述一下比特币系统下Alice向Bob转账的过程。

你作为一个比特币的用户，自然会有一个钱包，这个钱包下面可以生成一大堆的地址和对应的密码，由用户自主选择一个，甚至每一笔交易都使用一个新的公钥（当然只能是收款），这样可以避免任何人对你的追查，如果你频繁使用一个公钥，这些交易记录大家还可以推出一些有限信息，比如频繁程度，额度大小等，可以对你的财富做一些推测，你的隐私会受到威胁。在比特币的世界里我们把钱包里的地址叫公钥，把对应的密码叫私钥。我们可以简单理解公钥就是我们银行卡账号，私钥就是银行卡密码。我们每一个人在比特币世界里可以有茫茫多的银行卡，而且每张银行卡并不与你本人任何身份信息绑定，这就是比特币的匿名性。任何人只要有这个私钥，也就是密码，就可以操纵对应银行卡，也就是公钥里的比特币。

现在Alice要向Bob转账5btc，Alice会把这条信息用自己的私钥加密并发送到Bob的地址，也就是Bob的公钥，其实就是Alice先使用Bob的公钥加密一层信息，把这条加密后的信息再使用Alice自己的私钥加密一层，这时信息已经被加密了两层，一层是Bob公钥，一层是Alice私钥。大家收到这条信息以后，会用Alice的公钥来验证加密信息是不是Alice发送的，其实就是用公钥解密了Alice这层信息，从而验证了这条信息确实来自于Alice，但是这条信息还使用了Bob的公钥加密，Bob再用自己的私钥对这条信息进行解密，也就是用自己的密码打开了银行账号，也就是用自己的私钥打开了自己的公钥。

理论上如果你找到了一个私钥，那么你就是可以操纵其余额的，因为私钥是可以推出对应的公钥的，然后你就可以像上述一样对这个地址的记录进行数字签名，相当于就掌握了这个地址。反过来说，如果你的私钥丢了，那这个地址上的整个钱也就消失了，你想申诉？申诉个nothing，整个比特币世界是去中心化的，就没有中心机构可以申诉。

早期有很多用户不知道其中厉害，还将私钥保存在电脑里，结果被黑客入侵，私钥被盗，其中的比特币就全没了。所以，千万不要把私钥存在联网的电脑，可以写在纸上，再把纸放在鞋垫下面，这样不但安全、还能增高。或许有人担心，既然私钥是随机生成的，那么有没有可能大家生成了相同的私钥呢？有可能，nothing is impossible，但这种可能性有多小呢？小到了只有零可以与其媲美，所以大家不用担心私钥重合的问题。

现在要谈另一个重要问题，就是如何验证广播信息的真实性。也就是Alice广播说她要给Bob转5个币，但有可能她在骗人，因为她只有3个币，怎么能给Bob转5个？对呀，如何确认Alice的话是真的呢？以下我会把Alice当做你来说，这样你更有感觉、更有feeling。

如果要是有中心机构银行，那就好办了，就只要统计你的余额就好了；而比特币只储存交易记录，只验证这笔交易中涉及比特币的来源与去向，并不是对于你的余额进行检验。比如你要转账两枚比特币，这两枚的编号分别是1和2；系统并不关心你总共有多少枚比特币，而是检验编号1的比特币上次发送到了你的公钥，而且并没有再被发送出去，那这个比特币就可以被转账发送出去；编号2也同理，如果你只转账2btc，那么系统到此就判定结束了，如果你需要转账3枚，那么你就必须再援引一个btc的交易记录，我们说过，它记录了比特币诞生以来的所有交易记录，每一项资产和交易记录都是公开可查的！这就是公开透明的特点。别忘了，我们是与陌生人打交道，时时刻刻都是不信任。

事实上，Alice传达的信息中：我要给Bob转账5个btc。这5个btc都是有编号的，我们可以查这5个btc上一次是从哪里转到Alice这里的？这5个币有没有从Alice这里转走？如果都满足，那就表明Alice可以转走这5个币。所以比特币是一种去中心化的账本大家听出点意思了吧，比特币世界算你的余额，是算从你这个账户诞生开始每一笔收支，加减到现在你的正值，由于每一笔交易都是全网验证过的，每一笔交易的比特币都是有来龙去脉的，所以可以说它是相当安全的。当你在电脑上下载比特币客户端的时候，系统会一次性的下载所有交易记录，而且会验证一遍，一般需要一天一夜的时间，好麻烦啊；不过只要验证一次、就一劳永逸了。

四、比特币的制造：区块链与挖矿

四、比特币的制造：区块链与挖矿

大家听到这里，比特币转账的方式有了大体的感觉。大家此刻心中一定憋了一个问题、大问题，货币是各国央行发行的，而比特币是去中心化的，那谁来发行比特币呢？也就是说，比特币是怎么创造出来的。比特币是挖出来的，使劲在网络里挖，就能挖出金矿比特币，简称“挖矿”。挖矿，这当然是很形象的说法，到底啥是个挖矿呢？这里就必须要引入我们的主题概念——区块链。

在比特币的世界里，每时每刻，都会发生很多比类似Alice转账Bob的交易，把每十分钟内的交易记录打包在一起，就叫区块——block。把比特币一诞生就开始的所有交易记录都链接起来，也就是把这些区块连接起来，就构成了区块链——Block chain。那比特币怎么产生的呢？没有比特币，你交易个nothing，估计有人都急了。别急，马上到关键所在了。

却说每十分钟的交易信息被打包记录，这就是一个区块；整个网络上的电脑都在抢夺这个区块的记账权利，谁抢到这个记账的权利，谁就可以获得这个区块创造出来的比特币。2009年，中本聪创造了第一个区块，被称为“创世区块”，其本人就获得了第一个区块奖励的50枚比特币，这也是比特币世界的第一笔交易记录，永远载入这个区块里。（每一枚比特币都是追根溯源有据可查的）。

所谓挖矿，就是抢夺记账权利，从而获得奖励，奖励就是比特币。为什么会有人不停的挖，因为比特币世界里每十分钟生成一个区块，哪个电脑抢到了记账权、构建了这个区块，哪个电脑就获得该区块的奖励，这就是挖矿。既然可以不停的挖，那比特币这种虚拟矿产就是“取之不尽用之不竭”的喽？NO,绝非如此，比特币的数量是有最高限额的——2100万枚比特币。所以比特币这种矿是越挖越少，中本聪设计的特别妙，就是每个区块的奖励每四年减半。我们刚说了，中本聪造出第一个区块的时候、获得50枚的奖励，四年后，就是到了2013年、奖励就减半了，2017年再次减半。所以当下每个区块的奖励是12.5枚比特币，等到了2140年比特币产量就将趋于0，从而将比特币的总量恒定在2100万枚。截止目前，网络世界已经创造出1500w枚比特币。

简而言之，挖矿就是抢夺生成区块的权利、抢夺记账的权力，也就是抢夺为全网服务的权力。一旦抢到这个权利，所奖励的比特币就写在得到的区块上，然后系统告知整个区块链的所有节点，获得全网确认后，这个区块便成为合法的新增区块，整个区块链又多了一个区块。

现在大家关心的是，既然那么多电脑都争夺记账权，那系统是如何决定谁来记账的呢？中本聪真的很本聪，他的设计是出一道很难的数学题，谁最先算出来，谁就创立了这个区块，谁就获得奖励。这可不是一般的数学题，是一种很傻很傻的数学题，名字叫hash算法。

这个hash算法听着很harsh，这会儿先打住，我们再回顾一下刚才的概念，再继续。

五、公钥 私钥 钱包 比特币之间的关系

五、公钥 私钥 钱包 比特币之间的关系

刚才说到比特币世界里的公钥和私钥。公钥就是地址，私钥是密码。公钥就是银行卡账号，私钥就是银行卡密码。所谓钱包就是一种电脑软件，它可以帮你生成一系列配套的私钥公钥，你可以随意选择一个公钥作为收款地址，并且使用配套的私钥继续使用它。比特币只有交易记录，所以你的每一个公钥上所谓的余额就是账本上显示的谁向这个地址转账了，私钥作为密码的作用就是可以援引这个公钥的交易记录并对其签名。一个公钥，如果没有私钥与之配套，那就不能对这个公钥进行签名，也就无法发送从这个公钥向外转账的交易记录了。

比特币的公钥是公开的，任何人都可以查看关于这个公钥的所有交易记录。也就可以知道这个公钥有多少“余额”；每一枚比特币原则上是可以跟随其交易记录一直向上追索的。不过这是这比较麻烦的，因为比特币的最小单位是10的-8次方，这个最小单位还有个名字——聪，中本聪的聪。比特币的单位如此小，一枚比特币可能是很多更小数字组成的，比如是0.005 、0.78、0.215之和，所以其来源可能会非常细小，但所有交易记录都摆在这里，谁想去追踪这些所有的细分的来源都没有问题。举个具体的例子，你的某一枚比特币并非是一个人给你转过来的，可能是三个人给你转的，比如张三给你转了0.3个比特币，李四转了0.5个比特币，王二麻子转了0.2个比特币，然后这三者凑成在一起、形成了你手头的这一枚比特币，这些交易记录都是公开的，任何人都是可以检索的。甚至你还可以检索张三转来的那0.3个比特币是谁给他的，反正是可以一直向前追，最终追到中本聪的创始区块。

六、比特币——账本而已

六、比特币——账本而已

这里必须要明确指出，在比特币世界里是没有实体存在，没有那种类似于钞票这种实体的存在，有人在网页看到了比特币的样子、跟金币似的，那是忽悠人的。比特币——无影无形，我们可以将之想象一个账本，系统里每个节点都有的账本。这个账本记录了从创世到现在的转账记录而已，你的所谓财富其实就是每个条目一条一条的累计。账本的第一条是：创世区块，比特币系统转账给中本聪50btc。你说中本聪收到任何实体的money了吗？完全没有！但是在比特币系统里，中本聪已经在账目上拥有了50个比特币，以后中本聪想要给别人转账，他就可以援引一下这条交易记录，证明自己接受过50个比特币，然后再写一条交易记录要把这个转给谁。明白了吗？整个比特币系统就是一个账本，没有任何实体支撑。

就好比小朋友之间拿一个本子写上Alice给Bob5枚可爱币，Bob给Alice玩一会游戏机。明天Bob又写上我付给Alice5枚可爱币，借她漫画书看一看。这中间没有任何所谓的可爱币，但是Alice和Bob煞有介事的写在账本上，而且二人都当真的时候，这可爱币就成真了。比如我们假设Bob账目上富裕5个可爱币，有一天Bob看上了同桌Tom的一根棒棒糖，但是Bob并没有现金支付。他就对Tom说，能不能把这根棒棒糖给我，我在小本子上给你记账5个可爱币。Tom说你有病吧？你拿个本子神叨叨的给我记录一下我就给你糖吃？Bob说，你别看这记一下，这条记录表明你就拥有了我的五个可爱币，你可以去找Alice借漫画游戏机，不信你去试试。Tom将信将疑的答应了，随后带着小本子去找Alice，在上面记录一条Tom转账5可爱币给Alice。Alice欣然同意，并借给Tom游戏机玩了一天。第二天Tom对Bob说，太神奇了！你这可爱币还有吗，能不能再跟我换一点？Bob呵呵一笑，这可爱币，看不见摸不着，就在这个帐本里。而且很遗憾，我并不能伪造，我收到的可爱币必须是别人写记录给我的！Tom小朋友并没有见到所谓的可爱币，但他似乎感受到了那个账本的魔力，好像真的就有像棒棒糖形状的可爱币藏在其中。

是的，比特币就有这个魔力，虽然只是个账本，但仿佛就是一枚一枚的金币。好了，大家现在应该已经理解了，比特币就是一个去中心化的记账，而且是公开透明的账本，任何随时都可以查账。

七、比特币转账——签名认证：hash算法

七、比特币转账——签名认证：hash算法

关于比特币的转账的问题，我们先前已经说过，但很粗略，尤其是在签名认证这个点上，几乎是一嘴带过，现在好好说一说。

比特币是如何转账的呢？我们还是以Alice向Bob转账5个btc为例，Alice需要声明一下她要转账的这笔钱是哪来的，比特币其实没有余额的概念、只是一堆交易记录，首要需要声明要转账的五个btc是哪里来的、是谁转给你的。那里Alice可以胡乱声明吗？不行，因为她所声明的这些交易记录都会被检验，系统会自动对之进行核对，一旦发现有冲突就会拒绝这个声明。假设这5个btc分别来自两笔交易，张三转账2btc给Alice，李四转账3btc给Alice。然后Alice要写明，我将这5个btc转账给Bob。交易其实就算完成了。但是其它节点要对这个交易做两点验证：其一、这条信息是否Alice是所发，其二、Alice所声明的交易记录是否为真。后者比较容易，就是系统的自动核对。但前者如何进行？

现在就是要好好讲讲：如何验证信息是否为Alice本人所发的。不妨想想生活中我们使用信用卡也需要签名来确认是否为本人所使用一样，这里需要的是数字签名。具体流程是结合了第一集提到的的非对称加密和hash算法的。

这个hash算法是只能验证不能求解，什么意思？我们举个简单的例子，体会一下hash算法的精神；比如根号17202这个数的后几位小数是9291430，系统只发送9291430这个数，有没有可能猜到是哪个数的开平方后的后几位小数呢？这就太难了。但也有办法，那就是穷举法，一个数一个数去尝试，说个最笨的方式，你就从1开始尝试，最后终于尝试到了17202，惊喜地发现，这位仁兄、的开根号、的后几位、就是9291430，然后你就很激动地告诉大家：这个数就是17202。大家一算果然是，你好牛啊，你是花魁啊！

咋样，这就是hash算法，它的加密规则是公开的，就是将原本的数字开根号取后几位小数，但你很难靠这几位小数推测出来原本的数字，唯一的方案就是暴力破解、穷举法，最终可以将原本的数字验证出来，这就叫hash算法。注意，刚才只是说的一个简单的例子，真正的hash肯定是很harsh的，是很复杂的，但都是这个气质。

现在我们把hash算法这个过程抽象为h，我们要加密的信息记为M1，则hash值为h（M1）。我们知道hash值是不能反推出来的，而且也不存在说另外一条信息M2，使得h（M2）=h(M1)。

Alice向Bob转账这个过程中，Alice要需要发送两部分内容：一是援引的之前的交易记录，二是此番Alice要向Bob转账的交易记录，此两者构成了Alice要向Bob发送的整体信息，我们将之记做M1，可以想象这些信息都已经数字化了，即便Alice和Bob这两个人也是以公钥或者说是地址来代替的，双方都是匿名的嘛；我们只是为了表达方便，才直接说成Alice和Bob，其实是Alice用她这个地址给Bob的那个地址转账。

如果Alice只发送这个整体信息M1，别人怎么确定就是Alice发送的呢？这一切必须要获得比特币世界所有人的认可啊。所以Alice在发送M1之前，还要对之签名。怎么签？签什么？那就是Alice要对整体信息M1 hash一下，你就可以简单地认为、对M1进行了开根号，然后得到最后三位是369，也就是h（M1）=369。然后我们以第一集所讲的91×11为例，Alice私钥为11，公钥为91。那么Alice就会把这个h（M1），也就是369乘上11的后三位059，连同信息本身发送出去。这就是Alice完成了数字签名。

Alice周围各个节点收到信息以后呢？首先使用Alice的公钥也就是91对这个059进行解密，也就是059×91=5369，取后三位还原出信息为369。然后再对Alice发送的原文信息M1进行hash，发现结果也为369，这不就验证成功了吗？这信息的确是Alice所发送的。

再略微展开一下，这里使用了跟Alice私钥配对的公钥，因为只有配对的公钥私钥才能解密，所以这个解密成功表明了确实是Alice发送的信息；其次，对Alice发送的原文进行了hash计算，发现也是369，也说明了Alice发送的信息没有被别人篡改。所以这些从哪里转来的又转到哪里去的信息确确实实是Alice发送的，然后大家再核对这些交易记录跟已有的账本是否冲突；如果不冲突，我们就确认了这条交易记录。即Alice的地址向Bob地址转账5btc这个记录有效。等到Bob想要花掉这5个btc时候，他就需要援引这条交易记录，同时对内容进行hash，再用这个公钥地址配对的私钥进行签名，同时发送信息，周而复始，妙不可言。中本聪，你是大葱中最聪明的那根葱。

现在我要把刚才的验证过程再简单地梳理一下：ALICE在发送整体信息M1之前，先对M1进行了hash，发现结果是369，于是用私钥处理了369，也就是乘以11，将后三位059连同信息本身发送出去。这就是Alice完成了数字签名。Alice周围各个节点收到信息以后，先用Alice的公钥也就是91对这个059进行解密，即就是059×91=5369. 又发现将Alice原文信息M1进行hash，发现结果也是369，从而确认这天信息的确是ALICE发送的。你们说妙不妙，众妙之门，此门最妙。

八、区块、hash、挖矿

八、区块、hash、挖矿

好了，明白了转账过程，我们要进一步讲解区块、区块链，只有这样我们才能真正明白“挖矿”的原理，了解比特币是如何创造出来的。

我们先前是这样简单描绘的：在比特币的世界里，每时每刻都会发生很多类似Alice转账Bob的交易，我们把每十分钟内的交易记录，就叫做区块。把比特币一诞生就开始的所有交易记录都链接起来，也就是把这些区块连接起来，就构成了区块链——Block chain。整个网络上的电脑都在抢夺新生区块的记账权利，谁抢到这个记账的权利，谁就可以获得这个区块创造出来的比特币。现在要对此深入解读。

我们可以这样想象，每一个区块就是一个块、一个方方的区块；每个区块都有自己的标记、也就是有自己ID。这个ID可不是随便定的，而是整个区块的hash值，也就是将这个区块的所有信息hash之后所得的那个数字，这个hash值是唯一的，并且与此区块绑定；

每个区块的第一层是上一个区块的hash值，表明这个区块排在上个区块后面，然后中间层是这一个区块的交易记录，底层是一个随机数。一到三层的内容会生成区块的hash值，即本区块的id。所谓挖矿，就是去猜底层的随机数，一旦才对了随机数，也就解出来这个区块的hash值。为什么呢？因为本区块的前两层信息是公开已知的，而只有底层随机数是不公开的，所以谁猜到了随机数，也就可以解出本层的hash值。

那这个随机数又是怎么猜的呢？是用暴傻方式猜的，又暴力又傻逼的方式,此所谓穷举暴力尝试法。就是各位矿工一个数字一个数字地试，直到有人到率先找到第一个符合这个规则的hash值。简单地说，就是新区块的hash值已被网络所确定，而矿工在不断计算、并核对，一旦哪位算对了，网络就给予确认，然后奖励他比特币。更确切地说，是网络事先定下了一个规则、一个公开的规则，比如说：要求这个hash值前面有15个0开头，哪个矿工率先找到第一个符合这个规则的随机数、就算猜出了这个hash值，他就会向全网广播“各位挖矿的labor们，你们不用算了，我算出来了，这个随机数是xx，这个hash值是xxx”，正在埋头苦干的矿工们一验算，发现这货算出来的hash值果然满足规则，嘴里嘟囔了一句shit，赶紧把这个hash值作为本区块的表示，并在这个区块的基础上继续计算下一个区块的hash值，心中默念：下回就该我抢先一次了。

由于hash值是这个区块的唯一标识，而且随意更改一点信息就会显著改变这个hash值，所以比特币世界的历史交易记录是不可能被篡改的。具体来说，每一个区块的hash值=上一个区块hash值 本区块的交易记录＋本区块的随机数。如果我们篡改了交易记录，这个hash值就会改变，这就不被认证，就不允许了。所以一旦生成一个区块，其配套的hash值成为唯一标识，且不可更改。

估计很多朋友更关心区块底层的随机数，那到底起了一个什么作用。首先当然是让矿工去猜去计算、去暴力尝试，另外它还起到一个作用，就是去平衡算力，从而保证是平均每10分钟产生一个区块。如果矿工的设备变得先进了，引进了什么阿尔法狗呀、猫呀的都来了，那全网算力就提高了；那怎么办？很简单，就会增大随机数的难度，还是能平衡在每10分钟左右产生一个区块。比如，本来系统要求hash值前面有15个0开头，但如果算力上升，系统就要求寻找hash值开头必须有20个0，难度就陡然加大了；反正是不能让你上房揭瓦，好好挖矿，就是10分钟一个区块。

九、区块链的形成及小总结

九、区块链的形成及小总结

我们从头梳理一下比特币的运行过程。2009年1月3日，中本聪创立了比特币系统，当时全网没有算力，只有他在挖矿，所以很顺利，它计算出了满足第一个区块hash条件的随机数，并计算出了此区块的hash值，同时得到这个区块的奖励，50个btc。

最初几个月，几乎没人来参与，渐渐地人一点点的变多，每个时刻开始有交易产生，随着全网算力的提升，系统要平衡hash值的计算难度，为了保证有人记录10min左右的交易记录，因为10分钟的交易记录不多不少刚刚好。如果hash值太简单，一秒钟就被人破解出来，所生成区块的交易记录就存储得太少；反之，如果计算难度太大，那每个区块需要打包的交易记录又太多，所以就要用合适随机数难度、将之平衡到十分钟一个区块。

现在，这个系统有一定的矿工维系这记账的责任，有一定的玩家有日常的交易需求，矿工们开始辛勤的挖矿即不断尝试每个区块的随机数直到尝试出来符合当前hash值规则所要求的hash值，当尝试出一个随机数并成功时，会马上向全网广播“我成功啦，我得到奖励了，兄弟们赶紧在我后头继续挖啊”，大家会将他公布的随机数进行验证，发现基于这个随机数所求得的hash值确实所要求的hash值规则，那大家就认可了，并这个区块的标题就定为这个hash值。基于这个hash值，大家再去奋力计算一个区块的hash值，如此go on and on，区块链就形成了。

区块链，它到底是怎么链在一起的呢？难道一个区块和一个区块之间真有一条链子吗？是这样的，区块就是每10min的交易记录，区块链就是区块连接起来的整体，这就记录了所有的交易信息，所以中本聪09年的那个区块叫创世区块。每个区块所包含的信息是：上一个区块hash值（表明连接关系） 本区块的hash值（id） 本区块交易记录 本区块随机值（用以调整本区块hash值难度）。

这下子大家明白了，区块之间为什么能链起来，就是因为每个区块都包含了上一个区块的hash值，那当然就链接了起来，仿佛区块在排队，一个跟着一个，谁也别插队。这也保证了，谁也无法篡改交易记录，因为一旦更改区块内容，会改变此区块hash值，导致链接关系发生混乱了，那就会被大家所发现。注意，hash值对初值极其敏感，随意修改一点点就会造成完全迥异的hash值，会产生混沌，发生蝴蝶效应。谁敢篡改，就会飞蝴蝶，蝴蝶一飞，系统发生大地震，谁人不知呢？

如下图就是区块链，其中省略了交易记录和随机值

FIG1这个图是一个block的样子

FIG2

有了这个区块链，意味着网络的每一个节点都存储了本聪开创比特币以来的所有交易记录，每一条信息谁都可以查。这个系统可真是太棒了。但它有没有漏洞呢？还真有，nothing is perfect。

十、双花问题

十、双花问题

这个漏洞就是双花，double spending，不是double flower。

既然有人在抢着记账、记好的账本又不能篡改，我们还可以验证每条消息的真伪，这似乎很完美了啊，但为何还有什么double spending呢？我们举例说明之。

比如我只有5个比特币，我先向老张转账5btc，同时再向老赵转账5btc。这就是双花，我把5个比特币化了两次。这就是所谓的双花问题，这是一种诈骗行为，如何预防？

正常情况下，一定是先有一条信息被大家打包，然后第二条信息由于与第一条信息冲突而无效。但是，我如果是同时双花的，也就是一边广播：我向老张转账5btc，与此同时又广播：我向老赵转账5btc。这样，就会有两个矿工分别打包了这两笔记录，这就叫做分叉，即同时有两个区块生成了。如果要真是如此，大家都去双花了，5个比特币能化两次5个比特币，岂不就乱套了，比特币系统成了骗子横行的世界了。

比特币的规则是只有最长的区块链得到确认，最长的区块链才会有挖矿奖励。所以正常大家都会切换到长链上挖矿而将短链废弃掉，这样就会有一笔交易作废了。所以一般转账之后比特币网络建议大家等到一个区块确认了，此时再发货就比较安全。

我们再以Alice给Bob转账来说明。假设Alice只有5个比特币，但她有两个地址，地址1和地址2，她先用地址1向Bob支付5个比特币去购买一杯咖啡，与此同时，Alice又用地址1给自己的地址2转账了这五个比特币，必须注意，一定是同时、非常的同时。如果Alice得逞了，她就等于白喝了一杯咖啡。她可以得逞吗？假设Alice是很强，她能让这两笔交易同时打包在两个区块，Bob看到一个区块确认了，就给发送咖啡了。这时候，Alice为了让Bob这笔转账失效，就必须让包含转账给自己地址那条交易记录的区块成为主链，那么她就要在那个区块后面不断的生成区块使这条链越来越长。Alice要实现双花，其实很不容易，她必须要实现双花所形成的两个链条都不废掉，一直要坚持到拿到Bob的咖啡为止。因为任何有一条区块链废了、就意味着双花也就不存在了。比如给自己转账的那条链失效了，那就意味这Alice真就正转账给Bob了。如果给Bob转账的那条链接废了，Bob没收到btc也就不会提供服务、不会给Alice发送咖啡。所以Alice策略应该是先让Bob那条链成为主链，这样Bob就发货了；Alice一看Bob发货，于是开始努力加长给自己转账的那条链，一旦链条长度超过了Bob那条链，给自己转账的就成了主链，从而废掉了Bob那条链，这意味着Bob的交易记录作废，也就是Bob最终没有拿到比特币。

Bob若想万无一失，就不能急着发货，要等到自己的链条足够长的时候才发货。一般来说再等上六个区块的形成，就已经很保险了。Alice想废掉已经又加长了六个区块的长链，就必须自己加长自己的短链，来超越那个长链。为什么非要自己加上呢？因为矿工都会在长链上挖矿，只有最长的区块链才能得到确认，才会有挖矿奖励。Alice要凭一己之力，让自己的短链超过长链，有肯能吗？nothing is impossible。双花is possible，但前提是Alice的计算能力强大无比，因为区块由谁所生成，决定于谁最先算出Hash值，也就是要决定于算力——计算的能力。

如果Alice掌握了全网51%的算力，那么她有51%的概率抢夺到下一个区块的记账权，当她在对自己有利的那个区块后继续生成区块的时候，她就会让Bob收不到那5个btc，这就是所谓的“51%攻击”。这似乎是可行的？但是，Bob听了我们的节目，他变聪明了，他不是等一个区块就发货，而是等了六个区块的确认才发货，因为已经生成了六个区块，那这一定是主链，关键是矿工也都相信这是主链，所以都会在这个链上继续挖矿来获得奖励。

Alice为了使Bob的这笔转账失效，她必须在对自己有利的那个链上连续生成区块而且赶上主链。与全网斗争抢夺记账权连续六次，如果算力一般这几乎不可能，如果算力超强倒是有可能实现。不过如果Alice只为了喝一杯咖啡就如此消耗巨额算力成本似乎不值得。可能发动双花攻击的原因是大额转账，但是我们可以发现，只要区块链越靠后，安全性越高，比如我等这个区块链确认了10次，那么想要追上主链就必须连续抢夺十次记账权，这个难度是几何级数上升的。一般而言六次就已经很安全了，所以比特币系统也认为一笔交易如果确认了六次就算有效了。由于每一个区块是十分钟生成，确认六个区块也就是一个小时，相比于普通几秒到账的银行转账，这个确实慢了好多。

我们对双花问题再说一遍。Alice先有目的的向网络两边散布两条交易记录（当然是网络拓扑结构的两边而不是地理结构的两边），当两个区块2与2a都形成了以后，Bob觉得交易记录被确认，开始发货，此时Alice为了让这条信息失效，必须在对自己转账的那个链上开始抢夺记账权力，每一个区块的生成必须基于上一个区块的hash值（回顾一下抢夺记账权力就是暴力尝试随机数算出复合规律的hash值），所以Alice就要连续抢夺若干次直到对她有利的这条链成为主链，使得向Bob转账的链条成为短链，所有短链上的交易信息返回待打包的池子，挖矿挖出的比特币也会返回，也就是吃进去的比特币再要吐出来。也就是说，一旦对Alice获得了coffee，然后又将对自己有利的链条长度、超过向Bob转账的链条，那么Bob所获得的5btc就会被收回，也即是这个交易记录作废了因为比特币规则只对最长链挖矿有奖励。

但是如果Bob等了六个区块后、依然处于长链状态，然后再发货就没有问题了，因为全网算力都会集中在长链，一旦长链至少有6个区块的领先，Alice再想要追赶这个长链、以便让这些交易记录作废就会非常非常难。即便Alice神通广大到掌握了全网51%的算力，抢夺记账权的几率就是51%，连续六次都成功的概率就是0.51^6=1.7%，这就是所谓51%攻击，如果仅仅掌握三成算力，那么这个概率就是0.07%了。

FIG3

十一、2140年后，记账没有奖励了，系统如何进行

十一、2140年后，记账没有奖励了，系统如何进行

反正是，双花这个漏洞可以通过交易的等待来阻止。但比特币系统似乎还有一个漏洞，就是到了2140年，比特币的总量已经到达了事先规定的上线——2100万枚，那么抢夺到记账权也没有比特币可以奖励了，那谁还会去记账呢？这个本聪早就想到了。到那时，比特币世界的每一笔交易就需要交一定的手续费，交给谁呢？交给了抢夺区块记账权的人。也就是说，挖矿从过去的获得比特币的奖励，变成了获取交易的手续费，所以照样有矿工去挖矿。

现在大家都清楚了，所谓比特币挖矿，实质就是中本聪巧妙地设计了一个激励机制，给维护这个去中心网络的人的奖励，同时也解决了货币如何分配的问题，因为每个人都有挖矿的权力，至少从理论上这是相对平等的说法，人人都有机会去挖矿，去获得比特币。

十二、区块链技术引领未来

到现在为之我们基本讲述完了比特币的前世今生。不得不承认，比特币的技术构想很美，像一个没有强权，没有管制完全自由的新世界。尤其是去中心化的账本，资产公开透明可查的性质，吸引了大批人开始关注比特币的底层技术——区块链技术。在一个去中心化网络里，相互不信任的节点之间，谁能解决信任问题呢？区块链技术可以解决。

区块链技术就是我们运行比特币的这套系统，大家明白这种气质就好，就是一个资产公开透明可查的、匿名的、去中心化的记录，是一个无法作弊的网络运行协议。光听字面意思大家有点迷惑？又公开透明又匿名，这好矛盾啊！这里非常不矛盾，在区块链或比特币世界的玩家，每个人的身份是匿名的，你可以有多重身份、也就是有多个公钥、也就是有多个地址，这就很好地保障了你的匿名性，人家只知道你的地址，但根本不知道你是谁，你只有一个，但一个你可以有很多地址。你的匿名性虽然很好，但区块链的游戏规则却让你无法作假，你在其上的每笔交易都是公开透明的、无法作弊的。此所谓又匿名、有公开透明。这个公开透明和匿名共同保障了去中心化的信仰——freedom自由！一个完全没有压力、又公平的自由世界。

正因为如此，虽然很多业界人士不看好比特币、但非常看好区块链技术，各个国家央行纷纷成立区块链技术的研究所，华尔街的大银行也都开始涉足区块链技术的创业与投资项目，可以说是风头最盛的金融科技项目了。

中本聪发明的比特币系统其实就是发明了区块链技术，可以认为比特币是区块链技术的1.0版本，或者说支付系统非常适合区块链技术的应用。区块链的2.0版本是智能合约，电脑里的合约使用程序编写的，这种合约不能作假，执行明确。而传统合约一般需要第三方公正，而且自然语言存在模糊性，才有各种机构的司法解释和律师的必要，同时很难保证执行力度，很多官司赢了的人也很难得到履约。智能合约就很大程度解决了这个问题，规则清晰，强制执行，智能合约是一种图灵完备语言，它可以构建任何一套符号系统来规定任何一项合约，而且这项合约同比特币一样是存在于整个peer-to-peer网络里的，我们不需要谁来保证这个合约是否履约，也不用担心第三方机构出现问题。合约一旦签订就会像比特币一样全网公正，而且合约规定的资产都像比特币一样是可以追索来源与去向的，执行的机构则是冷冰冰的机器与电脑，规则明确。

比如你准备和隔壁老王赌球，老王发誓中国队进不了世界杯，如果进世界杯老王给你100万，没进世界杯你给老王一万。但是你害怕老王耍赖，为了进行赌局，很可能需要找一个第三方机构，两边都把钱打进第三方，由第三方托管，金融行业很多时候就是干这个中间人行业的。问题是中间人不是没有代价的，一方面，比如一百万的赌局，中间人抽1%就是一万块钱啊！或者中间人直接来个卷包会，带着赌资跑了。如果有智能合约，两边都将钱打入指定账户，然后电脑根据人民日报的信息来自动执行，两边都没有赖账的可能。同时这个合约就像比特币的交易信息一样，无法篡改，全网备份，无法销毁。

签订合约这件事有多重要呢？这太重要了，看看整个世界最挣钱的几个行业，律师，保险，银行等等，这些行业公司的大楼一般也都占据了最豪华的商业CBD，是什么让他们这么赚钱呢?信用！包括金融行业里的子行业——信托，其英文就是trust，很多时候都在干我们上述中间人的职能，人们把钱给保险公司本质上就是对这个保险公司的trust，这就是你对大机构信任所付出的溢价。如果智能合约普及开来，我们就无需为这种信任付费，我们买卖股票，存贷款，一纸合约不需要第三方发起，不需要监管机构解释、背书等等增信工作。我们只需要在peer-to-peer的网络里发起，只要有人愿意与你签订，那么这个合约就是有效的并且是清晰且可以被执行的。

大家想象，光在金融领域的信任就催生了这么富有的产业，那整个人类社会的信任问题拥有多大的市场？如果区块链技术能够解决这些信任问题，那人类社会将会发生多么巨大的改变，真是不敢想。

所以区块链技术最开始解决的是支付问题，随后的智能合约也即是2.0版本大家都能想到的就是未来应用在金融行业各个领域上，而且这个可以说是最接近落地的项目了。几乎金融行业所有需要中间人的信任问题，比如交易所，比如传统机构扮演的中间信用增级服务，都是可以被区块链技术取代的。比如我们熟悉的支付宝解决淘宝买卖服务，就是买家与卖家的互不信任转化为大家对支付宝这个中心机构的信任，商业银行很多中间业务比如信用证，都是在解决类似的问题，这些都几乎肯定会被区块链技术革命。

到了区块链技术的3.0版本，我们可以畅想一下所有需要解决彼此陌生互不信任的个体之间的信任问题的地方都可以使用区块链技术。

首先区块链技术的不可篡改，可以追查的特性，非常适合存在性证明。现实生活中我们经常会遇到房产证明，个人学历证明等等信息证明问题，区块链的不可篡改特性完美解决这个问题。每个人的身份标识一旦被全网公证，那么这个信息就是可以追查，可以证明的，目前这方面应用已经有不少创业项目了。

其次，政府可以用于投票，同样利用了匿名，不可篡改，全网公证的特点。澳大利亚政府正在落地这个项目。

最后，所有的去中心化系统，比如共享经济，如共享单车，共享租车，共享公寓等等，都是非常适合结合区块链技术的，对于每一样共享产品的历史信息都可查，很契合解决陌生人之间共享的信任问题。

其实，区块链这个底层技术未来到底能解决多少问题，是一个人类想象力的问题，我坚信，还是那句话，但凡涉及到解决彼此陌生互不信任的个体之间的信任问题的地方都可以使用区块链技术。

本文来自云心区块链，经济微观察系授权发布，略经编辑修改，版权归作者所有返回搜狐，查看更多

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区块链资料

区块链形成。主链（黑色）由从发生块（绿色）到当前块的最长系列块组成。孤儿块（紫色）存在于主链外。

比特币网络（英语：Bitcoin network）资料

区块链（英语：blockchain[1][2][3]或block chain[4][5]）是借由密码学[1][6]与共识机制等技术创建与存储庞大交易资料链的点对点网络系统。

每一个区块包含了前一个区块的加密散列、相应时间戳记以及交易资料（通常用默克尔树（Merkle tree）算法计算的散列值表示）[7]，这样的设计使得区块内容具有难以篡改的特性。但如果掌握区块链节点51%以上的运算力，就能操控区块链的内容。如果一开始写入的内容是错误的内容，那么区块链技术只是让错误的内容难以被篡改。[8]

目前区块链技术最大的应用是加密货币，例如比特币的发明。因为支付的本质是“将账户A中减少的金额增加到账户B中”。如果人们有一本公共账簿，记录了所有的账户至今为止的所有交易，那么对于任何一个账户，人们都可以计算出它当前拥有的金额数量。而公共区块链（公有链）恰恰是用于实现这个目的的公共账簿。在比特币体系中，比特币地址相当于账户，比特币数量相当于金额。[9]

概述[编辑]

以比特币的区块链账本为例。每个区块基本由上一个区块的散列值，若干条交易，一个调节数等元素构成，矿工通过工作量证明实现对交易整理为账本区块和区块安全性的维持。一个矿工通过交易广播渠道收集交易项目并打包，协议约定了控制区块生成速度而产生的难度目标值，通过不断将调节数和打包的交易数据进行散列运算而算出对应散列值，使其满足当时相应的难度目标值，最先计算出调节数的矿工可以将之前获得上一个区块的散列值、交易数据、当前算出对应区块的调节数等参数集成为一个账本区块并广播到账本发布渠道，其他矿工则可以知道新区块已生成并知道该区块的散列值（作为下一个区块的“上一个区块的散列值”），从而放弃当前待处理的区块数据生成并投入到新一轮的区块生成。

对于其他基于区块链的应用，主要是针对所负载的数据，区块安全性的维持方式等进行调整。

历史[编辑]

中本聪在2008年于《比特币白皮书》[10]中提出“区块链”概念，并在2009年创立了比特币网络（英语：Bitcoin network），开发出第一个区块，即“创世区块”。[11]

区块链共享价值体系首先被众多的加密货币效仿，并在工作量证明上和算法上进行了改进，如采用权益证明和SCrypt算法。随后，区块链生态系统在全球不断进化，出现了首次代币发售ICO、智能合约区块链以太坊、“轻所有权、重使用权”的资产代币化共享经济[12]以及区块链国家（英语：Bitnation）。目前人们正在利用这一共享价值体系，在各行各业开发去中心化电脑程序（Decentralized applications, Dapp）[13]，在全球各地构建去中心化自主组织（英语：Decentralized autonomous organization）和去中心化自主社区（Decentralized autonomous society, DAS）[14]。

截至2019年中华人民共和国的相关公司占有全球区块链专利权的八成以上[15]。在2016年公布的《十三五国家信息化规划》，就已将区块链技术列为战略性前沿技术。反超点在2017年当年度专利申请量超过1200件超越美国，之后一路上升[16]，并诞生了比特大陆等以挖矿业务为切入点累积资本最终做大的企业。其官方立场是不承认比特币的货币流通地位并禁止任何商家收付，但认为区块链技术可以为国家所用，2019年中国人民银行第三季消息，支付结算司副司长穆长春8月10日在金融四十人伊春论坛上介绍央行法定数字货币的实践DC/EP（DC，digital currency，数字货币；EP，electronic payment，电子支付）时揭露央行DC/EP研究已进行五年[17]，表明可能存在被称为“央行数字货币”的制度。早在2016年有新闻显示平安集团、招商银行、微众银行等40多家金融机构共同成立首个中国深圳FinTech数字货币联盟。同年10月，中共中央总书记习近平公开表示“区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用”，对特定技术发表谈话[18]表达重视，引发相关类股上涨以及媒体议论。[19]

应用项目[编辑]

国家货币[编辑]

e-Dinar是突尼斯共和国政府用区块链技术发行的数字货币。也是第一个国家数位货币。[20]

eCFA是塞内加尔共和国政府用区块链技术发行的数位货币。[21]

数字人民币（E-CNY）是中华人民共和国政府用区块链技术发行的数字货币。[22]

Sand Dollar是巴哈马国政府用区块链技术发行的数字货币。[23]

社区货币[编辑]

空卢（英文：Colu）公司在英国伦敦用区块链发行了东伦敦社区英镑（Local Pound, East London），主要为中小企业提供支付平台。2017年6月止，空卢在全球发行了多款社区货币，共有50,000用户。[24]

私有链、公有链和联盟链的区别[编辑]

公有链

联盟链

私有链

参与者

不限

联盟成员

链的所有者

共识机制

PoW/PoS

分布式一致性算法

solo/pbft等

验证者

自愿提供算力或质押加密货币者

联盟成员协商确定

链的所有者

激励机制

需要

可选

无

去中心化程度

较高

偏低

极低

如初特点

解决双重支付

效率和成本优化

安全性高、效率高

吞吐量

7笔/秒至数千笔/秒（TPS）

<10万笔/秒（TPS）

视配置决定

应用领域

区块链游戏、非同质化代币、去中心化金融等

供应链管理、金融服务、医疗保健等

大型组织或私人企业之业务等

代表项目

比特币、以太坊

R3、Hyperledger

公有链[编辑]

公有链可称为公共区块链，指所有人都可以参与的区块链。换言之它是公平公开，所有人可自由访问，发送、接收、认证交易。另外公有链亦被认为是“完全去中心化”的区块链。公有链的代表有BTC区块链，ETH （页面存档备份，存于互联网档案馆）、EOS （页面存档备份，存于互联网档案馆）等，它们之间有存在不同架构。[25]举个例子说，以太坊（ETH）是一条公有链，在以太坊链上运作的每一项应用都会消耗这条链的总体资源[26]；EOS只是一个区块链的基础架构，开发人员可以自由地在EOS上创建公链，每条链与链之间都不会影响彼此拥有的资源，换言之不会出现因个别应用资源消耗过多而造成网络拥挤[27]。

私有链[编辑]

商业组织正在为各种应用开发分布式分类账和其他区块链启发的软件。由于这些软件被中心化机构控制，不具有区块链去中心化的属性，被称为私有链 （private blockchains）、区域链、或者联盟链[28]。私有链上的资料，可由创建私有链的机构任意操控改写，所以连确保资料难以篡改的功能也没有。

[8]

至2017年6月止，没有任何私有链得到认可和使用，而且国际银行界纷纷退出所参与的项目；加拿大中央银行也在2017年5月放弃了国家私有链的开发，主要原因是与中央银行体系格格不入[29]。相反，用现有区块链进行ICO众筹，来开发新型去中心化社区的项目，如雨后春笋般地涌现，得到不同凡响的结果[30]。以下是部分私有链及联盟链开发项目：

德勤和ConsenSys2016年宣布计划创建一个数位银行ConsenSys计划[31]

R3计划连接42家银行分布式分类帐，主要由以太坊，Chain.com，英特尔和IBM牵头[32]

Microsoft Visual Studio正在使Ethereum Solidity语言可供应用程序开发人员使用。[33]

SafeShare保险提供一项区域链为基础的主打共享经济的保险，由英国保险巨头劳合社承保。

一家瑞士工业联盟，包括瑞士电信，苏黎世州银行和瑞士股票交易所，以柜台买卖为原型的资产交易，基于以太坊科技的区域链。[34]

Context Labs（英语：Context Labs） a 2013 company developing blockchain enabled platforms

R3区域链联盟

Digital Asset Holdings（英语：Digital Asset Holdings）

Satoshi Citadel Industries（英语：Satoshi Citadel Industries）

方舟私有链Arkblockchain一个比特币并行区域链项目，特别面向供应链、电子商务、物联网、医疗服务、政务等应用开发的高可信任私有链。

美国期货和期权交易所CME集团于2017年4月11日宣布，正在测试基于区域链的黄金期货平台的正处于最后测试阶段，该区块链是为比特币提供认证的对等网络。[35]

台湾林产品生产追溯系统[36]

侧链[编辑]

区块链中的侧链（sidechains）实质上不是特指某个区块链，而是指遵守侧链协议的所有区块链，该名词是相对与比特币主链来说的。侧链协议是指：可以让比特币安全地从比特币主链转移到其他区块链，又可以从其他区块链安全地返回比特币主链的一种协议。

ICO代币[编辑]

首次代币发行（英语：Initial Coin Offering，简称ICO），也称为ICO众筹，是用区块链筹集资金，以便开发新型区块链社区的项目。[30]

非营利组织[编辑]

比尔及梅琳达·盖茨基金会《基层项目／Level One Project》旨在利用区块链技术帮助世界各地20亿缺乏银行账户的民众。[37][38]

联合国世界粮食计划署的《区块建设／Building Blocks》旨在使粮食计划署越来越多的现金扶贫业务更快，更便宜，更安全。“区块建设”于2017年1月在巴基斯坦开展了现场试点工作，将在整个春季继续进行。[39][40]2017年6月，该项目已经扩大到叙利亚等国，计划在2030年前在全球实现零饥饿[41]。

去中心化的社会网络[编辑]

回馈项目（Backfeed project）正在基于区块链分布式自治系统，开发共识主动性创建和分配价值的社会网络。[42][43]

亚历山大项目（The Alexandria project）是一个基于区块链开发的去中心化图书馆网络。[44][45]

它自主（Tezos）是一个根据它代币（token）持有者们的投票结果，让电脑程序自我演变，来实现区块链自主的开发项目。[46][47][48][49]比特币区块链是一个去中心化的加密货币和支付的金融自主体系。以太坊区块链在前者的基础上增加了去中心化的智能合约的法律自主体系。它自主将在前两者的基础上增加去中心化的电脑程序开发功能，以便创建社会管理自主权体系。[50][51]

区块链数据库[编辑]

甲骨文公司在Oracle Database 21c中，首次引入了区块链资料表功能。不过，Oracle Database的区块链不是去中心化。甲骨文称，中央化的区块链数据库较去中心化更高吞吐量及更少延迟交易问题。[52][53]

黑客事故[编辑]

区块链目前多用于民间自定义的各种虚拟货币领域，众多黑客事件也发生在这些场景，区块链本身可以确保记账内容万无一失但目前几乎都是不记名设计，所以谁能夺取账号文本就能声称为所有者，而民间公司保存账号的服务器防骇条件不一使此类“抢劫”行为提供可能性。[54]

2018年[编辑]

1月，日本数字货币交易所Coincheck遭黑客攻击，约价值超过5.34亿美元的NEM于平台上被非法转移。[55][56]

2月11日，意大利加密货币交易所BitGrail遭黑客攻击，约价值1.7亿美元的NANO被盗。[57]

4月22日，BeautyChain智能合约出现重大漏洞，黑客通过此漏洞无限生成代币，导致BEC的价值接近归零。[58][54]

4月25日，SmartMesh出现疑似重大安全漏洞，宣布暂停所有SMT交易和转账直至另行通知，导致损失约1.4亿美金。[59]

7月10日，以色列数字货币交易所Bancor遭黑客攻击，约价值超过23.5亿美元的ETH，NPXS，和BNT于平台上被非法转移。

7月25日，EOS Fomo 3D狼人游戏的游戏合约遭受溢出攻击，60686个EOS从奖励池中被盗取，导致部分奖励没有按照游戏规则奖励用户。EOS核心仲裁论坛（ECAF）对黑客进行仲裁后，冻结黑客EOS账户：eosfomoplay1。[60]

9月20日，日本数字货币交易所Zaif遭黑客攻击，导致损失67亿日元（约6000万美元加密货币），其中包括5,966比特币。[61]根据CNN报道指出，被盗金额约4000万美元属客户资金，另外2000万则属于交易所。[62]

12月3日，EOS Dice3D黑客攻击，损失10569个EOS。黑客将被盗的EOS转至火币，Dice3D官方决定自费拿出部分EOS给予玩家作补偿。[63]

2019年[编辑]

2月22日，EOS42被黑客攻击，黑客利用EOS节点没有更新黑名单的漏洞去攻击系统，使EOS42损失二百万个EOS。这个安全事件发生后，EOS社群开始作防备措施，避免类似情况再出现。

3月30日，韩国加密货币交易所Bithumb遭到黑客入侵，超过300万EOS（约1270万美元）和2000万XRP（约620万美元）的资产被盗。[64]

5月8日，全球最大加密货币交易所Binance发布公告表示，遭到黑客攻击，共计7000枚比特币遭窃，损失估计超过4000万美元。[65]

7月12日，日本金融厅认证的合法加密货币交易所币宝（BitPoint），遭窃取上千颗比特币，各类加密货币合计损失高达35亿日元。而币宝台湾分公司从7月23日开始也全面暂停服务，所有用户不能交易加密货币外，连台币账户都无法提领。[66]

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参见[编辑]

货币历史

加密电子货币列表

新兴技术列表

比特币

以太坊

EOS.IO

Blockchain.info

分布式账本

Hyperledger

证券型代币发行（Security Token Offering，STO）

多重要素验证

外部连接[编辑]

信息技术主题

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维基共享资源中相关的多媒体资源：区块链

ledgerjournal.org（页面存档备份，存于互联网档案馆）, a peer-reviewed scholarly journal.

查论编比特币（）

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