区块链工作原理（区块链治理系统、比特币、以太坊、智能合约）

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Blockchain Governance System

每个国家或者城市都有自己的一套治理系统来创建、更新和执行法律。区块链也都有自己的治理系统。总的来说，区块链治理可分为两类：

• On-Chain Governance
• Off-Chain Governance

On-Chain Governance

链上治理是一个管理和实施加密货币区块链变化的系统。在这种类型的治理中，制定变化的规则被编码到区块链协议中。开发者通过代码更新，就可以做出相应变化，每个节点投票决定是否接受或拒绝该决定。

我们先大致回顾一下一个区块链的大致工作流程：

区块链网络是一个包含分布式账本的系统，类似于共享数据库。交易被记录在区块链上，并与所有参与者共享。每当进行一项新的交易时，需要在区块链上添加一个新的区块。然而，需要遵循一些共识协议才能使交易被视为有效。矿工（miner nodes）验证数据以确保它是准确的。

一旦矿工完成了他们的验证过程，结果就会提交给网络。在其他节点或参与者审查并达成共识后，一个新的区块被添加到网络中。矿工通常为他们的努力获得某种类型的补偿，这依赖于工作量证明（PoW）机制。

与非正式的治理系统不同，链上治理使用离线协调和在线代码修改的结合来实现变化，它仅在线上工作。对区块链的改变是通过代码更新提出的。对区块链进行修改的改进建议必须由开发者提交。一个主要由开发人员组成的核心小组负责协调和达成利益相关者之间的共识。通常情况下，区块链的治理涉及以下利益相关者（stakeholders）：

• Miners：参与共识、验证过程。矿工通过挖掘新区块和验证交易来赚取收入。基础区块链上的交易越多，矿工通过服务区块链所能获得的潜在收入就越多。
• Developers：负责区块链的核心算法，开发者主要关心两件事，一是他们所研究的区块链被使用，二是基础资产的价格上涨。
• Users or participants：使用和投资各种加密货币。

在这个过程中，利益相关者被提供经济激励（incentives）来参与。例如，每个节点可以通过投票获得整体交易费用的分成，而开发者则通过某种资金机制获得奖励。

如果提议的某个行为达成共识，那么区块链便会自动执行该变化。对于链上治理来说，天下兴亡、匹夫有责，区块链的治理是由每个利益相关者投票决定的，是相对去中心化的。

Off-Chain Governance

链下治理与 "链上治理 "不同，决策是在区块链的底层代码库之外非正式的进行的。

链下治理看起来与政治行为很相似。各种利益集团试图通过一系列的协调游戏来控制网络，他们试图说服其他人支持他们。并没有代码约束这些团体的具体行为，而是在其他利益相关者的已知偏好下，选择符合自己最佳利益的行为。

然而，链下治理是相对集中的，它会排除许多缺乏技术知识或财力的主流用户。

因此，总结一下，我们可以将链上治理理解为嵌入区块链协议本身的算法，而将链下治理理解为是在非正式的区块链协议之外进行的指导和监督，Tezos 是前者的一个例子，而比特币和以太坊则属于后者。

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BitCoin Blockchain

与大多数货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，它依据特定算法，通过大量的计算产生，比特币经济使用整个 P2P 网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。P2P 的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值。基于密码学的设计可以使比特币只能被真实的拥有者转移或支付。这同样确保了货币所有权与流通交易的匿名性。

百度百科

比特币 (BTC) 是第一批公开的使用了区块链概念的加密货币平台之一。它有如下特性：

我们可以转账BTC 并记录这些比特币区块链的交易。 可以转移的最小 BTC 数额是0.00000001 BTC，这个数额叫作 Satoshi：

$$1Satoshi=\frac{1}{100000000}BTC$$

BTC 可以用来转移资产 “价值”，或者它可以作为奖励支付给矿工。

比特币区块链的工作流程：

1. 某个节点向邻居节点发起一笔交易
2. 邻居节点检查这笔交易
3. 同时，包括矿工在内的所有节点都会把这个交易加入到未验证的交易池中
4. 矿工节点收集一些类似交易后就开始挖矿（出块）
5. 包括矿工在内的全节点检查该区块的不同字段及其有效性
6. 节点将验证正确的区块添加到他们的账本副本中

一个区块主要包含三部分：

• Outer header：由区块大小和区块识别信息组成
• Block header：由区块版本、时间戳、散列目标、父区块散列和 Merkle 树根等信息组成
• Block body：所有的交易与交易计数器都被集成在 Block body 中

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Ethereum Blockchain

以太坊（Ethereum）是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，通过其专用加密货币以太币（Ether，简称“ETH”）提供去中心化的以太虚拟机（Ethereum Virtual Machine）来处理点对点合约。

百度百科

• 公共可用的加密货币
• 以智能合约的形式将业务逻辑纳入区块链网络
• 使用工作证明（PoW）共识算法的变体，名为 Ethash（以太坊 2.0 使用 PoS）
• 参与节点需要安装以太坊虚拟机（EVM）来执行智能合约
• 建立在 P2P 网络之上

以太坊中有三种类型的用户：

• Contract Account (CA)：普通用户，可以在彼此之间进行交易
• Miners：负责挖矿
• Externally Owned Account (EOA)：EOA 可以与另一个 EOA 进行交易，它们可以调用 CA 的功能，也可以创建一个新的智能合约

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Properties of Blockchain System

Smart Contracts

智能合约是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转。它是编程在区块链上的汇编语言。通常人们不会自己写字节码，但是会从更高级的语言来编译它。

智能合约可以被大致分为两类：

• Deterministic smart contracts：智能合约的执行不依赖于外部数据或事件。
• Non deterministic smart contracts：智能合约的执行依赖于外部数据

Scalability Issues in Blockchain Systems

我们可以从许多方面来考虑可扩展性的问题：

• 当我们增加区块链节点的数量时，区块链系统的可扩展性有多大？
• 当交易数量增加时，区块链系统表现如何？
• 当账本的存储量增加时，区块链系统表现如何？

随着时间的推移，新的区块不断增加，账本的规模会不断扩大，当把区块链应用于某些没有高存储容量节点的通信网络时，保存账本的完整副本可能是个很棘手的问题。

区块链系统的性能可以用区块链每秒钟处理的交易数量来衡量。有几个因素影响它的交易处理能力：

• 每个区块包含的交易数量，数量越多，吞吐量越大
• 交易速度，需要高效和快速响应的共识算法。
• 区块的相互到达时间，块之间的到达时间尽可能短

增加交易容量的另一个可能的方法是将交易从主区块链搬移到侧链上。

为方便数字资产在不同区块链间互相转移，侧链（Sidechain）技术应运而生。简单地说，侧链就像是一条条通路，将不同的区块链互相连接在一起，以实现区块链的扩展。侧链完全独立于比特币区块链，但是这两个账本之间能够“互相操作”，实现交互。

百度百科