區塊鏈:一篇文章帶你了解區塊鏈的工作原理與流程

區塊鏈這段時間相當熱門，新聞媒體大量的報道，宣稱它將創造未來，但啥是區塊鏈？它是如何工作，有何特別之處，能解決什么問題，又如何使用呢？今天我們就來嘗試，做一個最好懂的區塊鏈教程，希望你看完這篇文章，不僅可以理解區塊鏈，還會明白什么是挖礦，為什么挖礦會越來越難的問題。

區塊鏈是什么，正如其名字所示，區塊鏈是一串包含著信息的數據塊，它是一種特殊的分布式數據庫，這項技術最早由一組研究人員于1991年提出，用來給數字文檔打上時間戳記，以確保人們不能回溯或篡改時間，就像一個公證人。首先區塊鏈主要是用來存儲信息，就像存儲你的聊天記錄一樣，任何需要保存的信息，都可以寫入區塊鏈，也可以從里面讀取，所以它是數據庫，其次，任何人都可以架設服務器，加入區塊鏈的網絡，成為一個節點，區塊鏈的世界里面沒有中心節點，每個節點都是平等的，都保存著整個數據庫，你可以向任何一個節點寫入或者讀取數據，因為所有的節點最終都會同步，保證區塊鏈的一致性。

舉個栗子，我們常用的某信就是中心化的服務器，某訊的主機就是中心節點，大家所有的聊天內容，都是通過他們的節點在發送給你想發送的人，然后聊天記錄會保存在他們的服務器上，如果使用區塊鏈，你的信息可能發送給任何一個節點，然后進行全網節點同步，這樣所有的機電就都是一個數據庫，其次你的電腦也可以安裝程序成為一個節點，通過加密后，保存所有人的聊天記錄，和某訊的服務器，擁有一樣的權限和級別。

Sturdy Finance某筆交易被黑客攻擊，損失約70萬美元:6月12日消息，據 Web3 網絡安全公司 Ancilia 監測，無息借貸協議 Sturdy Finance 以 0xeb87 開頭交易被黑客攻擊，損失約 70 萬美元（442 枚 ETH）。[2023/6/12 21:30:49]

其實，分布式數據庫并非新的發明，市場上早有此類產品，但是區塊鏈有一個革命性的特點，區塊鏈沒有管理員，它是徹底的無中心的，其它的數據庫都有管理員，但是區塊鏈沒有，如果有人想對區塊鏈添加審核，也是實現不了的，因為它的設計目標就是為了防止出現居于中心地位的管理當局，正是因為無法管理，區塊鏈才能做到無法被控制，否則，一旦被大公司大集團掌控了管理權，他們就會控制整個平臺，其他使用者就必須聽命于他們，但是，沒有理管理員，人人都可以往里面寫入數據，怎樣才能保證數據是可信的呢，被壞人改了怎么辦呢，區塊鏈有一個區塊組，區塊很像數據庫的記載，每次寫入數據就是創建一個區塊，每個區塊包含了兩個部分，區塊頭和區塊體，區塊頭記錄當前區塊的特征值，區塊提記錄當前的實際數據，區塊頭包含了當前區塊的多項特征值，生成時間、實際數據的哈希、上一個區塊的哈希等等。

以太坊Layer2上總鎖倉量為90.9億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量為90.9億美元，近7日漲0.49%。其中鎖倉量最高的為擴容方案ArbitrumOne，約59.7億美元，占比65.65%，其次是Optimism，鎖倉量19.5億美元，占比21.48%。[2023/4/9 13:52:30]

你需要理解什么是哈希，就是理解區塊鏈所必須的，所謂哈希就是計算機可以對任意內容，計算出一個長度相同的特征值。區塊鏈的哈希長度是256位，就是說不管原始內容是什么，最后都會計算出一個256位的二進制數字，它可以是一個笑臉、一個語音、一段話或者一個視頻。而且可以保證，只要原始內容不同，對應的哈希一定是不同的，舉例來說，字符串123的哈希是這個，轉換成二進制就是256位，而且只有123能夠得到這個哈希，理論上其它字符創也有可能得到這個哈希，但是概率是極低的，可以近似認為是不可能發生，因此就有了兩個重要推論，1.每個區塊的哈希都是不一樣的，可以通過哈希識別區塊，2.如果區塊的內容改變了，它的哈希一定會改變，區塊以哈希是一一對應的，每個區塊的哈希都是針對區塊頭計算的，也就是說，把區塊頭的各項特征值按照順序連接在一起，組成一個很長的字符串，再對這個字符串計算哈希，Hash=SHA256（區塊頭）這個就是區塊哈希的計算公式。SHA256區塊鏈的哈希算法，注意這個公式里面只包含了區塊頭，不包含區塊體，也就是說，哈希是由區塊頭唯一決定的。

瑞士比特幣平臺Relai完成450萬美元融資，ego death capital領投:金色財經報道，瑞士比特幣平臺Relai宣布完成450萬美元新一輪融資，ego death capital領投，Timechain、Cabrit Capital、Lightning Ventures、Redalpine、Fulgur Ventures參投。

自2020年首次進行種子輪融資以來，Relai迄今融資總金額已達到1180萬美元。Relai平臺允許散戶投資者買賣比特幣且無需進行額外注冊、驗證，也沒有存款限制，該平臺還支持投資者通過非托管比特幣錢包完全控制自己的資金。Relai計劃利用新資金升級到比特幣閃電網絡并推出白標產品。（Tech.eu）[2023/3/7 12:46:36]

前面說過區塊頭包含了很多內容，其中有當前區塊的哈希，還有上一個區塊的哈希，這個意味著如果當前區塊體的內容變了，或者上一個區塊的哈希變了，一定會引起當前區塊的哈希改變，這一點對區塊鏈有重大的意義，如果有人修改了一個區塊，該區塊的哈希就變了，為了讓后面的區塊還能還能連接到它，就必須依次修改后面所有的區塊，否則被改掉的區塊就脫離了區塊鏈，由于后面要提到的原因，哈希的計算很耗時，短時間內修改多個區塊，幾乎是不可能發生的，除非有人掌握了全網51%以上的算力，正式通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，就無法被篡改，就像歷史一樣，發生了就是發生了，從此再也無法改變，每個區塊鏈都連接著上一個區塊，這是區塊鏈這個名字的由來，由于必須保證節點之間的同步，所以新區塊的添加速度不能太快。

華為云創業生態系統負責人：現有世界和Web3之間的差距正在顯現:金色財經現場報道，在Coinlive舉辦的峰會上，華為云創業生態系統負責人Llewellan Vance發表了演講。他在演講開始時強調，他們的重點是釋放全球創新，并促進開放式創新和多樣性。他們還培養具有引發變革潛力的領跑者。他指出了一個有趣的事實，即現有世界和Web3之間的差距正在顯現。他談到了他們正在參與的一些令人興奮的Web3初創公司，例如使用模塊化平臺創建的Sentient；LINH AI是影響者營銷的生成人工智能；ZIGNALS，它正在彌合現實世界和奢侈品之間的差距，等等。“作為明天世界的建筑師，用華為最好的技術和創新來裝點你的想法，”他提到。[2022/12/22 22:01:22]

試想一下，你剛同步了一個區塊，準備基于它生成下一個區塊，但這個時候別的節點又有了新的區塊產生，你不得不放棄做了一半的計算再次去同步，因為每個區塊的后面只能跟著一個區塊，你永遠只能在最新區塊的后面生成下一個區塊，所以你別無選擇，一聽到信號就必須立刻同步，所以區塊鏈的發明者中本聰故意讓添加新區塊化變得困難，它的設計是平均每十分鐘全網才能產生一個新的區塊，一小時也只產生六個而已，這種產出速度不是通過命令達成的，而是故意設置了海量的計算。也就是說只有通過這些大量的計算，才能得到當前區塊的有效哈希，從而把新區快添加到區塊鏈，由于計算量太大，所以快不起來，這個過程叫做采礦，也叫做挖礦。

韓國當局擬通過修改《特金法》的執行法令將加密交易所的資產和存款分開審查:11月17日消息，韓國執政黨國民力量黨正在審查一項計劃，以修改《特定金融交易信息法》（簡稱《特金法》）的執行法令，以便虛擬資產交易所將自身資產和用戶存款完全分開。國會政務委員會委員表示：“雖然可以在特金法中作部分修改，以分離交易所資產與存款，但比較困難，因為民主黨正在阻撓執政黨的各種立法。我們將審查我們是否可以通過改變執行法令來采取行動，這是特金法的指導方針。”（EToday）[2022/11/17 13:17:04]

因為計算有效哈希的難度，好比在全世界的沙子里面找到一粒符合條件的沙子，計算哈希的機器叫做礦機，操作礦機的人叫做礦工，讀到這里你可能還會有一個疑問，人們都說采礦好困難，可是采礦不就是用計算機，來計算出一個個哈希嗎，這正是計算機的強項啊，怎么會變得困難呢。遲遲算不出開，原來不是任意一個哈希都可以，只有滿足條件的哈希才會被區塊鏈所接納，這個條件特別的苛刻，使得絕大部分哈希都不能夠滿足要求，必須重算。

原來，哈希頭包含一個難度系數，這個值決定了計算哈希的難度，舉例來說，第十萬個區塊的難度系數是14000，區塊鏈協議規定，使用一個常量除以難度系數，可以得到目標值。顯然，難度系數越大，目標值越小，哈希的有效性跟目標值密切相關，只有小于目標值的哈希才是有效的，否則哈希無效，必須重算，由于目標值非常小，哈希小于該值的機會極其渺茫，可能計算十億次才能中一次，這就是采礦如此之慢的原因。

剛才說過，當前區塊的哈希由區塊頭，唯一決定，如果要對同一個區塊反復計算哈希，就意味著區塊頭必須不停的變化，否則不可能算出不一樣的哈希，區塊頭里面所有的特征值都是固定的，為了讓區塊頭產生變化，中本聰故意增加了一個隨機項，叫做“Nonce” Nonce 是一個隨機值，礦工的作用其實就是猜出 Nonce 的值，使得區塊頭的哈希可以小于目標值，從而能夠寫入區塊鏈， Nonce 是非常難猜的，目前只能通過窮舉的方法一個一個試錯。

根據協議， Nonce 是一個32位的二進制，最大可以到2147億，第十萬個區塊的 Nonce 是2.74億，可以理解成礦工從零開始一直計算了274億次，才得到了一個有效的 Nonce 值，使得算出的哈希能夠滿足條件，運氣好的話也許一會就找到了 Nonce ，運氣不好的話，可能算完了2147億都沒有辦法發現 Nonce ，及當前趨話題不可能算出滿足條件的哈希，這時協議允許礦工改變區塊體，開始新的計算。

正如剛才所說，采礦具有隨機性沒法保證正好十分鐘產出一個區塊，有時一分鐘就算出來，有時幾個小時也沒有結果。總體來說，隨著硬件設備的提升，以及礦機量增長，計算速度一定會越來越快，為了將產出速率恒定在十分鐘，中本聰還設計了難度系數以及動態調整機制，它規定難度系數每兩周調整一次，如果這兩周里面區塊的平均生成速度是九分鐘，就意味著這比預定速度快了10%，因此，接下來的難度系數就要調高10%，如果平均速度升成是11分鐘，就意味著與預定速度慢了10%，因此，接下來難度系數就要降低10%，難度系數越調越高，目標值越來越小，導致了采礦越來越困難，即使區塊鏈是可靠的。

現在還有一個問題沒有解決，如果兩個人同時向區塊鏈寫入數據，也就是說同時有兩個區塊加入，因為他們都連接著前一個區塊，就形成了分叉，這時應該采用哪一個區塊呢，現在的規則是新節點總是采用最長的那條鏈，如果區塊鏈有分叉，將看哪一個分支，在分叉點后面先打到六個區塊，稱之為六次確認，按照十分鐘一個區塊計算，一小時就可以完成。

由于新區快的生成速度由計算能力決定，所以這條規則就是說擁有大多數計算能力的那條分支，就是正宗的區塊鏈，區塊鏈作為無人管理的分布式數據庫。從2009年已經運行了11年，沒有出現過大的問題，這證明它是可行的，但是，為了保證數據的可靠性，區塊鏈也有自己的代價，1.效率問題，數據寫入區塊鏈最少要等待十分鐘，所有節點都同步數據則需要更多的時間，2.耗能問題，區塊的生成需要礦工進行無數無意義的計算，這是非常浪費能源的，因此，區塊鏈的適用場景其實有限，不存在所有成員都信任管理的當局，寫入的數據不需要實時使用，挖礦的收益能夠彌補本身的成本，如果無法滿足上述的兩個條件，那么傳統的數據庫將是更好的解決方案。

目前區塊鏈最大的應用場景就是以比特幣為代表的加密貨幣，去中心化金融和通信等行業也在快速的發展。

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