什么是區(qū)塊鏈？區(qū)塊鏈詳細(xì)介紹

區(qū)塊鏈概念介紹

什么是區(qū)塊鏈？目前沒有看到很好的定義和介紹，網(wǎng)上要么是講一些區(qū)塊鏈意義的空泛文章，比如“區(qū)塊鏈技術(shù)顛覆誰誰誰”、又或“互聯(lián)網(wǎng)已顛覆世界，區(qū)塊鏈要顛覆互聯(lián)網(wǎng)等等”，要么就是通篇介紹比特幣，礦工，挖礦等。那么區(qū)塊鏈到底是個(gè)什么東西？它跟比特幣又有什么關(guān)系呢？

其實(shí)區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個(gè)去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫。其本身是一串使用密碼學(xué)相關(guān)聯(lián)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含了多次交易有效確認(rèn)的信息。而比特幣就是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用。

想要快速了解區(qū)塊鏈，要從以下幾個(gè)方面著手：

中心化與去中心化

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個(gè)去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫，什么叫去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫？

先看一個(gè)中心化與分布式案例，搞IT編程的都知道，目前版本控制軟件最流行的一個(gè)是svn，一個(gè)是git那它倆有什么區(qū)別呢，如下圖：

svn是一個(gè)集中式的服務(wù)器，代碼的版本變更信息都存儲(chǔ)在svn server服務(wù)端，每個(gè)客戶端磁盤里只有眾多版本中的其中一個(gè)版本，假如服務(wù)端壞掉了，那我們就丟失了版本變更記錄。

而git不一樣，它是沒有中心服務(wù)器的，每個(gè)人機(jī)器上都是一個(gè)完整的庫，里面就有各個(gè)版本的變更信息，我們開發(fā)完代碼以后先commit到本地倉庫，在push推送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，假如遠(yuǎn)端服務(wù)器壞掉了，只需要把本地倉庫重新push一次即可，版本變更記錄還在。

區(qū)塊鏈也是這樣，沒有中心，分布在全球各地、能夠協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)，任何有能力架設(shè)服務(wù)器的人都可以參與其中。來自全球各地的掘金者在當(dāng)?shù)夭渴鹆俗约旱姆?wù)器，并連接到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，成為這個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。一旦加入，該節(jié)點(diǎn)享有同其他所有節(jié)點(diǎn)完全一樣的權(quán)利與義務(wù)（去中心化、分布式的特征）。與此同時(shí)，對(duì)于在區(qū)塊鏈上開展服務(wù)的人，可以往這個(gè)系統(tǒng)中的任意的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫操作，最后全世界所有節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)某種機(jī)制的完成一次又依次的同步，從而實(shí)現(xiàn)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完全一致。

區(qū)塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)區(qū)塊里都有什么？由哪些數(shù)據(jù)組成的呢？

區(qū)塊作為區(qū)塊鏈的基本結(jié)構(gòu)單元，由包含元數(shù)據(jù)的區(qū)塊頭和包含交易數(shù)據(jù)的區(qū)塊主體構(gòu)成。 區(qū)塊頭包含三組元數(shù)據(jù)：

1、用于連接前面的區(qū)塊、索引自父區(qū)塊哈希值的數(shù)據(jù)。
2、挖礦難度、Nonce（隨機(jī)數(shù)，用于工作量證明算法的計(jì)數(shù)器）、時(shí)間戳。
3、能夠總結(jié)并快速歸納校驗(yàn)區(qū)塊中所有交易數(shù)據(jù)的Merkle（默克爾）樹根數(shù)據(jù)。

大概每隔10分鐘，就會(huì)有一個(gè)新的頁（區(qū)塊），所有的參與者都可以在這頁（區(qū)塊）上記賬，誰先最快記完賬，就可以把這個(gè)頁（區(qū)塊）添加到賬本（主鏈）里，并得到一筆獎(jiǎng)勵(lì)（比如比特幣，這就是所謂的挖礦）。而其他沒完成的參與者手里的頁（區(qū)塊）就會(huì)作廢，只能繼續(xù)等待另一個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生，然后重新開始記賬。挖出每個(gè)區(qū)塊中也包含了前一個(gè)區(qū)塊的ID（識(shí)別碼），這使得每個(gè)區(qū)塊都能找到其前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣一直倒推就形成了一條完整的交易鏈條。從誕生之初到運(yùn)行至今，全網(wǎng)隨之形成了一條唯一的主區(qū)塊鏈。如下所示

區(qū)塊數(shù)據(jù)安全性

區(qū)塊鏈既然這么備受關(guān)注，那它的數(shù)據(jù)一定是非常安全的，那么它是如何利用密碼學(xué)保證區(qū)塊里數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改？這里用到密碼學(xué)里兩個(gè)東西：哈希算法和非對(duì)稱加密。

哈希算法有兩大特點(diǎn)：不可逆和無沖突。 所謂不可逆，就是當(dāng)你知道x的hash值，無法求出x； 所謂無沖突，就是當(dāng)你知道x，無法求出一個(gè)y， 使x與y的hash值相同。而且只要x稍微有一丁點(diǎn)變化，計(jì)算出的hash值與x的hash值完全不一樣。

常見的加密算法有兩種：對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密。

對(duì)稱加密：該算法在加密和解密時(shí)使用的是同一個(gè)秘鑰，常見算法有DES、AES等。特點(diǎn)：加密解密簡單，速度快，一般用在數(shù)據(jù)量大又不太注重安全的場景。

非對(duì)稱加密：非對(duì)稱加密需要兩個(gè)密鑰來進(jìn)行加密和解密，這兩個(gè)秘鑰是公開密鑰（public key，簡稱公鑰）和私有密鑰（private key，簡稱私鑰）。非對(duì)稱加密除了用戶信息加密之外，還有一個(gè)作用就是，身份驗(yàn)證。過程如下，消息發(fā)送者先對(duì)消息做哈希運(yùn)算，接著用私鑰加密處理。最后再把原消息和加密后的消息及公鑰發(fā)送出去，消息接受者先對(duì)消息做哈希運(yùn)算，然后用公鑰解密消息得到哈希值，如果兩個(gè)哈希值相同就代表消息沒有被篡改過。常見算法有RSA、DSA等。特點(diǎn)：加密解密速度慢，但是安全性較高，非對(duì)稱加密最經(jīng)典的應(yīng)用就是數(shù)字簽名。

上面的內(nèi)容屬于密碼學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，接下來我們就看下在區(qū)塊鏈里的應(yīng)用：

第一個(gè)創(chuàng)世區(qū)塊被創(chuàng)建以后，里面有什么無所謂。 從第二個(gè)區(qū)塊開始，區(qū)塊頭包含前一個(gè)區(qū)塊的哈希值，及這段時(shí)間內(nèi)全網(wǎng)索引交易記錄（10分鐘左右），且每筆交易都有簽名，可以保證沒有被篡改過，區(qū)塊一旦被挖出，區(qū)塊里的數(shù)據(jù)就不會(huì)在改變。否則區(qū)塊的哈希值就會(huì)改變，而如果哈希值改變，整個(gè)區(qū)塊鏈條就不再完整。

分布式環(huán)境下區(qū)塊如何增長

區(qū)塊數(shù)據(jù)是不斷增加的，怎么保證新增的數(shù)據(jù)被其他節(jié)點(diǎn)認(rèn)可？區(qū)塊鏈的邏輯很簡單，就是比誰更快。誰先計(jì)算出并添加到張波就給誰一定的獎(jiǎng)勵(lì)。那如果有人做假賬，搞故意破壞怎么辦，我們來看一下區(qū)塊鏈如何解決作弊行為：

1、交易數(shù)據(jù)驗(yàn)證：上面介紹了非加密算法，交易信息都是使用非對(duì)稱加密算法在節(jié)點(diǎn)之間傳輸，可以保證數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改。
2、區(qū)塊驗(yàn)證：區(qū)塊是前后相連的，修改之前區(qū)塊之后哈希值變化無法再連到主鏈上，如果偽造最后一個(gè)，后面所有區(qū)塊都要偽造，工作量太大。
3、分布式存儲(chǔ)：任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有全部交易數(shù)據(jù)，假如有人修改了某頁數(shù)據(jù)，必須得到51%以上節(jié)點(diǎn)的認(rèn)可。
4、鏈有效性：如果有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)計(jì)算出，這時(shí)候區(qū)塊主鏈會(huì)分叉，但是區(qū)塊鏈規(guī)定，誰先挖出6個(gè)區(qū)塊，就以誰為準(zhǔn)，其他分叉作廢。比如下圖，下面的分叉先計(jì)算出來6個(gè)區(qū)塊則以下面分叉為主。

總結(jié)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N特殊的分布式數(shù)據(jù)庫，任何服務(wù)器都可以成為區(qū)塊鏈中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)之間是平等的，無中心化，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)是經(jīng)過加密存儲(chǔ)，已經(jīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)無法修改，可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

區(qū)塊鏈優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：
1、去中心化，不需要第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)。
2、數(shù)據(jù)不可篡改，數(shù)據(jù)一旦存入?yún)^(qū)塊，將永久存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。（此特點(diǎn)也是缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)不可撤銷。）
3、自制性，算法公開透明，人為干預(yù)不起作用。
4、開放性，數(shù)據(jù)完全開放，任何節(jié)點(diǎn)都可以查詢區(qū)塊鏈內(nèi)所有數(shù)據(jù)。（此特點(diǎn)也算缺點(diǎn)，可以查詢某個(gè)賬戶所有交易數(shù)據(jù)。）
5、匿名性，交易時(shí)無需公開身份讓對(duì)方相信自己。（此特點(diǎn)也算缺點(diǎn)，由于無需公開身份交易，又無需擔(dān)心交易過程，受到不少不法分子的喜愛。）

缺點(diǎn)：
1、效率低，每次數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫至少十分鐘，第一次使用要下載歷史所有交易數(shù)據(jù)。
2、延遲性，由于交易數(shù)據(jù)需要被其他節(jié)點(diǎn)認(rèn)可，記賬周期長，交易不及時(shí)。

根據(jù)以上特點(diǎn)，區(qū)塊鏈應(yīng)用場景并不是很多：

1、對(duì)信息安全要求高但是對(duì)速度要求不高的金融、保險(xiǎn)、信用體系領(lǐng)域。
2、電子貨幣行業(yè)，比如比特幣、火牛幣等，這些幣種央行并不承認(rèn)，無法兌換人民幣，投資有風(fēng)險(xiǎn)，購入需謹(jǐn)慎。

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