什么是区块链技术？参见终极入门教程

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什么是区块链？

区块链具有一些特性，如链上制定了一套关于如何添加数据的规则，以及数据一旦进入储存系统，则几乎无法通过虚拟手段进行修改或删除。

举例来说，假设你有一个电子表格，共有两列。在第一行的第一个单元格中，你可以随意输入要保存的数据。

数据库中的每个条目均与上一条目关联。

区块之间如何连接？

区块链中应用哈希算法自有其道理，因为用户找到两条数据片段生成相同输出的几率微乎其微。如上方的标识符所示，一旦输入的数据发生轻微变动，导出的输出将截然不同。

SHA256 是广泛应用于比特币领域的函数，让我们通过这个函数来展开讲述。如你所见，即使只是更改字母的大小写也足以完全改变输出。

每个区块都包含上一区块的指纹。

区块链和去中心化

我们已详细介绍区块链的基础结构。假如你听到其他人正在谈论区块链技术，你会发现他们讨论的主题可能并非数据库本身，而是围绕区块链构建的生态系统。

拜占庭将军问题

每名将军都需要下令决定攻击或撤退。无论最终是攻击或是撤退，只要众位将军达成一致即可。如果他们决定进攻，那么必须全军出击才能取得胜利。那么，我们如何才能确保万无一失呢？

诚然，他们有信差作为交流媒介。但如果信差遭到拦截，敌军将“黎明进攻”的传信更换为“今晚进攻”，情况会如何发展？如果其中某位将军叛变，故意误导其他将军，导致他们战败呢？

所有将军共同发起进攻是取得成功的必要条件（左）。如若不然，他们将溃不成军（右）。

因此，我们需要建立一种可使众人达成共识的策略，即使参与者发生变节或消息遭到拦截也没有妨碍。军队在孤立无援的情况下进攻城市，局面将多么惨烈，而无法维护数据库也同样会导致糟糕的后果，尽管不存在生死攸关的问题，但道理相通。如果区块链处于无人监管的状态，而且可能无法为用户提供“正确”信息，那么用户必须能够彼此交流。

区块链为何需要推行去中心化？

当然，你也可以自己经营区块链。但最终，你会发现，数据量信息过载的情况惨不忍睹，压根无法匹敌精心运营的其他区块链。因为只有在所有用户皆平等的去中心化环境之中，区块链的真正潜力才能得到完全开发。通过这种方式，区块链才不会遭到删除或恶意接管。由于只存在单一数据来源，每位用户均可了解其中所有信息。

什么是点对点网络？

点对点 (P2P) 网络由我们的用户层（或先前所述示例中的那群将军）构成。此网络下不设管理员一职，因此，如果用户需要交换信息，无需致电中央服务器，直接向对方发送信息即可。

请看下图。左图中的 A 需要通过服务器才能将其消息路由至 F。但从右图可以得知，他们可以直接相连，无需中介。

中心化网络（左）与去中心化网络（右）。

正常情况下，服务器会保管用户所需的所有信息。比如你在访问币安学院时，实际上是在要求其服务器提供站内所有文章。如果网站处于离线状态，你将无法继续查看。然而，如果你已经下载所有内容，并将其加载至计算机上，则无需再向币安学院发送申请。

实际上，这正是每个对等点在区块链上进行操作的形象写照：整个数据库已经储存至他们的计算机之中。无论谁离开网络，都不会影响其他用户访问区块链以及彼此分享信息。如在区块链中添加了新区块，其中的数据将传播给网络上的所有用户，因此，每位用户都能及时更新自己的账本副本。

什么是区块链节点？

节点，简而言之就是我们用于连接网络的机器，这些机器负责储存区块链副本，并与其他机器共享信息。用户无需手动处理这些流程。通常情况下，他们只需要下载并运行区块链的相关软件，系统可自动接手剩余的其他操作。

公有链与私有链

你可能了解，区块链行业发展至今，得益于比特币为其奠定了深厚的基础。自从比特币确立其合法的金融资产地位，创新者开始不断思考将基础技术应用于其他领域的潜力。因此，衍生出对金融以外无数用例的区块链探索。

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交易如何运行？

区块链工作原理与此类似。毕竟，两者本质上都是数据库。但关键区别就在于，区块链省略了第三方的检查和更新余额环节。所有节点会自动完成这些操作。

如何开展比特币交易

让我们通过以下两种情况说明如何进行比特币交易。第一种情况是从币安提取比特币，第二种情况是从你的 TrustWallet 向 Electrum 钱包发送资金。

如何从币安提取比特币

如何将 Trust Wallet 中的比特币发送至 Electrum

你也可以返回 Trust Wallet，然后点击 [–] 图标扫描二维码，跳转至你的 Electrum 地址。

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谁发明了区块链技术？

区块链大量运用的哈希函数和密码学概念，而这些概念先于比特币发布几十年。有趣的是，区块链的结构可以追溯到 20 世纪 90 年代初期，但是当时这种技术仅用于为文档添加无法被篡改的时间戳。

区块链技术的利弊

区块链经过精心设计，解决了困扰各行利益相关者的无数难题，从金融到农业领域，区块链均能有效发挥效用。相较于传统的客户端服务器模型，分布式网络具有许多优势，但也并非十全十美。

优点

比特币白皮书中提到，区块链的直接好处之一是用户可以绕过中介直接转账。此后的区块链深化了此功能，允许用户发送各种类型的信息。取消交易对手制度意味着用户遭受风险的可能性更小，而且由于没有中介收取手续费，费用也相应较低。

前文提及，公共区块链网络属于无许可型环境，由于没有负责人，也就不存在进入壁垒。潜在用户只要能连接网络，即可与网络上的其他人进行交互。

许多人认为区块链最为人称道的就是其高度规避审查的特性。如果恶意行为者图谋攻击中心化服务，那么他们只需要瞄准服务器便能一劳永逸。但是在点对点网络之中，每个节点都能充当自己的服务器。

比特币这样的系统就有 10,000 多个可见节点，这些节点遍布于世界各地，即使攻击者资源丰富，也几乎无法破坏网络。值得注意的是，系统中还存在许多隐藏节点，它们隐匿于广泛的网络之中。

缺点

区块链并非所有问题的通用解决方案。上一节提到，尽管优势得到强化，但也存在其他弱势方面。区块链存在的最大障碍是由于扩展性不佳而无法大规模使用，

这也是分布式网络的通病。由于所有参与者都必须保持同步，因此必须控制添加新信息的速度，否则节点将无法跟上进度。因此，为确保系统去中心化，开发人员倾向于有意识地限制区块链的更新速度。

对于网络上的用户来说，如果尝试交易的人数过多，会导致等待期无限延长。区块容纳数据的能力有限，而且数据往往无法立即添加至区块之中。如果交易数量超出区块的容纳限度，那么超出的交易则需排队等待进入下一个区块。

去中心化区块链系统还存在另一个潜在劣势，即无法随意升级。如果你研发出一款软件，自然能够随意添加新的功能。无需寻求他人的合作，是不必征得他人的同意，即可确保成功实施修改。

然而，数百万潜在用户置身于同一个环境，更改的困难程度可想而知。也许你可以更改节点软件的部分参数，但最终会导致你脱离原有的网络。软件经过改进后如果无法与其他节点兼容，其他节点会迅速发现区别并拒绝与你的节点交互。

假设你想更改关于区块的规模（例如从 1MB 升级至 2MB）。你可以尝试将该区块发送至你所连接的节点，但这些节点遵循一条规则——不接受超过 1MB 的区块。如果他们接收更大的区块，他们就不会将其纳入区块链的副本之中。

第2章 – 区块链如何运作？

区块如何添加至区块链？

目前为止，我们已经介绍了很多概念。我们掌握了节点之间是相互连接的，它们可以储存区块链的副本。另外，节点会共享交易信息和新的区块信息。我们已讨论过节点的定义，但你可能仍有疑虑：新区块如何添加至区块链中？

没有谁来为用户布置任务。因为所有节点都具有等同权力，所以需设立一个机制，公平决定将添加新区块至区块链中的机会赋予给谁。 我们需要建立一个系统，在这个系统中，用户作弊需承担高昂代价，而诚实行事则会获得奖励。任何明智的用户都会希望事情朝着利好方向发展。

因为这个网络属于无许可型环境，创建区块需要获得所有用户的一致同意。协议往往要求所有用户共担风险，即他们必须使自己的钱置于危险之中，这样才能确保网络正常运作。此操作允许他们参加创建区块的流程，如果最终成功产生了有效区块，那么他们都将获得奖励。

挖矿（工作量证明）

此类难题需要用户对区块中所包含的交易和其他信息进行哈希计算。但哈希值必须低于特定数值才具有效力。由于无法预测给定的输出，矿工必须不断对稍微改动的数据并进行哈希计算，直到找到有效的解决方案。

我们先前提到，理论上哈希函数具有不可逆转性，但检查其正确性的流程却相当简单。如果一名矿工将新的区块发送至网络上其他用户，那么所有其他节点都将使用该新区块充当哈希函数的输入。这些节点只需执行一次验证，即可确认该区块在当前区块链的规则之下是否有效。如果是虚假情报，那么矿工不仅得不到任何奖励，还会浪费大量电力成本。

比特币是首个采用工作量证明机制的区块链。自工作量证明机制创建以来，许多区块链纷纷投入使用。

工作量证明的优点

• 久经考验 – 迄今为止，工作量证明是最成熟的共识算法，并已创造数千亿美元的价值。
• 无需许可 – 所有用户均可加入挖矿竞赛，或者只需简单地运行一个验证节点。
• 去中心化 – 矿工彼此竞争以生产区块，意味着哈希算力无法被任何一方所控制。

工作量证明的缺点

• 浪费 – 挖矿会消耗大量电力。
• 进入壁垒逐渐增高 – 加入网络的矿工人数与日俱增，因此协议加大了挖矿难题的难度系数。为了保持竞争力，用户必须购买性能更佳的设备。这足以让许多矿工望而却步。
• 51% 攻击 – 尽管挖矿促进了去中心化，但也存在某一个矿工获得大部分哈希算力的可能性。如果发生此类情况，原则上来说，他们有权撤销交易并破坏区块链的安全性。

权益质押（权益证明）

在运行工作量证明机制的系统中，你斥资购买了矿机并且支付了电费，这就是激励你诚实行事的动力。如果挖掘区块链的方式不对，就无法得到投资回报。

尽管不同的实施方式会导致结果千差万别，但一旦验证者抵押了自己的单位，协议就会随机选择一位符合条件的用户宣布下一个区块。如果操作正确，这些用户便能够获得奖励。也有可能存在众多验证者都希望下一个区块进行抵押的情况，那么区块链会按照每名验证者投入的抵押比例分配奖励。

权益证明的优点

• 环保 – 权益证明远低于工作量证明挖矿产生的碳足迹。权益质押消除了对资源密集型哈希操作的需求。
• 交易速度加快 – 由于无需在协议设置的任意难题上投入额外算力，部分权益证明的支持者认为它可以提高交易的吞吐量。
• 权益质押奖励和利息 – 这部分利益不会支付给矿工，因为保护网络安全的奖励会直接进入代币持有者的账户。在某些情况下，权益证明允许用户仅通过质押其资产的方式获得被动收入（以空投或利息的形式发放）。

权益证明的缺点

• 相对未经测试 – 权益证明协议尚未进行大规模测试。执行过程中或者加密经济学中可能存在某些未知漏洞。
• 富豪统治 – 部分用户担心权益证明鼓励“富者更富”的生态系统，因为只要验证者投入越多的权益，便能分得更多奖励。
• 无利害关系问题 – 在工作量证明机制中，矿工只能在一条链上“押注”，因此他们往往会选择在成功率最高的链上挖矿。硬分叉期间，他们无法在保持哈希算力不变的情况押注多条链。然而，在权益证明机制下，验证者只需增加少量成本，即可同时在多条链上挖矿，因此很可能会造成经济问题。

其他共识算法

本次暂时不作讨论，如果感兴趣可查看以下文章：

• 《延迟工作量证明详解》
• 《租赁权益证明共识详解》
• 《权威证明详解》
• 《销毁证明详解》

区块链交易能否撤回？

什么是区块链可扩展性？

为了解决区块链的部分性能缺陷，早就有人提议或实施了各种各样的解决方案。然而，直至今日也没有得出一个完美方案。也许需要尝试无数种解决方案，才能最终寻得解决可扩展性问题的明确答案。

两个研究方向都具有明显优势。链上扩展解决方案可以缩小交易规模，甚至优化数据在区块中的存储方式。另一方面，链下解决方案可能需要分批处理主区块链上的交易，而且只能稍后再将其添加至区块链中。另外，侧链和支付通道也是值得深入研究的链下解决方案。

为什么区块链需要扩容？

区块链系统如欲与中心化系统抗衡，则至少需要具备同样出色的性能。在实际情况中，前者必须拥有更佳的性能，才能激励开发人员和用户向区块链平台和应用倾斜。

这意味着，相较于中心化系统，区块链必须为开发人员和用户提供更好的使用体验，如速度更快捷、价格更实惠且操作更简便。但是如果在确保这些前提下，还需维持前文所讨论的区块链的基本特征，实际上并非易事。

什么是区块链分叉？

请记住，区块链是分布式网络。一旦软件经过更新，分散在全球数以千计的节点需要进行通信并实施新的版本。但是，如果参与者无法就实施更新内容而达成一致，会发生什么情况？由于不设任何组织，无法提供具体的决策流程。最终会导致出现软分叉和硬分叉。

软分叉

如果所有用户都能够对升级达成共识，则皆大欢喜。但是在这种情况下，软件经过更新后会进行向后兼容的更改，这意味着更新的节点仍然可以与未更新的节点交互。但实际上，据预计，几乎所有节点都会随着时间的推移而升级。这便是软分叉。

硬分叉

硬分叉则相对复杂。新规则一旦实施，则无法与旧规则兼容。因此，如果运行新规则的节点尝试与运行旧规则的节点交互，是无法实现通信目的的。这种情况会导致区块链一分为二，原始软件会继续在旧链上运行，而新链则会实施新的规则。

产生硬分叉之后，基本上会存在两个不同的网络，并行运行着两份协议。值得注意的是，在分叉时，区块链原生单元的余额是旧网络中的克隆代币。因此，分叉之后，新链中仍有旧链上的余额。

第 3 章 – 区块链有何用途？

区块链应用于供应链

高效供应链为许多企业取得成功奠定了核心基础，它涉及从供应商运输至消费者的货物处理流程。一直以来，特定行业中众多利益相关者向来是众口难调。然而，区块链技术可以让许多行业达到全新的透明水平。建立一个具有互操作性的供应链生态系统，并搭载不可篡改的数据库，正是许多行业运行稳健、安全可靠的依托。

区块链与游戏行业

游戏行业现已成为世界规模最大的娱乐产业之一，借助区块链技术，该行业可受益匪浅。通常来说，玩家总受制于游戏开发人员。在多数网游中，玩家被强制要求使用开发人员的服务器空间并遵守他们不断变化的规则。在这种情况下，区块链可以帮助分散网络游戏的所有权、管理和维护工作。

区块链应用于医疗保健领域

医疗系统必须通过可靠的方式存储医疗记录，然而，系统对中心化服务器的依赖会导致敏感信息极易遭受盗取。然而，区块链技术的透明度和安全性使其成为了存储医疗记录的理想平台。

在区块链中使用加密方式保护患者病史，能有效保护患者隐私，同时各大医疗机构之间能够共享患者的医疗信息。目前医疗系统处于较为分散的状态，如果所有参与者都能进入一个安全的全球数据库，那么他们之间的信息流动效率就会快得多。

区块链汇款

如需进行国际转账，传统银行业务流程往往十分复杂。这主要是由于中介网络错综复杂，而且还需缴纳手续费，等候结算，一系列因素导致使用传统业务流程进行紧急交易时，不仅成本高而且可信赖度低。

加密货币和区块链取消了存在中间商的生态系统，全球各地均可进行实惠、高效的转账。尽管区块链无疑会牺牲某些期望属性的性能，但已有一系列项目正在利用该技术实现费用亲民、瞬间到账的交易。

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区块链与数字身份

区块链技术允许用户拥有本人数据的所有权，只有在需要时才有选择地将信息透露给第三方。这种类型的加密技术可以让人们在不牺牲隐私的情况下获得更顺畅的在线体验。

区块链与物联网 (IoT)

区块链应用于治理领域

分布式网络可以以计算机代码的形式定义和执行自己的监管形式。因此，区块链可能有机会实现去中心化，绕过地方、国家甚至国际层面的各种治理过程，这就不足为奇了。

区块链应用于慈善领域

慈善组织因其接受资金的方式受限，其事业往往容易遭到阻碍。更令人沮丧的是，捐赠资金的最终目的地有时难以精确追踪，这无疑使许多人望而却步，从而不愿意支持这些组织。

区块链应用于投机领域

毋庸置疑，区块链技术备受投机领域追捧。交易平台之间的无摩擦转账，非托管交易解决方案，以及不断发展的衍生产品生态系统，使其成为所有类型投机者的理想竞技场。

由于其固有特性，那些愿意承担风险参与这种新兴资产类别投资的用户会将区块链视为绝佳的工具。有些人甚至认为，一旦技术和周边监管手段发展成熟，全球投机市场极有可能会在区块链上采用代币化模式。

集资与区块链

区块链与分布式文件系统

与传统的中心化存储方式相比，互联网分布式文件存储具有更多优势。存储在云中的大量数据都依赖于中心化服务器和服务提供商，这些服务器和服务提供商往往更容易受到攻击或丢失数据。在某些情况下，由于中心化服务器须接受审查，用户有时还会面临无法访问的问题。

从用户的角度来看，区块链文件存储解决方案与其他云存储解决方案的原理相同，你可以上传、存储和访问文件。然而，在后台发生的操作却存在千差万别。

如果你将文件上传至区块链存储库，这些文件会分散至几个节点并进行复制。在某些情况下，每个节点都将储存部分文件内容。一部分的数据对他们用处不大，但你可随时要求这些节点提供各个部分，这样你可以化零为整，从而得到一份完整的文件。

存储空间来自于向网络提供其存储空间和带宽的参与者。通常情况下，如果参与者提供这些资源，将获得经济奖励，但如果不遵守规则或未能存储和提供文件，则会受到经济惩罚。

你可以把这种类型的网络看作类似于比特币的网络。不过在这种情况下，网络的主要目标并非支持货币价值转移，而是实现抗审查、分散的文件存储模式。