区块链——区块链是什么？一文读懂70％区块链入门知识

引言

区块链是比特币的底层技术，不等同于比特币。有人说比特币就是一场泡沫，甚至放话“比特币是传销”。区块链作为继互联网后的新一波技术浪潮，本身无罪，况且炒币只是区块链里最初级的玩法。读完这篇文章，我们就能弄懂大部分区块链基础知识，从而离保守和狭隘远一点。

一、区块链是一个去中心化的分布式账本

区块链的英文叫做 Blockchain，用比较官方的话来说，区块链是一种集分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术于一体的新型应用模式。简单来说，它就是一个分布式记账的应用模型，通过去中心化、去信任的方式集中维护一个可靠的数据库。你可以把它理解为：我们每个人都有一个小的账本（小的数据库），会记录下来我们所有的数据。通过网络将所有人的小数据库连接到一起，形成一个分布式的大数据库，由每个人共同来维护、更新、分享数据。我们首先需要弄清“去中心化”和“分布式账本”两个概念。去中心化相对“中心化”而言。借用PG Two买夹克和熊本熊借钱的例子，我们来看看中心化和去中心化体系的区别。

网购夹克的整个流程依托于支付宝展开，因此，这个买卖过程是中心化的。无论是PG TWO还是卖家君，在这点上只能完全信任支付宝和它背后的马云。往大了说，中心化系统由资金雄厚和技术实力强大的机构、企业做信任背书。

二、中心化体系和去中心化体系优劣

中心化体系具备管理高效的优势，但它的不足也比较明显。仍以支付宝为例，全部交易记录和账本都存储在支付宝服务器上，假设某天所有相关的服务器不幸被坏蛋捣毁，那么PG TWO付的款（或卖家君还没有到手的夹克钱），还有其他买家、卖家的资金，甚至你我存在余额宝的钱，都会消失在这个互联网世界里，连灰都不剩。该找谁说理去？就算我气汹汹地找到支付宝对质：“我还有5万在余额宝里面！” 可中心账本已经被彻底破坏，谁又能证明我的话为真呢？若得不到有效证明，最终我也只能忍着泪跟这沓钱say goodbye了。这时，去中心化系统的优势就凸显出来了。设想一下，如果全网络存在许多的记账节点，能够共同记录支付宝上每一笔交易、转账和提现等，也就是说支付宝所有账本在全世界有很多备份；就算服务器被黑客攻击，相同的账本副本也都好好地保存在其他节点上。在区块链的世界里，不需要大企业做信用背书。

三、区块链是一个分布式账本

因此，我们也可以说：作为分布式账本，区块链是创造信任的工具。从字面上理解，“分布式”是指分布在不同的地方、各节点分开干活。我们先把问题简单化，用借钱举个例子，讲讲分布式账本的工作原理。

1. 比卡丘借给熊本熊10块钱。
2. 比卡丘和熊本熊分别在账本上记下：“比卡丘 → 熊本熊：10円”
3. 比卡丘把这条交易信息广播给其他节点；
4. 区块链上其他节点验证这条交易信息，确认无误后便记在各自账本上。

在第2步，如果借钱方熊本熊为了买零食，在自己的账本上虚报5円呢？想赖账不容易，因为接下来比卡丘会把 这条“比卡丘 → 熊本熊：10円” 的交易信息广播给全网节点，接着各节点再去验证。通过验证的信息一旦记在区块链上，就很难篡改了，除非——熊本熊有一台超过全网总算力51%的超级计算机（文末还会提及这个问题）。那为什么是比卡丘广播，而不是熊本熊去广播？节点协助记账，是为了防止欠债人耍赖等损害信任的情况出现；一般来讲，谁把钱借出去，谁到最后可能遭受财产损失，谁广播。到了约定的还款日，如果熊本熊食言说没有借钱，比卡丘就可以祭出区块链了，拿账本上的交易信息来对质。

四、密码学确保区块链数据库（几乎）无法篡改

弄懂了去中心化分布式账本，我们继续探究区块链技术中的两个密码学概念：哈希函数和非对称加密。颠覆性的区块链技术当然不止这些，但区块链入门要求我们需要先掌握这两个概念。
只有先了解哈希函数和非对称加密，后面我们纳入相关定义解释区块链的运作原理时，大家才不会一脸蒙圈。

1、哈希函数

哈希也可以写作hash，哈希函数属于密码学范畴，用来验证交易信息是否被人动过手脚。哈希函数具备以下特征（如果看不明白可跳过这段）：

• 如果明文A对应的哈希值为H(A)，那么，通过A可以算出H(A)，而通过H(A)无法逆推出A；
• 如果明文A ≠ 明文B，那么，H(A) ≠ H(B)；
• 如果对明文A做了可以忽略不计的篡改，那么，计算出的哈希值与原H(A)完全不一样。

上文中，明文好比我们登录知乎时输入的账号、密码，它们是可以看懂的一串字符。而哈希值是一个长度固定、由数字和字母组成的字符串。根据以上特征，下方的例子能帮助你理解：

借助Hash计算工具，我输入明文123456，得到相应的哈希值（按SHA256）：
8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92

目前，人类还没有办法逆推这个乱七八糟的字符串；也就是说任何人都无法推算出这个哈希值对应明文123456。再接着我在明文框输入：1234567；虽然只增加了一个7，得到的哈希值却完全不一样了：8bb0cf6eb9b17d0f7d22b456f121257dc1254e1f01665370476383ea776df414建议你亲自尝试，3秒钟就能明白以上内容：移步 哈希计算工具 ：输入一串明文（连“我爱你”也可以加密哦），关注第三列SHA256的结果即可；再改动其中一个字符，对比两次出现的哈希值结果。

2、非对称加密

这是相对于对称加密来说的，对称加密指你有一把密钥，通过密钥可以加密一段信息；想要破解这个信息，只有拿到你手中这把密钥。从始至终加密、解密用的是同一把密钥，因此称“对称加密”。而在区块链世界里，每个人都拥有两把独一无二的密钥——公钥和私钥，其中公钥可以简单理解为银行卡号是可以给别人看的；而私钥相当于银行卡密码，必须拼死保密，只能自己知道。再记2条规则：

• 私钥能生成公钥和地址（有了地址，对方才能给你打钱）；
• 私钥加密，公钥解密（加密、解密不是同一把密钥，因此称“非对称加密”）；

为了确保通信方是正确的对象同时防止对明文进行篡改（如即确保这个信件的发件人一定是我），用的私钥加密公钥解密；而公钥加密私钥解密是为了加密内容不被第三方获取到

3、无法篡改的交易数据

仍然以“比卡丘借给熊本熊10块钱”为例，我们来看看比卡丘具体是怎样向熊本熊的地址打钱的。

1. 比卡丘对明文 “比卡丘 → 熊本熊：10円” 进行哈希加密，得到一个64位的字符串；
2. 比卡丘用自己的私钥对这个字符串再次加密，获得另一个字符串，这叫做“数字签名”；
3. 比卡丘把以下交易信息打包发给熊本熊，并广播给全网记账节点：此次交易明文、比卡丘的公钥和数字签名；
4. 熊本熊和其他节点收到这条打包消息；
5. 熊本熊和其他节点对明文进行哈希计算，得到哈希值字符串H(A)；
6. 熊本熊和其他节点用比卡丘的公钥解密数字签名，得到字符串H(B)；
7. 熊本熊和其他节点验证 H(A)＝ H(B)，交易信息为真；
8. 交易完成。

比卡丘的公钥能够解开私钥加密过的数字签名，证明了这个公钥和私钥是一对，而且都属于比卡丘，说明这条交易信息是比卡丘创建的。也就是说，熊本熊欠的是比卡丘的钱，而不是可达鸭还是其他谁的钱；而字符串 H(A)＝ H(B)，则说明在区块链网络中传递时，交易信息未被篡改。进行下一节前，我们总结一下，在公开、复杂的区块链网络中，哈希函数和非对称加密确保了交易记录没有被篡改以及确保了交易记录由正确的人发起。

五、 区块链上的区块

区块链是由挖矿产生的区块按照时间顺序连接起来的，本身是一个可以不断增长的账本数据库。具体挖矿是什么，可以参考之前写的《比特币挖矿是什么？矿工是怎样挖到比特币的？》，工作原理上可通用，都是通过计算能力挖出区块。由于系统的初始设定，不同区块链产生区块的速度不一样。比如比特币区块链大概每10分钟挖出一个区块，而以太坊区块链的出块时间约14秒。每个区块包含这段时间内产生的所有交易记录，如一个新挖出的比特币区块就包含了前10分钟内的交易信息。除此之外，还包含时间戳和前一个区块的哈希值，等等（关于区块的组成，我们在后续文章再详细了解，这里先把握基础知识）。这是很聪明的设计：每诞生一个新的区块，就会被盖上相应的时间戳，新产生的区块按照区块挖出的时间顺序连接到链条上去。这样，区块链无限延长，账本数据库也能无限扩大、容纳无穷尽的交易信息。更令人拍案叫绝的是，新区块里的每一笔交易数据，都由相应的交易发起方进行数字签名，链上所有人都可以用交易发起方的公钥（上文说过，公钥是公开的）验证该数字签名的真实性。此外，之前挖出的区块里的交易数据将永久记录在区块链上，几乎无法篡改。一个区块内含众多交易信息，然而根据哈希函数的特征，就算你只对其中一条交易数据移动一个小数点，生成的哈希值都会完全不一样，整个区块及其包含的所有交易信息都会变成无效数据。另一方面，篡改数据难于上青天，成本极高。有意者必须足够财大气粗，并且拥有至少全网51%的算力。而要达到这样的计算能力，知乎李占亮同学表示：矿机成本＋电费＋其他，成本约5.5亿RMB。综上， 在这样一个充满不信任感、危机四伏的网络环境里，区块链或许是当前解决信任问题的最佳方案（之一）。

总结

最后，我们来总结区块链的核心理念：

1. 账本分布存储于全网的节点上，某个节点账本的破坏，不会影响任何其他节点正常运作；
2. 各节点均可参与记账、共同维护区块链数据库；
3. 各节点相互监督，构建trustless（免信任的）系统。