区块链简介 - 概念原则

比特币和区块链

2008 年，中本聪发表了一篇题为“比特币：一种点对点电子现金系统”的论文。发表了，也许没有什么深意。他认为，传统货币最根本的问题是信任。银行必须让人们相信它可以帮助我们管理资金。然而，银行却在用钱制造信贷泡沫，而通货膨胀会使人们的财富缩水。首先，中本聪将比特币定义为一个点对点的电子现金系统，目的很明确：希望这个系统不依赖于任何中心，比如中央银行，所以这个系统一定是分布式系统。

区块链的概念最早是在中本聪设计比特币系统时提出的。这也是区块链技术第一次落地，也是最成功的应用。比特币是一个商业场景，而区块链是实现这个商业场景的技术基础。要了解区块链，首先要简单了解比特币的运行机制。

图中橙色方块是系统上的各个节点，分布在世界各地；每个节点都可以认为是运行 Satoshi Nakamoto 一个开源的比特币客户端，它形成了节点之间的全网通信。

为什么要集中化？

为了安全和信任。首先说一下安全，应该很容易理解。比如现在我们使用支付宝，所有的转账和支付都必须通过支付宝的中心。一旦本中心出现问题，所有用户都会受到影响；一旦中心被黑，数据很容易被修改；在分布式系统中，世界上的每个节点既是客户端又是服务器。除非超过 51% 的节点同时被篡改，否则所有修改都是无效且“自主的”。所有被篡改的数据都很大吗？安全保障也大大解决了信任问题，但主要问题是数据控制。集中式系统在一个中心举行。比如我们的交易数据保存在支付宝里，鬼知道是不是被出卖了。 , 是否被使用过；在分布式系统中，所有数据都是透明的，不属于任何中心；每个人都是数据的生产者和所有者。

为什么比特币系统有效运作？

第一，比特币的稀缺性；二是奖励机制。首先，应该提到两个重要的角色：“矿工”和用户。

是的，矿工是比特币系统上每个节点的维护者。中本聪自己并没有部署这么多节点，而是通过一种奖励机制，让每个人都参与到这个系统的维护和扩展中。这时运行在这个节点上的机器也称为“矿工”，矿工的所有者就是矿工。如果用户交易过程中产生的记录经过节点验证并记录，矿工所有者将获得一定数量的比特币作为奖励。具体由哪个矿工记录？这更有趣。

挖矿

当一笔交易发生时，全网节点可以对其进行监控，通过验证记录或放入节点内存，然后所有矿工开始“计算问题”，争夺算力的时刻到了，这批交易记录会被分配一个随机数，每个节点都在“努力”寻找这个随机数，谁先找到，谁就获得了这批交易的记账权。然后开始验证。验证后打包成一个数据块，也就是我们所说的块（块的概念最后讲到了，别着急，后面慢慢展开。），然后开始全网广播，放这个区块的副本被广播出去，告诉其他节点不要努力，我已经找到了，我的已经挖了。看看是不是“真”，然后其他节点停止挖矿，一一验证。超过 51% 的节点得到验证。通过后，将此区块添加到当前区块链的末尾，交易完成。

比特币价值

为什么有些人愿意部署矿机来挖矿？挖矿的回报真的有价值吗？首先，比特币是稀缺的，如果比特币可以无限生成，那将是无价之宝。比特币总量为2100万。从2009年开始，每个区块的奖励为50，每4年奖励减半。按照比特币大约每十分钟出块的速度，所有比特币将在2134年左右发行。另外，比特币不受中央控制，当时大多数人认为它具有代币价值并且大多数人愿意在上面交易，它是有价值的，比如纸币，它是一张纸，当大多数人都愿意在上面交易的时候纸。

核心概念

现在我们对以上内容进行了总结。

比特币是一个由许多节点组成的完全分布式系统。每个节点都有记账能力。每一条记录都需要公证，全网节点是共识。随着交易的继续，区块不断产生，每个节点上的区块按时间顺序串在一起，形成区块链。系统涉及到几个核心概念，节点、链、块、记录，关系如下：

至此，我们对比特币系统的原型有了一个大概的了解。明白了，我们分别介绍一下这个系统中的核心概念。

记录

成为比特币用户很简单，只要获取一个钱包地址，获取地址：#/signup。拥有钱包地址后，您可以将比特币发送到世界上的任何钱包，前提是您拥有比特币。交易记录是加密匿名的区块链技术的定义，每个用户都有唯一的私钥，私钥用于在交易过程中生成数字签名，记录用户之间的交易。一条记录是整个区块链中的最小单位，一次操作就会产生一条记录。

阻止

块由块头和块体组成。

区块头

版本：版本

Hash：当前区块的哈希值

Previous Block：前一个区块的哈希值

后续区块的哈希值（Next Block(s)）：后续区块的区块哈希值

交易数量：交易数量

时间戳：时间戳

Nonce: Random 在比特币系统中，“挖矿”就是找到这个随机数。

Merkle Root：交易记录的 Merkle 根

块体包含记录列表。

默克尔根从何而来？

首先说一下Merkle Root的作用。任何交易记录的变化都会改变这个值，即这个值是用交易记录作为变量生成的。

生成原理，如下图：

这是一棵二叉树，叫默克尔树（也叫哈希树），把所有记录各自的哈希值作为叶子节点，将两个叶子节点的哈希值组合起来

并进行另一次哈希计算，生成父节点；直到最后的树根。根哈希值为 Merkle Root。

一个区块格式：blockchain.info/block/000000000000000003e1641219b1291b53e0c609d53f4d56aadcf0646cdfd36

链

所有块通过上一个块或下一个块对链进行排序。区块链系统中的每个节点，比如比特币的区块链系统，都维护着这样一条链，这就是区块链主要概念的由来。

区块链工作流程

我们对交易记录、区块、链等概念有了大致的了解，现在我们把这些概念串放在一起，看看区块链的工作流程。

当交易记录发生时，发送节点的全网广播记录。该节点侦听新的交易记录。节点验证交易记录并将其放入节点缓存中。节点开始“计算问题”，争取记账权，打包记录生成区块区块链技术的定义，向全网广播共识。共识块附加在区块链的末尾。

上面说的“全网广播”其实并不需要全网所有节点都接收到，只要大部分节点都够用就行。对于那些没有收到或丢失的区块，区块链系统是容错的。如果一个节点没有收到特定的块，该节点会找到丢失的块，并可以提出自己的下载区域。阻止请求。

共识机制

在上述过程中，最重要的是区块的共识机制。共识是指让全网大部分节点（至少51%）相信数据真的可靠的过程。目前主流的共识机制有：工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）、委托权益证明（DPOS）和拜占庭共识算法（PBFT）。工作量证明算法用于比特币，也就是上面提到的“挖矿”。这里我们重点讲“挖矿”。

节点监控全网记录数据，通过基本合法性验证后暂存记录，然后启动工作量证明。回想一下我们之前介绍的区块的格式，区块中的区块头有一个随机数字段：Nonce。节点矿工不断尝试不同的随机数，直到找到随机数，然后将记录打包生成一个区块，广播该区块，经过其他节点验证后链接到区块链。在比特币的 PoW 中，平均而言，一个节点每 10 分钟发现（产生）一个区块。如果两个节点同时发现一个区块，网络会根据后续节点和区块的产生来决定，然后给六个每个区块的产生时间确定，谁先找到谁就有记账权限。

区块链的应用领域

随着区块链技术的成熟，基于区块链技术的应用领域应该还是比较广阔的。

区块链的分类

区块链根据应用场景和数据读写范围可分为三类：公有区块链、社区区块链和私有区块链。

公有区块链：指世界上任何人都可以参与的区块链，任何人都可以在其上进行交易、读写和共识。共享区块链是完全分布式的，数据公开，用户参与度高，易于推广，但系统的运行依赖于奖励机制。比特币、以太坊等应用场景

社区：也称为联盟链，如多个金融机构，每个机构作为一个节点，共同构成区块链的分布式系统。这些机构或共识过程中的参与节点之间对区块链的访问受到限制。典型应用场景包括IBM的HyperLedger，腾讯等多家互联网巨头都有参与；又如腾讯云、微众银行、平安科技等20余家金融机构和科技公司联合发起设立金融区块。链合作联盟（简称“金链联盟”）在国内率先尝试探索、开发和实施适合金融机构的金融联盟区块链。

完全私有链：

完全私有的区块链是指其写入权限仅掌握在一个组织手中的区块链。读取权限要么对外界开放，要么受到任何程度的限制。区块链的一个重要特点是解决中心化信任问题。个人觉得现阶段私链是没用的。

如何判断是否需要区块链？

当前区块链存在的问题

除了机遇，区块链技术也面临着诸多问题和挑战。挑战。

1、区块链太大：随着区块链的发展，节点存储的区块链越来越大，存储和计算负担也越来越大。例如，在比特币中，完整的比特币区块链的大小已经超过了 64GB。如果客户端要同步完整的数据，可能三天三夜都不会同步。

2、同步确认时间过长：全网共识机制和共识处理时间还存在诸多挑战。例如，比特币的确认时间约为 10 分钟。

3、区块链发展受制于现行制度：去中心化、自治等特点，淡化了国家监管的概念，给央行等传统中央机构带来冲击。这也是国内各种xx币太少而被打压的原因。

开源项目

区块链也有很多开源项目。详情请参考：blog.csdn.net/elwingao/article/details/52679475。

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