一、区块链的本质

一、区块链的本质

区块链是什么?它是一种特殊的分布式数据库。

首先,区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息,都可以写入区块链,也可以从里面读取,所以它是数据库。

其次,任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点。区块链的世界里面,没有中心节点,每个节点都是平等的,都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步,保证区块链一致。

二、区块链的最大特点

分布式数据库并非新发明,市场上早有此类产品。但是,区块链有一个革命性特点。

区块链没有管理员,它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员,但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核,也实现不了,因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。

正是因为无法管理,区块链才能做到无法被控制。否则一旦大公司大集团控制了管理权,他们就会控制整个平台,其他使用者就都必须听命于他们了。

但是,没有了管理员,人人都可以往里面写入数据,怎么才能保证数据是可信的呢?被坏人改了怎么办?请接着往下读,这就是区块链奇妙的地方。

三、区块

区块链由一个个区块(block)组成。区块很像数据库的记录,每次写入数据,就是创建一个区块。

每个区块包含两个部分。

  • 区块头(Head):记录当前区块的特征值
  • 区块体(Body):实际数据

区块头包含了当前区块的多项特征值。

  • 生成时间
  • 实际数据(即区块体)的哈希
  • 上一个区块的哈希

这里,你需要理解什么叫哈希(hash),这是理解区块链必需的。

所谓”哈希”就是计算机可以对任意内容,计算出一个长度相同的特征值。区块链的 哈希长度是256位,这就是说,不管原始内容是什么,最后都会计算出一个256位的二进制数字。而且可以保证,只要原始内容不同,对应的哈希一定是不同的。

举例来说,字符串123的哈希是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0(十六进制),转成二进制就是256位,而且只有123能得到这个哈希。(理论上,其他字符串也有可能得到这个哈希,但是概率极低,可以近似认为不可能发生。)

因此,就有两个重要的推论。

  • 推论1:每个区块的哈希都是不一样的,可以通过哈希标识区块。
  • 推论2:如果区块的内容变了,它的哈希一定会改变。

四、 Hash 的不可修改性

区块与哈希是一一对应的,每个区块的哈希都是针对”区块头”(Head)计算的。也就是说,把区块头的各项特征值,按照顺序连接在一起,组成一个很长的字符串,再对这个字符串计算哈希。

Hash = SHA256( 区块头 )

上面就是区块哈希的计算公式,SHA256是区块链的哈希算法。注意,这个公式里面只包含区块头,不包含区块体,也就是说,哈希由区块头唯一决定,

前面说过,区块头包含很多内容,其中有当前区块体的哈希,还有上一个区块的哈希。这意味着,如果当前区块体的内容变了,或者上一个区块的哈希变了,一定会引起当前区块的哈希改变。

这一点对区块链有重大意义。如果有人修改了一个区块,该区块的哈希就变了。为了让后面的区块还能连到它(因为下一个区块包含上一个区块的哈希),该人必须依次修改后面所有的区块,否则被改掉的区块就脱离区块链了。由于后面要提到的原因,哈希的计算很耗时,短时间内修改多个区块几乎不可能发生,除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。

正是通过这种联动机制,区块链保证了自身的可靠性,数据一旦写入,就无法被篡改。这就像历史一样,发生了就是发生了,从此再无法改变。

每个区块都连着上一个区块,这也是”区块链”这个名字的由来。

五、采矿

由于必须保证节点之间的同步,所以新区块的添加速度不能太快。试想一下,你刚刚同步了一个区块,准备基于它生成下一个区块,但这时别的节点又有新区块生成,你不得不放弃做了一半的计算,再次去同步。因为每个区块的后面,只能跟着一个区块,你永远只能在最新区块的后面,生成下一个区块。所以,你别无选择,一听到信号,就必须立刻同步。

所以,区块链的发明者中本聪(这是假名,真实身份至今未知)故意让添加新区块,变得很困难。他的设计是,平均每10分钟,全网才能生成一个新区块,一小时也就六个。

这种产出速度不是通过命令达成的,而是故意设置了海量的计算。也就是说,只有通过极其大量的计算,才能得到当前区块的有效哈希,从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大,所以快不起来。

这个过程就叫做采矿(mining),因为计算有效哈希的难度,好比在全世界的沙子里面,找到一粒符合条件的沙子。计算哈希的机器就叫做矿机,操作矿机的人就叫做矿工。

六、难度系数

读到这里,你可能会有一个疑问,人们都说采矿很难,可是采矿不就是用计算机算出一个哈希吗,这正是计算机的强项啊,怎么会变得很难,迟迟算不出来呢?

原来不是任意一个哈希都可以,只有满足条件的哈希才会被区块链接受。这个条件特别苛刻,使得绝大部分哈希都不满足要求,必须重算。

原来,区块头包含一个难度系数(difficulty),这个值决定了计算哈希的难度。举例来说,第100000个区块的难度系数是 14484.16236122。

区块链协议规定,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target)。显然,难度系数越大,目标值就越小。

哈希的有效性跟目标值密切相关,只有小于目标值的哈希才是有效的,否则哈希无效,必须重算。由于目标值非常小,哈希小于该值的机会极其渺茫,可能计算10亿次,才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。

前面说过,当前区块的哈希由区块头唯一决定。如果要对同一个区块反复计算哈希,就意味着,区块头必须不停地变化,否则不可能算出不一样的哈希。区块头里面所有的特征值都是固定的,为了让区块头产生变化,中本聪故意增加了一个随机项,叫做 Nonce。

Nonce 是一个随机值,矿工的作用其实就是猜出 Nonce 的值,使得区块头的哈希可以小于目标值,从而能够写入区块链。Nonce 是非常难猜的,目前只能通过穷举法一个个试错。根据协议,Nonce 是一个32位的二进制值,即最大可以到21.47亿。第 100000 个区块的 Nonce 值是274148111,可以理解成,矿工从0开始,一直计算了 2.74 亿次,才得到了一个有效的 Nonce 值,使得算出的哈希能够满足条件。

运气好的话,也许一会就找到了 Nonce。运气不好的话,可能算完了21.47亿次,都没有发现 Nonce,即当前区块体不可能算出满足条件的哈希。这时,协议允许矿工改变区块体,开始新的计算。

七、难度系数的动态调节

正如上一节所说,采矿具有随机性,没法保证正好十分钟产出一个区块,有时一分钟就算出来了,有时几个小时可能也没结果。总体来看,随着硬件设备的提升,以及矿机的数量增长,计算速度一定会越来越快。

为了将产出速率恒定在十分钟,中本聪还设计了难度系数的动态调节机制。他规定,难度系数每两周(2016个区块)调整一次。如果这两周里面,区块的平均生成速度是9分钟,就意味着比法定速度快了10%,因此接下来的难度系数就要调高10%;如果平均生成速度是11分钟,就意味着比法定速度慢了10%,因此接下来的难度系数就要调低10%。

难度系数越调越高(目标值越来越小),导致了采矿越来越难。

八、区块链的分叉

即使区块链是可靠的,现在还有一个问题没有解决:如果两个人同时向区块链写入数据,也就是说,同时有两个区块加入,因为它们都连着前一个区块,就形成了分叉。这时应该采纳哪一个区块呢?

现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为”六次确认”)。按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认。

由于新区块的生成速度由计算能力决定,所以这条规则就是说,拥有大多数计算能力的那条分支,就是正宗的区块链。

九、总结

区块链作为无人管理的分布式数据库,从2009年开始已经运行了8年,没有出现大的问题。这证明它是可行的。

但是,为了保证数据的可靠性,区块链也有自己的代价。一是效率,数据写入区块链,最少要等待十分钟,所有节点都同步数据,则需要更多的时间;二是能耗,区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算,这是非常耗费能源的。

因此,区块链的适用场景,其实非常有限。

  1. 不存在所有成员都信任的管理当局
  2. 写入的数据不要求实时使用
  3. 挖矿的收益能够弥补本身的成本

如果无法满足上述的条件,那么传统的数据库是更好的解决方案。

目前,区块链最大的应用场景(可能也是唯一的应用场景),就是以比特币为代表的加密货币。下一篇文章,我将会介绍比特币的入门知识

中心化是指有一个权威中心,比如典型的权威中心就是银行,我们把钱存入银行,银行对于钱有全权处理和管理的权利,所有的流通均已银行的凭据为准。这就是权威中心,你是不是一个月能领4块钱要根据银行的账单来表明。这种情况如果银行突然有失误或者内部攻击就会造成这种权威的不可靠性。

区块链的意义就是保证权威中心是由全民公选。这种权威依据分布式存储在全球任何可能地方的服务器上的账本来保证,账本可以保证所有数据一旦产生直至现在都可以追踪流动路径,所以想修改这种账本必须保证成功攻击全球一半以上的服务器。

所以
去中心化可以实现数据不被篡改,
去中心化可以实现全民公选,
去中心化可以实现全球化分布式储存,
去中心化可以展现数据彻底流通明细,
去中心化可以彻底货币电子化,
去中心化可以建立新的信用共识,
. . . . . .

上边这些 可以(前景) 都可以实现,但是需求决定实现,现实生活中,对于区块链的应用目前还真的很少(2018两月份),所知道除了某写公司做分布式储存技术之外很少听到区块链,上家金融公司想运用一下区块链技术也是无疾而终。

学习区块链技术?

很多人把区块链看成是一门专业技术,其实只是计算机编程+!

区块链系统环境搭建,区块链应用开发,都是专业技能。但也只是传统计算机编程的升级版,加入了加密,算法,分布式数据库等技术。

入门到精通课程篇

第一课:区块链介绍

第二课:客户端安装及运行

第三课:以太坊网络

第四课:智能合约编程入门

第五课:Solitidy复杂变量类型

第六课:6 Solitidy 方法

第七课:Solitidy 继承 和 事件

第八课:Solitidy 编程实战

第九课:Solitidy 编程实战

第十课:去中心化应用Dapp项目实战

一、区块链是什么?

区块链有很多的定义,大家的说法都不一样,业界都还没有统一。每个人心中都有自己的哈姆雷特。所以此处就不做定义了。也可以参考其他回答。

那么我主要推荐一些关于区块链概念的学习资料,看完我所推荐的资料,你应该对这门技术有一个自己的了解:

二、从业务角度学习区块链技术?

01.工信部的白皮书:

02.香港金管局的白皮书:

03.腾讯关于TRUSTsql的白皮书:

04.《区块链从数字货币到信用社会》–长铗著作:

05.《区块链:定义未来金融与经济新格局》-张健著作:

06.世界经济论坛区块链报告:

07.国内证券公司报告:

08.美国政府公布的15大区块链医疗研究论文:

09.欧洲央行分布式账本技术报告:

我觉看了上面推荐的这些书和报告,你应该从业务角度对于区块链技术有了一个比较深入的了解了。

三、从技术角度学习区块链技术?

(一)、基础阶段:

01.《区块链开发指南》-作者申屠青春:

作者多余比特币底层的研究可谓是非常深入,讲解的也非常通俗易懂。

02.《区块链技术指南》-作者邹均:

作为国内第一本从技术角度讲解区块链的书籍,值得一读,2016年出版以来一致评价不错。

03.《区块链 原理、设计与应用》-作者杨保华陈昌:

陈昌前辈作为纸贵的CTO、记得之前的墨链就是基于Hyperledger Fabric的,所以这本书对于Hyperledger 相关开源产品的讲解很透彻。

1、区块链入门视频

2、区块链入门书籍

3、区块链资讯网站

BTT论坛 href=”http://www.bitcointalk.org/“>http://www.bitcointalk.org (币界第一论坛,需翻墙)

CCN http://www.cryptocoinsnews.com/ (推荐人:Nicole)

巴比特 www.8btc.com(国内区块链新闻第一)

区块链铅笔www.chainb.com (恭亲王弄的资讯站,部分文章质量很高)

来源——发狂的蜗牛

4、区块链公众号

硅谷LIVE(guigumitanv)区块链基础知识、投资、开发相关课程

硅谷区块链 (svblock) 硅谷关注区块链的产业媒体,偶尔也写写链圈段子

火币网(huobicom)有不少优质的原创区块链视频、图文

二、进阶篇

了解了区块链的基础概念,搭建起知识体系之后,是不是跃跃欲试想应用一下呢?这时可以开始尝试了解一些区块链应用,从案例中学习。如果有技术背景,甚至还可以试试区块链相关的开发,比如智能合约开发。

1、区块链项目白皮书

1.Keen的分享:比特币,一种点对点的电子现金系统(必看,区块链的概念就是在这篇论文中提出的)

原文作者:中本聪(Satoshi Nakamoto)

本文提出了一种完全通过点对点技术实现的电子现金系统,它使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方,中间不需要通过任何的金融机构。虽然数字签名(Digital signatures)部分解决了这个问题,但是如果仍然需要第三方的支持才能防止双重支付(double-spending)的话,那么这种系统也就失去了存在的价值。我们(we)在此提出一种解决方案,使现金系统在点对点的环境下运行,并防止双重支付问题。

2.Bruce_H的分享:去中心化数据市场 Wolk白皮书

以太坊下的智能代币和去中心化的数据储存架构解决了上述难题。 Wolk协议让广告主与广告商可直接在去中心化的数据交易平台上,通过多种识别码{如:移动设备号、邮件地址、电话号码等}交换或取得相关用户特征数据。 WOLK币(一种以太坊代币)将被运 于各种Wolk服务项 之中。 https://www.wolk.com/whitepaper/WolkTokenGenerationEvent_CN.pdf

3.曾汩的分享:NEO白皮书

NEO 是利用区块链技术和数字身份进行资产数字化,利用智能合约对数字资产进行自动化管理,实现“智能经济”的一种分布式网络。

4.曾汩的分享:Hyperledger超级账本白皮书

超级账本的核心要素是智能合约、数字资产、记录储存库、中心化共识网络、加密安全。区块链主要产品还涉及行业性能要求、身份识别、私下机密交易、便携式共识模型等。

5.Keen的分享:Request Network国外挺火的一个项目(英文)

6.曾汩的分享:比特币闪电网络,可扩展的 off-chain 即时支付

小额支付渠道可以解决可扩展性问题。“如果一棵树倒在森林中,没有一个人去其周围听声音,它会发出声音么?”

以上引用的问题是与没有人观测到的事件是相关的,如果没有人听到树倒,无论其是否发出 声音是没有意义的。同样,在 blockchain,如果只有两个参与者关心日常的经常性交易,是没有必要让在比特币网络的所有节点了解该交易的。相反,在 blockchain 上只有一小部分信 息是更可取的。通过推迟告诉全世界每一笔交易,在以后的日子解决他们之间的关系的方法, 使比特币用户进行许多交易不用扩展blockchain或与一个集中的交易对手建立信任。

7.Keen的分享:ugchain,基于以太坊的去中心化的游戏生态平台

这个挺不错的忘分享了,这是国内一个,基于以太坊的去中心化的游戏生态平台,目前部分已经落地了,比如扶持了游戏光明重影,py交易站上线等等,之前还举办了线下ugl王者荣耀校园高校赛,说实话,可以做到这样,ugchain也很不容易,为他们点赞

8.曾汩的分享:瑞资链白皮书

中文:https://github.com/REITs-Chain/white-paper/blob/master/README.md

英文:http://oqg7yooow.bkt.clouddn.com/ReitsChain%20Whitepaper.pdf

9.Keen的分享:Nerthus白皮书

Nerthus 与以太坊一样,致力于打 造一个通用的智能合约编程平台与区 块链操作系统。Nerthus 有自己的图灵 完备的编程语言 witstone,以及运行 环境 OVM。与以太坊不同的是,我们 在底层使用 DAG 技术,有效地解决了 传统区块链系统面临的低吞吐量,交易 确认延时,区块膨胀等区块链式结构先 天性的悖论问题。 http://www.nerthus.io/static/downfile/NerthusWhitePage.pdf

10.Keen的分享:Byteball 字节雪球白皮书

11.Keen的分享:新经币白皮书

12.曾汩的分享:全球首个区块链搜索引擎星云链技术白皮书

13.曾汩的分享:前段时间特别火的流量矿石项目

14.曾汩的分享:评分非常高的一个交友项目JustDatingSite

15.曾汩的分享:德国著名版权保护区块链项目Ascribe

16. 曾汩的分享:智能合约创建工具etherparty

17.Bruce_H的分享:storj 去中心化云存储,filecoin的主要竞争对手之一

18.Bruce_H的分享:JavaScript之父创造的去中心化Brave浏览器 https://basicattentiontoken.org/index_1/BasicAttentionTokenWhitePaper_ZH.pdf

19.Keen的分享:NXT未来币

一个很老的币种,是比特币后的第二代密码币,改善,避免了很多第一代密码币的不足等等

20.曾汩的分享:知名区块链项目比特股BITSHARES (对比特股感兴趣的话,可以再看看创始人BM大神的八卦

比特股bitshares白皮书

21.曾汩的分享:全球第一个智能合约平台,智能坊白皮书

22.曾汩的分享:元宝网,自称中国第一的数字货币

23.曾汩的分享:点点币白皮书,也是一个比较有名的山寨币

24.曾汩的分享:中国区块链技术和应用发展白皮书

25.曾汩的分享:腾讯区块链方案白皮书

26.曾汩的分享:比原链经济白皮书

27.曾汩的分享:比原链技术白皮书

28.Keen的分享:一个通用的开发账本,旨在记录数据,版权等信息

29.Keen的分享:genaro,一个分布式云盘储存项目https://genaro.network/en/whitepaper/

2、区块链浏览器——keen的分享

1.公信宝区块链浏览器

2.bcc的区块链浏览器

3.dash区块链浏览器

4.LTC的区块链浏览器

5.以太坊区块链浏览器

6.比特币的区块链浏览器

7.viabtc矿池,可以看btc bcc等币种全网出块信息

3、区块链项目分析网站

1.以下两个网站提供新项目细节内容的总结和分析

2.市场分析、市值、项目类

http://www.coinmarketcap.com (看各种流通币种交易量等的最好网站)

http://www.icocost.com/ (众筹价格)

http://www.cryptocompare.com (市场分析)

确定方向

从事区块链开发也有很多方向,如:区块链应用开发人员、区块链架构师、底层核心开发、共识算法研究等等。

方向不同,需要学习的内容就不一样,如果做基于区块链应用开发,只需要了解一门编程语言(nodejs, Go, Python, C++ 等), 大概了解区块链的原理,不一定要深入,当能理解越深入开发应用就越顺。
如果做区块链基础开发,就需要了解加密算法,P2P通信,共识算法等等。

投入时间学习动手实践

由于区块链涉及的技术很多,可以相对各个技术有一个概念了解,再逐步深入原理。

当你在学习了解概念的时候,必定会产生很多疑问, 例如我们经常可以看到一句: 比特币的共识机制是通过工作量证明(POW)来实现的。
就有了新疑问:什么是工作量证明,进一步了解,它是通过验证的一个特定结果,就能确认参与者完成了相应的工作量(不理解没关系,可以简单为,张三考试考了100分,就确认张三肯定好好学习了)。
这时又有了新的疑问,比特币在验证什么样的结果,这时你又需要了解密码学和Hash。

逐步深入的过程也是解答疑问的过程,需要我们善用Google搜索。

如果觉得已进理解一个概念或原理时,可以尝试动手实现它,如在理解挖矿后,可以写代码模拟挖矿过程。

学习是一个长期的过期,没有捷径,必须得多读书,读代码,写代码。

推荐学习指引: 区块链技术学习指引

Tong, Peter