一篇文章帶你了解區塊鏈的工作原理與流程_區塊鏈

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。

近7天有27697.51枚BTC流出交易所錢包:金色財經報道，數據顯示，近24小時有3324.38枚BTC流出交易所錢包，近7天有27697.51枚BTC流出交易所錢包，近30天有5692.89枚BTC流入交易所錢包。截至發稿時，交易所錢包余額合計為1,884,262.44枚BTC。[2023/6/11 21:29:26]

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。

Animoca Brands聯創：亞洲地區的發行商在Web3開發方面更為活躍:金色財經報道，Web3游戲開發商和投資公司 Animoca Brands 的聯合創始人兼董事長Yat Siu周二表示，亞洲公司比北美同行更愿意采用和投資 Web3 技術。Siu 表示，在主要的國際游戲發行商及其 400 家投資組合公司中，位于日本、韓國、香港和東南亞的公司在討論、構建和采用技術方面更為活躍，例如 NFT 和元宇宙，而不是位于美國。

Siu 解釋說，由于去年許多美國公司遭遇了嚴酷的加密冬天，它對 NFT 的影響導致許多美國公司放棄了對 Web3 的投資。然而，投資區塊鏈的熱情在亞洲仍然存在。[2023/3/22 13:18:19]

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。

Web3社交協議Atem Network：官方Discord正被入侵，用戶不要相信任何私信:2月13日消息，Web3社交協議Atem Network發推表示，官方Discord服務器目前正在被入侵，正在積極聯系Discord官方團隊以幫助恢復服務器，請不要相信任何私信，直至另行通知。[2023/2/13 12:03:36]

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。

BlockTower Credit和MakerDAO將推出2.2億美元現實世界資產基金:12月15日消息，加密資產管理公司BlockTower Credit和MakerDAO將聯合推出2.2億美元基金，以為現實世界資產（RWA）提供資金，高管投票已于12月11日通過。其中Maker將部署四個金庫，并提供1.5億美元的高級資本，而BlockTower提供7000萬美元的初級資本，共同創建一個2.2億美元的資金礦池Centrifuge，以通過代幣化將現實世界的資產連接到DeFi。[2022/12/15 21:45:55]

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。

菲律賓首次發行區塊鏈數字比索債券融資2.09億美元:金色財經報道，聯合銀行發行了菲律賓首個基于區塊鏈的數字比索債券，籌集了 2.09 億美元。當銀行表示打算籌集至少 10 億美元的數字比索債券時，超額認購的融資規模是該銀行預期的 11 倍。UnionBank 的數字債券是通過菲律賓存托信托公司的數字登記處和數字存托處發行的。這些債券與菲律賓交易與交易公司的固定收益市場保持互操作性。這些債券的期限為 1.5 年，固定年利率為 3.25%，并在菲律賓交易與交易公司市場上市交易。這家上市銀行打算用這筆資金為收購全球銀行業巨頭花旗的國內消費銀行業務提供部分資金。去年底，UnionBank 以 550億比索（10 億美元）收購了花旗的消費銀行業務。（blockworks）[2022/6/2 3:58:53]

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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