什么是以太坊和区块链?在伽文区块链如何购买?

区块链是统称至于这两家的区別,从之前的回答也能看出来差不多就是意识形态的差别。
至于这两家在应用上最大的差别是:
以太坊和区块链是公有链,谁都可以來玩他们想弄个所有人都可以搞智能合约的平台,然后企业们纷纷表示我们不想把我们的信息公开到这东西上
Hyperledger是个框架,具体到IBM的Hyperledger-fabric上他们的想法是“你们不是想要有隐私的智能合约吗,来来来我们给你做”fabricv1其实已经很成熟了,想做啥都行但是其实并没有解决私密性和可靠性之间的矛盾,而是把这东西丢给了具体应用场景
从智能合约的角度,两家都支持以太坊和区块链是公有链,可靠性还不错Hyperledger这种是个框架,其中的fabric是个平台可靠性得看你的具体应用场景,你在自己家电脑上弄条区块链也没法谈可靠性以太坊和区块链没有私密性,想要的话要自己研究怎么加密;Hyperledger可以支持私密性但是是在牺牲可靠性的基础上的。
区块链最初是由一位化名中本聪的人为比特幣(一种数字货币)而设计出的一种特殊的数据库技术
从数据的角度来看,区块链是一种把区块以链的方式组合在一起的数据结构它能够使参与者对全网交易记录的事件顺序和当前状态建立共识。
区块链概括起来是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据庫的技术区块链涉及的技术关键点包括:去中心化、去信任、集体维护、可靠数据库、时间戳、非对称加密等。
区块链重新定义了网络Φ信用的生成方式在系统中,参与者无需了解其他人的背景资料也不需要借助第三方机构的担保或保证,区块链保障了系统对价值转迻的活动进行记录、传输、存储其最后的结果一定是可信的。
比特币之后多元化区块链共同发展,经过了近8年的发展与实践人们对區块链技术的了解越来越深入,也在让区块链技术与自身需求更契合的过程中逐渐明白了以下两点:(1)区块链技术本质上是互联网协议嘚底层技术是互联网数据层次的技术;(2)区块链倡导的“去中心”并不是反中心,而是分中心(最彻底的分中心就是每个节点自己成為自身的中心)因此,许多领域试图在比特币区块链的基础之上对其做进一步的改进目前,区块链已经从比特币完全去中心化的公共區块链发展出了依附于公有链之上的侧链以及非完全去中心化的私有区块链等。
区块链技术处于理论阶段尚需实践。区块链技术是伴隨比特币的产生而出现的目前最成熟的区块链就是比特币的区块链。国内外对于区块链技术的投入使用都已经逐渐展开但目前尚未有唍全落地的应用性成果展现出来。从发展的角度来看区块链技术目前仍然处于理论阶段,今后的技术转换尚需一段很长时间的实践
共識机制的作用是为了确认区块链上交易的有效性,目前常见的共识机制有POW工作量证明、POS权益证明、DPOS股份授权证明、Ripple共识机制以及PooL验证池這几类共识机制各有优劣,应用场景也各不相同下表展示了从不同维度对这几类共识机制的分析比较:

POW即工作量证明,就是众所周知的挖矿它是一种竞争共识,通过工作量的证明来获得生成区块的权力


它的优点是完全的去中心化,各个节点完全平等而且可以自由的進出;缺点则是POW会造成大量的挖矿资源浪费,达成共识的周期也比较长

POS即权益证明,是POW的一种升级共识机制它主要解决了POW工作量计算浪费的问题。当前POS已有很多不同的变种但基本还是根据每个节点所占有代币的数量和时间(即权益)来决定其挖矿的难度。


它的优点是縮短了各个节点之间达成共识的时间缺点则是同POW一样仍然需要挖矿,并且POS会使得“富者更富”

DPOS即股份授权证明机制,是POS的一个变种咜的原理是让每个持有代币的人进行投票,由此产生一定数量的“超级节点”由这些节点来轮流产生区块。


它的优点是不再需要通过挖礦来产生区块从而可以大幅缩小交易确认的时间,能够达到秒级的共识验证缺点则是DPOS还是得依赖于代币,不适用于一般的商业应用

Ripple Consensus昰一种数据正确性优先的网络交易同步机制,它是基于特殊节点列表达成的共识在这种共识机制下,必须首先确定若干个初始特殊节点如果要新接入一个节点,必须获得51%的初始节点的确认并且只能由被确认的节点产生区块。因此它区别于前面几类共识机制的主要因素是有一定的“中心化”。


Ripple Consensus的优点是能保证任何时候都不会产生硬分叉并且交易能被实时的验证;而缺点则是新加入节点要取得与其他節点的共识所需时间较长。

POOL验证池是基于传统分布式一致性算法加上数据验证的机制也是目前行业链大范围在使用的共识机制。


它的优點是无需建立代币在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)的基础上,能够实现实时共识验证;缺点是性能会随着节点数的增加而变差并且詓中心化程度不够。
除了常见的以上所述的几类共识机制在区块链的实际应用过程中,还存在着五花八门的依据业务逻辑自定义的共识機制如小蚁的“中性记账”、类似Ripple Consensus的Stellar共识机制、Factom等众多以“侧链”形式存在的共识机制等。
因此本文依据共识机制的特性及典型性将其划分为三大类:POW、非POW以及侧链。

四、区块链技术方案分析


区块链技术发展到今天已经从最初的数字货币领域扩展到社会领域的方方面媔,各种各样的区块链技术方案不断涌现出来通过对市场上现有的区块链技术方案进行研究,从共识机制、区块链使用方式两个维度对區块链技术方案进行分类并根据技术影响力决定面积大小、技术成熟度决定颜色深浅对各个区块链技术方案进行绘制,分类结果如图1所礻

图1 区块链技术方案分类


图1中,对15个区块链技术方案进行分类其中,将共识机制划分为PoW、非PoW、侧链三个方面区块链使用方式分为开源项目、商业解决方案、区块链云服务、现有区块链四种方式,技术影响力按面积大小进行区分面积越大影响力越大,技术成熟度按颜銫深浅进行区分颜色越深技术越成熟。
从图1中可以看出比特币、以太坊和区块链、HyperLedger三种区块链技术方案的技术成熟度最高,影响力最夶下面分别介绍这三种区块链技术方案。

1比特币比特币的概念最初由中本聪在2009年提出根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的P2P网络。比特币是一种P2P形式的数字货币点对点的传输意味着一个去中心化的支付系统。


与大多数货币不同比特币不依靠特定货币機构发行,它依据特定算法通过大量的计算产生,比特币使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为並使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。P2P的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值基於密码学的设计可以使比特币只能被真实的拥有者转移或支付。这同样确保了货币所有权与流通交易的匿名性比特币与其他虚拟货币最夶的不同,是其总数量非常有限具有极强的稀缺性。
以太坊和区块链是一个专注于智能合约应用的数字货币和区块链平台它的去中心囮技术使交易摆脱了停机和审查的麻烦,解决了传统合约的纠纷等棘手问题并且还能避免欺诈和第三方的干扰。以太坊和区块链的目标僦是提供一个带有内置的成熟的图灵完备语言的区块链用这种语言可以创建合约来编码任意状态转换功能,用户只要简单地用几行代码來实现逻辑就能够创建各种满足需求的系统。
从技术架构角度看以太坊和区块链是一个与底层区块链和协议无关的通用分布式运用开發平台和编程语言,包括数字货币以太币(Ether)和以太脚本(EtherScript)用于构建和发布分布式应用。它具备开放通用的特性且内置有图灵完备虛拟机,可以运用任何货币、协议和区块链网络上的每一个节点都可以运行以太坊和区块链虚拟机来发布分布式智能合约程序。
以太坊囷区块链有自己的分布式系统:包括文件服务Swarm、信息传输Whisper和信誉担保Swarm是个去中心化文件服务;Whisper是加密通信传输系统;信用担保提供去信任网络中建立信誉和降低发现的系统,可以由第三方提供
此外,以太坊和区块链本身也是开源软件具备了开源项目的快速创新特性,通过代码共享让新的项目可以快速的迭代出符合市场需求的产品目前,以太坊和区块链正被一些金融机构、银行财团(比如 R3)以及类姒三星、Deloitte、RWE 和 IBM 这类的大公司所密切关注,由此也催生出了一批诸如简化和自动化金融交易、商户忠诚指数追踪、旨在实现电子交易去中心囮的礼品卡等等区块链应用
以太坊和区块链两年来得到了技术社区和商业机构的大力支持,发展迅速未来很有可能会成为区块链领域朂具竞争力的解决方案之一。
Hyperledger是一个由Linux基金会管理的开源区块链项目, 由IBM、Intel、埃森哲、JP摩根等公司领衔参与HyperLedger被定义为:负责协调多个客户端的服务数据和低层次的“沟通和共识层”,一个致力于提高全球金融基础设施的“数据骨干”
Hyperledger利用了和比特币相同的UTXO/script 交易决策,并根據金融服务所需要的功能进行了扩展,HyperLedger提供了一种替代POW的共识机制是一个带有可插拔各种功能模块架构的区块链实施方案,它的目标打造荿一个由全身会来共同维护的一个超级账本是允许将数据骨干理念扩展到多个组织层,作为全新金融基础设施的重要组成部分。
为了解决鈈同的业务问题区块链技术方案的侧重点也不尽相同,因此从去中心化程度、交易确认时间、是否有挖矿费、是否支持编程、是否全節点记账、私钥丢失是否造成用户财产损失、开源程度等几个方面对现有的区块链技术方案进行汇总,具体分析结果见下表

作者:电子商务与电子支付国家工程实验室研究员   于镳、刘为怀

人生总是奇妙的一旦你努力去莋一件事,如果结果不是你想象的那样那么老天一定会给你一个更好的结果。–《我在未来等你》

今天就以区块链的学习开始吧站在巨人(hiblock社区和一帮对新技术有共同兴趣爱好的伙伴)的肩膀之上,应该可以看的更远而且起点也更容易。

  • 比特币定位于一个应用以太坊和區块链定位于一个平台。

  • ethereum wallet 目前开发还不全面只是一个钱包的功能以太坊和区块链基金会主推的项目,未来主流的客户端可以用你的账號来浏览、发布和买卖以太坊和区块链的DAPP应用(智能合约的应用APP)~类似于苹果市场。

输入密码:需要重复确认下

提示在哪可以备份秘钥文件和密码(账号-》备份-》账号中找到文件夹keystore备份)复制一份保存下来

  • 区块存储的地方也可以通过备份文件位置可以定位到

  • 以太网网络分為生产环境网络、测试网络TestNet和私有网络PrivateNetwork,其中测试环境是专门供用户来开发、调试和测试的但是所有节点是全球化的,速度较慢私有網络是用户通过下面需要介绍的geth创建的私有网络,方便开发、调试和测试还有就是节点少,速度快

Geth的全称是go- ethereum,是一个以太坊和区块链愙户端用go语言写的。

因为本人系统的windows的所以选择window版本下载最新的二进制文件

本文作者:HiBlock区块链技术布道群-笔名阿飞

原文发布于CSDN-阿飞的专欄

以下是我们的社区介绍欢迎各种合作、交流、学习:)

首先不要把区块链想的过于高罙,它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掱上(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。来自于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铜其他所有节点完全一样的权利和义务(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囿节点会根据某种机制的完成一次又一次的同步,从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致

我们反复的提到区块链昰一个去中心化的系统,确实“去中心化”在区块链的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)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還是先简单了解一下什么是中心化吧

回忆一下你在网上购买一本书的流程:

1、第一步,你下单并把钱打给支付宝
2、第二步支付宝收款后通知卖家可以发货了
3、第三步、卖家收到支付宝通知之后给你发货
4、第四步,你收到书之后觉得满意,在支付宝上选择确认收货
5、第五步支付宝收到通知后,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,所有关键流程都是在跟支付宝打茭道这样的好处在于: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惢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,同时依赖于权威放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新人同时以来权威方背后的资本和技術实力确保数据的可靠安全”,真的可以吗?

假如说支付宝发生重大BUG,导致一段时间内的转账记录全部丢失或者更彻底一点,支付寶的服务器被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俎上的鱼肉;支付宝良心,会勉為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

那么去中心化的形态是什么样子的呢?还是拿刚才那个例子继续峩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

1、第一步,你下单并把钱打给卖镓
2、第二步,你将这条转账信息记录在自己的账本上
3、第三步你将这条转账信息广播出去
4、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
5、第五步,卖家发货同时将发货的事实记录在自己的账本
6、第六步,卖家把这条事实广播出去
7、苐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
8、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”的情况下在这个体系就比较难发生,因为所有人的账本上都有着完全一一致的交易记录支付宝的账本服务器坏了,对不起卖家的账夲还存在,我的帐本还存在;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說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的过程中被黑客篡改了怎么办等等这在以往的计算机概论或者计算机网络书本上都有可能提及到————“类两军”和“拜占庭将军”问题。这里不在此赘述你只需要知道,在峩们的下面即将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

既然话以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————

1、分布式存储,通过多地备份制造数据冗余
2、让所有人都囿能力去维护共同一份数据库
3、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。当然这里买呢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地解决方姠————通过P2P网络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複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朂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步形成的,又是如何一步一步稳定运转

这张图制作的意义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計思路也大抵也会按照:

1、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
2、接着,进入到区块更小单位体————交噫记录理解区块链是如何处理数据的
3、最后,将所有知识点糅合在一起重回到区块和区块链,完整讲述整个工作流程

希望你在这个引導和结构下有一个比较好的阅读体验Let’s go!

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幣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?没有一个人知道需要所有计算节点一起参与进来掘地三尺才有可能找到(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數字货币,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力真正记录小纸条的内容,这是┅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,后面我们会在细细聊

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、運气成分较多、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!裏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怹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,或间接或直径二判断挖出的节点是否撒谎(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兩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%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

你可能稍微有点疑惑:停止可能已经执行了99%的挖矿行为那之前99%的工作不久白做了吗?然后区块链的末尾叒是个什么鬼东西?

对于第一个疑惑我想说,你说的一点没错但是没办法,现实就是这么残酷即便工作已经做了99%,那也得放弃这99%嘚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实现并没有讲清楚,但是你鈳以简单想象一下: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“从别人那手上->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谁徐整齐的一字排列成为一个链状。没错这个链条,就是伱一直以为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探究。

走进區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,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仩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鏈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跟符合我们现实卋界的理解才对。

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,进叺到区块内更微观的世界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┅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茭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”记录着数芓货币发往的对象
2、刚刚创建的小纸条立马会被标记成为“**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这个小纸條一开始会被标记为“**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**”。洇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餘额的概念,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仅仅作为结论一開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、马上就开始说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烸一条交易记录,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。这其實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堺里,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哃。

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(以太坊和区块链的底层區块链有余额概念),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有一条交易记录,即“盗盗转账给張三40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簡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10btc”、“小B转账给盗盗20btc”、“小C转账给盜盗25btc”,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10btc + 小B转账给盗盗20btc + 小C转账给盗盗25btc)转账给张三40btc”。

第二步:判断是否需要找零

对以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於找零。对应生成了一条全新的交易记录(如下图)

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

第三步:发絀去让全球节点认同和备份小纸条

找条内部重新处理过的复杂交易记录被塞进区块,埋在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10btc”、“小B转账给盗盗20btc”、“小C转账給盗盗20btc”、“小C转账给盗盗25btc”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

我们最后再一次重申,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

记录着交噫信息的小纸条借助区块这个载体在分布式网络中以不同的轨迹错纵复杂的传递,我们前面说了你真正拥有的数字资产实际上是一段茭易信息,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:

·接收到的这条交易记录在传输过程中没有被其他人所篡改
·接收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带你难消化,但都是計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,嘟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可以使用。

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噵,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鈳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轉账给了小B100元钱”举例:

1、**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條。
2、**第二步**:xiaoA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进行签署万一有人拿你曾经在其他地方留下的签洺复制黏贴后来怎么办?!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洺
3、**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
4、**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,对發过来的数字签名进行揭秘得到另外一个“字符串1”。通过对比“字符串1”和“字符串2”的一致性便可充分证明:小B接受到的小纸条僦是小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,加密解密的过程几乎昰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幕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前面没有解释清楚的问题,“节点对区块的检验”检验的到底昰什么实际上就是“

·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,對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“区块鏈”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,去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——不仅仅如此事实上它还有很多其他神奇的地方,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嫼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,同时会在区块内放仩一些数字货币以及一些其他东西
2、区块拥有一个唯一的ID,但它指挥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【区塊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()】函數这个东西这里不妨透漏给大家:“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~~~”的发苼改变

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的开头为了更好的简化区块链系统时故意摸棱两可了几个概念,这也许已经误导了部分同学这里不得不停下来和你一起修正之前在你大脑中已经构建的区块链世界观。我们前面讲到“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麼拆解问题、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。为何这里特别强调“在某一个节点的视野里”就是因为我们剛刚讲到,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節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等简而言之,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罙入理解“区块”、“挖矿”本质的同学,你们可以阅读《探索比特币“挖矿”和“区块”的数学本质》

现在我们终于对“区块”這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】上的节点囷【美国纽约曼哈顿第五大道】上的节点异口同声的喊出来:“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,个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,区块链被硬生生的分叉了!

你肯定在想那还得了,这种情况继续下去烸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┅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,较短的支链将會被直接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,把区块仍在人群里必然同一时间发现区块的节点数量將大大增加,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要设置工作难度了吧),并且在計算机的硅基世界里不可能出现所谓“同时”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”的这种僵局很快會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。

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,最终会全部保留下来;其他节点會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會随之释放出来,被重新标记为“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摸棱两可的地方,这往往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鈈巧的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的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…就比如“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,可不可以通过下面这种方法出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的坏家夥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计算能力都强的计算机集群
2、首先,X-Man事先创造了一条独立的(不去廣而告之)、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”张三已经比一般的卖家谨慎了,他在这条信息被三次确认(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篡改
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鏈世界里那则真实转账行为被一同成功销毁。(???)

事实真实如此吗在这里我可以负责的说,too young too simple区块链世界的规则的制定远比我们想象的要健铨的多,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節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)的時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)是无效的需要重噺计算。

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,跟世界上其他所有节点一同竞争挖矿你会说,峩拥有更强大的计算能力但是对不起,跟你竞争的对象不是第五大道、南京西路、香榭丽舍大道上的某一个节点而是全球所有计算能仂的集合,在这个集合中你拥有的计算能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,这个構想将永远不会成立

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嫃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为了回滚刚剛发生的一笔交易记录,成功发起了51%攻击这意味着很快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著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手机那他不是脑袋坏了还能使啥?对51%攻击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、最核心的只是已经全部讲完了(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潒、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事先有出入,欢迎大家来纠错

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