区块链技术入门——核心概念与原理

区块链的前世今生

密码朋克（Cypherpunk）：是一个邮件组，里面有许多大牛。

比特币的底层技术：

点对点网络 时间戳 加密技术 工作量证明

可以应用到其他领域。
将这些技术提炼出来，就提出了区块链概念

区块链不是单一的技术，而是一系列技术的集合。

为何叫区块链？：因为比特币系统里的数据是用一个个区块存储的，然后通过hash的方式将一个一个区块连接，形成一个区块的链条，所以叫做区块链。

应用场景：

资产：数字资产发行、支付（跨境支付）、交易、结算
记账：股权交易、供应链金融、商业积分
不可篡改：溯源、众筹、医疗证明、存在性证明
点对点：共享经济、物联网
隐私：匿名交易

比特币是什么？

比特币是数字货币，即虚拟货币（价值共识——信任），其总量是不变的，是两千一百万个，流通性好，全球无缝点到点流通直接到账

其信任从何而来？
1.财产只受自己控制
2.无通货膨胀
3.没有假钞
4.流通性好

去中心化记账系统

在中心化的系统里，通常有个中央的服务器，来存储所有的数据，可以理解为就是一个数据库。

而去中心化的系统，数据不再是存储在一个服务器，而是存储于比特币网络的每一个节点里。

问题来了，如果一段时间存在节点的记账数据不一致，那么将以谁的为准呢？

这就涉及到比特币的原理

比特币的原理？

一、账本如何验证？

方案一，少数服从多数（每次验证都与千百万量的账本数据核对，这个效率是非常低下，实际上是不可行的。）

方案二，Hash函数(原始信息）=摘要信息

特点：1.同样的原始信息用同一个哈希函数总能得到同样的摘要信息
2.原始信息发生微小的变化都会导致摘要信息改变
3.摘要信息不可能推导出原始信息

对一个账本原始数据进行hash得到一个hash值，与序号、时间戳构成区块的头部，加上交易记录，就是一个区块，每10分钟更新，链接一个新区块，形成时间上的区块链。

注意：在对第二个账本进行Hash时，会传入第一个账本的Hash值，和第二个账本的原始数据一起进行Hash（就是通过这种方式将块与块相连接！）。
只要区块链中最后一个区块的hash值与其他用户储存账本均一致则是正确的，则账本是正确的。

二、账户所有权问题？

现实生活中，银行账户和密码与银行存储系统匹配，就可以进行交易。如果你的银行卡和密码都给盗了，盗贼使用你的卡进行消费。我们还可以通过银行和警察叔叔的协助，确定是盗贼使用了你的卡。

但是，在比特币系统中，交易是点到点的，没有第三方

在比特币系统中，比特币账户是一个地址，谁能用这个地址进行交易，谁就拥有这个账户的所有权。密码—>私钥

注意：地址和私钥是非对称的关系，私钥经过一系列Hash运算后得到地址（付款方地址（公钥））。

由上可知，私钥和账户有着绝对确定的直接对应关系，而不能像银行卡那样再修改密码了。谁拥有了私钥，就相当于谁就拥有了这个账户，谁就可以用这个地址进行交易。所以私钥超重要，如果私钥泄露了，比特币就可能丢失。

所以所有权的问题就变成了在不泄露私钥的情况下，证明自己拥有某个地址的私钥。
（也就是验证私钥的正确性就行了）。

（这里我是这样理解的：要想证明自己拥有私钥，就要得到别人的验证，一种方法就是：你直接把密码告诉别人，就好像你把银行密码直接告诉别人，然后说：“你看吧，这个是正确的密码，不信你输入看看，可以取款的，没骗你吧。”
当然，这是傻子才会做的事。有没有不告诉别人密码，然后又可以验证的方法呢？）

这里就用到了非对称加密技术（交易签名）：

1.交易进行Hash得到交易摘要
2.用私钥对摘要进行签名

签名过程：

首先对原始交易过程进行Hash生成交易摘要，然后再用交易摘要和私钥进行一个签名运算。

然后，在签名运算之后，该节点会在整个网络进行广播——内容为原始的交易信息（包含付款方地址【公钥】）和签名信息

而最后接收到的节点又会以同样的方法进行广播，以致传递到所有节点。

验证过程：

用签名和**付款方的地址【公钥】**进行一个验证的运算，如果结果是原始交易信息的摘要（hash值），那么说明这笔交易就是私钥所有者发出的，验证通过。这时候就会把交易的信息写入到账本。然后再次进行广播‘

签名和验证是个相反的运算，签名是个加密的过程，验证是个解密的过程。而这个付款方地址就是公钥！

总之，签名过程即 sign{（hash（原始交易信息【包括付款方地址（公钥）】）+私钥} = 签名信息
验证过程即 verify{签名信息+付款方地址（公钥）} == 交易摘要 True（是私钥所有者发出，写入本用户账本并广播）

BTC系统中没有银行机制，也就是没有除私钥外对BTC所有者进行验证的方法，只有你拥有使用该地址（账户）上的BTC的私钥，才可以证明这些BTC是你的。如果没有回收机制，会有一些BTC变成幽灵币，不再参与市场，只是维持BTC总数不变。…

三、为什么记账（挖矿）？

记账：Hash打包过程。在比特币的设计中，完成记账是可以获得一定比特币奖励的，所以大家将记账形象的叫做——挖矿，这个奖励其实就是比特币发行的过程。

记账规则：

一段时间内只有一人可以记账成功（通常是10分钟）
通过解决密码学难题（工作量证明）竞争获得唯一记账权
其他节点则只复制结果

如果只是上述的 hash打包过程，那么每个人都可以轻松完成，而要保证一段时间内只能有一个人记账成功，就必须要故意大大提高计算的难度。

比特币规定这个计算结果要满足以若干个0开头的要求。

这时在计算hash时，就要引入一个随机数变量，不断的去改变随机数，每个都可以得到一个新的hash值，直到找一个符合以若干个0开头的hash值。我们现在的电脑要找出4个0开头的hash，一般需要1、2分钟的时间。

比特币因为现在很多人参与挖矿，算力很强大，所以将挖矿的难度设为以18个0开头。第一找到这个hash的，就可以获得唯一记帐权，这个交易记录集得到的途径：

收集广播中还没有被记录账本的交易，然后交易的有效性验证，（挖矿成功的情况下）添加一笔给自己转账的交易（挖矿奖励）

区块Hash值是16进制字符串，得到18个0的，理论上需要16的18次方次哈希运算。

18个0的计算量是非常巨大的，要非常强大的设备与消耗巨大的电力

所以现在已经没有独立的矿工进行挖矿了，因为几十年也可能挖不出一个。
因此矿工结合起来变成一个矿池，如果挖掘到比特币，按照算力来分成。
而且随着越来越多的人投入挖矿，那么计算难度必然又将加大。成本也将越来越高。最终这样作用下去，成本甚至是接近收益的。

四、共识机制

问题：如果两个节点同时(规定时间段内)完成工作量证明，使用谁的区块？

为什么要遵守协议：节点工作量只有在其他的节点认同的情况下，其是有效的。

节点独立选择出累计工作量最大（/最长）的区块链，再以此区块链通过不断挖矿来继续延长该区块链，共识机制就是来保证此要求

由于网络的原因，出现以下情况：

有些节点收到#3458A
有些先收到#3458B
还有些同时收到#3458A和#3458B。

先收到#3458A（或B）区块的节点，以#3458A（或B）为父链，继续挖矿，但是总会收到#3458B（或A），则将3458B（或A）作为备用链，待下一工作量证明优先由哪一方完成，则这一方的区块链为累计工作量最大（最长的链），舍弃短链。

注意：节点有可能先收到#3479B，随后才收到#3458B，则先将前者作为孤块放入孤块池中，待收到其父块后再接收。

入门核心概念与原理就到这告一段落

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