區塊鏈技術瞭解-轉

區塊鏈技術被認爲是繼蒸汽機、電力、互聯網以後，下一代顛覆性的核心技術。 若是說蒸汽機釋放了人們的生產力，電力解決了人們基本的生活需求，互聯網完全改變了信息傳遞的方式，那麼區塊鏈做爲構造信任的機器，將可能完全改變整我的類社會價值傳遞的方式。

之前是靠信譽、靠百年老店、權威機構等，區塊鏈利用技術創建了新的信任方式，這是能夠被量化的，從技術的角度實現的，因此說區塊鏈成爲了下一個信任的基石。區塊鏈最核心的革命特性是改變千百年來落後的信用機制。

       最近常常看到或聽到區塊鏈和比特幣的關鍵詞，可是對於像我這中菜鳥級別的如何簡單通俗的理解區塊鏈呢？

1.區塊鏈的舉例

       區塊鏈的本質是一個分佈式的公共帳本，任何人均可對這個帳本進行覈查，但不存在單一的用戶能夠對它控制。在區塊鏈系統中的參與者共同維持帳本的更新：它只能按照嚴格的規則和共識進行修改。

舉例：若是A借了B 100塊錢，這個時候，A在人羣中大喊「我是A，我借給了B 100塊錢！」，B也在人羣中大喊「我是B，A借給了我100塊！」此時路人甲乙丙丁都聽到了這些消息，所以全部人都在心中默默記下了「A借給了B100塊錢」。這個系統中不須要銀行，也不須要借貸協議和收據，嚴格來講，甚至不須要人與人長久的信任關係（好比B忽然又改口說「我不欠A錢！」，這個時候人民羣衆就會站出來講「不對，個人小本本上記錄了你某天借了A100塊錢！」）。        這是一個去中心化的系統，整個系統中沒有了權威的中心化代理，信息的可信度和準確性便會面臨問題。

可能你已經發現了，在上述的模型中，所謂的「100塊錢」已經不重要了。換句話說，任何東西均可以在這個模型中交換，甚至你能夠憑空杜撰一個東西，只要你們認可，你就可讓你杜撰的東西流通。好比：我在人羣中高喊一聲「我創造了10個查克拉！」，我甚至不須要知道查克拉是什麼，也不須要關心世界上是否是真的有查克拉，只要你們都聽到，而後在本身的小本本上記下「LaiW3n有10個查克拉」，因而我就真的有100個查克拉了。今後之後，我即可以聲稱我給了某人1個查克拉，只要路人甲乙丙丁都收到而且認可了這一信息，那我就算完成了此次交易，哪怕世界上沒有查克拉。又好比：「比特幣」，區塊鏈是比特幣的底層技術，真正的區塊鏈和比特幣比上述的模型複雜太多，細節也豐富太多。

       可是存在如下問題：

       假設過了很長一段時間，憑空創造的查克拉已經在這個系統中流通了起來，你們都開始承認了查克拉。可是這個系統中一共就只有10個查克拉，因而有人動了壞心思，他在人羣中高呼「我有10個查克拉！」怎麼辦？你們是直接在本本上記下他有10個查克拉麼，這樣不是人人均可以僞造查克拉了麼？

爲了防止這種現象發生，決定在我創造查克拉的時候給個人查克拉打上標記（更準確地說，我是給我喊的那句「我創造了10個查克拉」打上標記，好比標記爲001），這樣之後在每一筆交易的時候，我在高喊「我給了某某1個查克拉！」的時候，會附加上額外的一句話：「這1個查克拉的來源是記爲001的那條記錄，個人這句話標記爲002！」。咱們再抽象一點，某人喊話的內容的格式就變成了：「這句話編號xxx，上一句話的編號是yyy，我給了某某1個查克拉！」，這樣就解決了僞造的問題。其實上述模型就變成一個簡化的中本聰初版比特幣區塊鏈協議。       看到這裏基本已經可以生動形象又不涉及任何細節地解釋區塊鏈了。可是任然存在如下疑問：

   「憑啥？」

     「憑啥你喊一句話我就幫你記？個人小本本不要錢麼？」。爲了激勵你們幫我傳話和記帳，我決定給第一個聽到我喊話而且記錄在小本本上的人一些獎勵：第一個聽到我喊話並記錄下來的人，你就憑空獲得了1個查克拉，這個查克拉是整個系統對你幸苦記帳的報酬，而你記錄了這句話以後，要立刻告訴其它人你已經記錄好了，讓別人放棄繼續記錄這句話，並給你本身的記錄編號讓別人有據可查，而後你再把個人話加上你的記錄編號一塊兒喊出來，供下一我的記帳。

當這個規則定下之後，這個系統中必定會出現一批人，他們開始豎着耳朵監聽周圍發出 的聲音，以搶佔第一個記帳的權利。好比概念 「比特幣挖礦」。畢竟1比特幣=1K-nK美圓。 比特幣挖礦機，就是用於賺取比特幣的電腦，這類電腦通常有專業的挖礦芯片， 多采用燒顯卡的方式工做，耗電量較大。用戶用我的計算機下載軟件而後運行特定算法， 與遠方服務器通信後可獲得相應比特幣，是獲取比特幣的方式之一。

 

「聽誰的？」

在這個系統中，若是我和另外一我的C幾乎同時地喊出一句：「爲了艾澤拉斯！」。因爲聽衆所處的位置不一樣，必定會有人先聽到我說的那句話，而另一些人則先聽到C的那句話，若是咱們規定只能有一我的說出這句話，那到底這句話是誰說的？        若是不加任何條件，那麼上述的狀況必定會這樣發展：一部分人認爲這句話是我說的，在聽到這句話以後開始記帳，以後他們所作的全部事情都是基於這個事實，而且隨着這個信息一次次的傳下去，這條信息鏈會愈來愈深；而另一羣認爲是C先說這句話的人，也會按照這樣的趨勢發展。這樣，本來是一條惟一的信息鏈，在咱們喊出「爲了艾澤拉斯」這句話以後，分叉了？

       這會致使怎樣的狀況呢？按照咱們的設想，應該每一個人的小本本上記錄的東西都是同樣的，都是一條能夠把全部信息串聯起來的鏈條。可是在這一刻，他們小本本上記錄的東西不同了？之後還怎麼肯定交易和信息的真實性？

       爲了解決這個問題，又追加了新的規則，增長記錄編碼的難度，即比特幣挖礦難度，保證記錄的惟一性(保證節點之間的同步)。」不知道用惟一性是否準確？

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2.區塊鏈的應用

區塊鏈幾乎能夠應用到任何領域，在金融、物流、公共服務等領域都有大量案例。中國央行早在2016年就表態支持區塊鏈。2016年11月，中國政府正式把區塊鏈列入十三五規劃綱要中。       好比貴州超過3000億的脫貧脫貧攻堅基金，要經過300多個單位的運做，惠及493萬貧困人口，如何確保扶貧資金募款，投資，使用管理等環節正確運做呢？區塊鏈具備多方共識，交易溯源，不可篡改等技術特色，使它在確保信息可信、安全、可追溯等方面具備傳統技術不可比擬的優點。以城市爲單位，第一個發佈區塊鏈白皮書的就是貴陽市。

若是仔細觀察，咱們會發現馬雲最近兩年在公共場所說起最多的概念即是信用體系。互聯網在將來不會是創業主體，而是像空氣同樣成爲咱們生活的一部分。 螞蟻金融即是馬雲最爲看重的業務體系，在馬雲的構想下，將來人們的生活將無現金，並能夠用信用兌換商品。這一實現，十分須要一種革命性的信用機制。這一機制在2016年的支付寶App裏已經悄然 上線---螞蟻區塊鏈

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3.從技術角度簡單理解區塊鏈

(1)區塊鏈的本質

區塊鏈是一種特殊的分佈式數據庫。       首先，區塊鏈的主要做用是儲存信息。任何須要保存的信息，均可以寫入區塊鏈，也能夠從裏面讀取，因此它是數據庫。       其次，任何人均可以架設服務器，加入區塊鏈網絡，成爲一個節點。區塊鏈的世界裏面，沒有中心節點(去中心化)，每一個節點都是平等的，都保存着整個數據庫。你能夠向任何一個節點，寫入/讀取數據，由於全部節點最後都會同步，保證區塊鏈一致。

(2)區塊鏈的最大特色

區塊鏈沒有管理員，它是完全無中心的。其餘的數據庫都有管理員，可是區塊鏈沒有。若是有人想對區塊鏈添加審覈，也實現不了，由於它的設計目標就是防止出現居於中心地位的管理當局。

沒有了管理員，人人均可以往裏面寫入數據，怎麼才能保證數據是可信的呢，這就是區塊鏈奇妙的地方。

(3)區塊

區塊鏈由一個個相連的區塊（block）組成。區塊很像數據庫的記錄，每次寫入數據，就是建立一個區塊。 每一個區塊包含兩個部分： 區塊頭（Head）：記錄當前區塊的元信息 區塊體（Body）：實際數據

區塊頭包含了當前區塊的多項元信息 生成時間 實際數據（即區塊體）的 Hash 上一個區塊的 Hash ......       Hash 就是計算機能夠對任意內容，計算出一個長度相同的特徵值。區塊鏈的 Hash 長度是256位，無論原始內容是什麼，最後都會計算出一個256位的二進制數字。並且能夠保證，只要原始內容不一樣，對應的 Hash 必定是不一樣的。 舉例來講，字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（十六進制），轉成二進制就是256位，並且只有123能獲得這個 Hash。

(4)Hash 的不可修改性

區塊與 Hash 是一一對應的，每一個區塊的 Hash 都是針對」區塊頭」（Head）計算的。

Hash = SHA256(區塊頭)

區塊頭包含不少內容(包括上一個區塊的Hash、當前區塊體的Hash等，見上圖)。這意味着，若是當前區塊的內容變了，或者上一個區塊的 Hash 變了，必定會引發當前區塊的 Hash 改變。

若是有人修改了一個區塊，該區塊的 Hash 就變了。爲了讓後面的區塊還能連到它，必須同時修改後面全部的區塊，不然被改掉的區塊就脫離區塊鏈了。Hash 的計算很耗時，同時修改多個區塊幾乎不可能發生，除非有人掌握了全網51%以上的計算能力。

正是經過這種聯動機制，區塊鏈保證了自身的可靠性，數據一旦寫入，就沒法被篡改。這就像歷史同樣，發生了就是發生了，今後再沒法改變。

(5)採礦

因爲必須保證節點之間的同步，因此新區塊的添加速度不能太快。試想一下，你剛剛同步了一個區塊，準備基於它生成下一個區塊，但這時別的節點又有新區塊生成，你不得不放棄作了一半的計算，再次去同步。由於每一個區塊的後面，只能跟着一個區塊，你永遠只能在最新區塊的後面，生成下一個區塊。因此，你別無選擇，一聽到信號，就必須馬上同步。

因此，區塊鏈的發明者故意讓添加新區塊，變得很困難。他的設計是，平均每10分鐘，全網才能生成一個新區塊，一小時也就六個。

這種產出速度不是經過命令達成的，而是故意設置了海量的計算。也就是說，只有經過極其大量的計算，才能獲得當前區塊的有效 Hash，從而把新區塊添加到區塊鏈。因爲計算量太大，因此快不起來。

這個過程就叫作採礦（mining），由於計算有效 Hash 的難度，比如在全世界的沙子裏面，找到一粒符合條件的沙子。計算 Hash 的機器就叫作礦機，操做礦機的人就叫作礦工。

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(6)難度係數

你可能會有一個疑問，人們都說採礦很難，但是採礦不就是用計算機算出一個 Hash 嗎，這正是計算機的強項啊，怎麼會變得很難，遲遲算不出來呢？(比特幣挖礦機，就是用於賺取比特幣的電腦，通常有專業的挖礦芯片，多采用燒顯卡的方式工做)

原來不是任意一個 Hash 均可以，只有知足條件的 Hash 纔會被區塊連接受。這個條件特別苛刻，使得絕大部分 Hash 都不知足要求，必須重算。

區塊頭包含一個難度係數（difficulty）這個值決定了計算 Hash 的難度。舉例來講，第100000個區塊的難度係數是 14484.16236122。

區塊鏈協議規定，使用一個常量除以難度係數，能夠獲得目標值（target）。顯然，難度係數越大，目標值就越小。

Hash 的有效性跟目標值密切相關，只有小於目標值的 Hash 纔是有效的，不然 Hash 無效，必須重算。因爲目標值很是小，Hash 小於該值的機會極其渺茫，可能計算10億次，纔算中一次。這就是採礦如此之慢的根本緣由。 區塊頭裏面還有一個 Nonce 值，記錄了 Hash 重算的次數。第     100000 個區塊的 Nonce 值是  274148111，即計算了 2.74 億次，才獲得了一個有效的 Hash，該區塊才能加入區塊鏈。

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(7)難度係數的動態調節

就算採礦很難，但也無法保證，正好十分鐘產出一個區塊，有時一分鐘就算出來了，有時幾個小時可能也沒結果。整體來看，隨着硬件設備的提高，以及礦機的數量增加，計算速度必定會愈來愈快。

爲了將產出速率恆定在十分鐘，區塊鏈發明者還設計了難度係數的動態調節機制。他規定，難度係數每兩週（2016個區塊）調整一次。若是這兩週裏面，區塊的平均生成速度是9分鐘，就意味着比法定速度快了10%，所以難度係數就要調高10%；若是平均生成速度是11分鐘，就意味着比法定速度慢了10%，所以難度係數就要調低10%。

難度係數越調越高（目標值愈來愈小），致使了採礦愈來愈難。

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(8)區塊鏈的分叉

即便區塊鏈是可靠的，如今還有一個問題沒有解決：若是兩我的同時向區塊鏈寫入數據，也就是說，同時有兩個區塊加入，由於它們都連着前一個區塊，就造成了分叉。這時應該採納哪個區塊呢？ 如今的規則是，新節點老是採用最長的那條區塊鏈。若是區塊鏈有分叉，將看哪一個分支在分叉點後面，先達到6個新區塊（稱爲」六次確認」）。按照10分鐘一個區塊計算，一小時就能夠確認。 如今的規則是，新節點老是採用最長的那條區塊鏈。若是區塊鏈有分叉，將看哪一個分支在分叉點後面，先達到6個新區塊（稱爲」六次確認」）。按照10分鐘一個區塊計算，一小時就能夠確認。

爲了保證數據的可靠性，區塊鏈也有本身的代價。一是效率，數據寫入區塊鏈，最少要等待十分鐘，全部節點都同步數據，則須要更多的時間；二是能耗，區塊的生成須要礦工進行無數無心義的計算，這是很是耗費能源的。