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這是司馬特小分隊(duì)第11篇原創(chuàng)文章

最近幣圈真的火的一塌糊涂，之前的比特幣瘋漲（總計(jì)7年瘋漲100余萬倍）、到現(xiàn)在周邊朋友同事人人都在談?wù)摯鷰?，甚至那批征?zhàn)股市多年的大媽們都已經(jīng)開始**入市了，看來2018年的最牛熱點(diǎn)非比特幣之流莫屬啊。

——小試牛刀之區(qū)塊鏈篇——

說到比特幣，不得不說區(qū)塊鏈，兩者什么關(guān)系呢？比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的一種應(yīng)用。

那么區(qū)塊鏈技術(shù)是什么呢？我們可以把它理解成一種分布式賬本。賬本是用來記賬的，只不過它是一種電子賬本，需要服務(wù)器來記錄數(shù)據(jù)。而分布式的概念其實(shí)IT行業(yè)一直都有，即去中心化，這里指由多個服務(wù)器節(jié)點(diǎn)完成記錄，而非某一個中心化（比如銀行、或者支付寶）平臺單獨(dú)記錄。所以簡單概括下：區(qū)塊鏈1.0是由多個服務(wù)器節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)記錄的技術(shù)。

目前與智能合約結(jié)合的區(qū)塊鏈2.0也是非常常見了，比如以太坊。

智能合約又是啥？舉個非常容易理解的例子售貨機(jī)：我放一美元進(jìn)去，就會觸發(fā)讓我選商品的選項(xiàng)，選擇以后售貨機(jī)的可樂就會掉下來，這就是智能合約。一旦合約設(shè)定的某個條件被觸發(fā)，就會執(zhí)行相應(yīng)的動作。

而以太坊是一個能夠在區(qū)塊鏈上實(shí)現(xiàn)智能合約、開源的底層系統(tǒng)，類似于計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，N多程序猿可以在上面編程開發(fā)應(yīng)用。

沒有一個東西是莫名其妙出現(xiàn)的，區(qū)塊鏈的出現(xiàn)也必然是為了解決某些問題。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲一旦出現(xiàn)丟失、竊取、損壞會比較麻煩，因?yàn)閿?shù)據(jù)都是個人單獨(dú)存儲的，很多甚至都沒有備份，而區(qū)塊鏈很好的解決了這個問題，因?yàn)槟呐履愕臄?shù)據(jù)丟了，其他所有人依然存儲著數(shù)據(jù)（包括你的數(shù)據(jù)），他們只要把數(shù)據(jù)同步給你就可以了，所以媽媽再也不用擔(dān)心我了～

既然每個人都存儲著全網(wǎng)所有數(shù)據(jù)，那么是不是就意味著我的賬戶上有多少錢別人也能看到？哎呀媽，這不是要被大家發(fā)現(xiàn)我“負(fù)二代”的身份了?。。?！

別慌，區(qū)塊鏈當(dāng)然考慮到了這點(diǎn)，他采用了哈希摘要的方式，也就是說別人只能看到一串字符串摘要（比如1234567ABC），但并不能拿到隱藏在背后的信息，比如“我在1月5日借了隔壁老王250元”。哈希摘要是什么原理，且聽我后面分解。

那聰明的你又會問：我借了老王250元，但是如果老王竄通樓上的小紅、小白、小綠等一眾小三一起造假記錄“我借了老王500元”，那可怎么辦？因?yàn)樵谥行幕墓芾砟Ｊ较?，比如支付寶，他的造假成本是非常高的，理論上他也不可能會去造假。但是在沒有中心化機(jī)構(gòu)的記賬模式下，如何保證記錄的信息是真實(shí)可靠的？而不是虛假偽造的？

那是因?yàn)椋好看谓灰讛?shù)據(jù)都會傳給系統(tǒng)中的各個節(jié)點(diǎn)，大家都會在自己的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行記錄，如果有人偽造，而其他人按照正確的進(jìn)行記錄，一旦超過50%的節(jié)點(diǎn)認(rèn)為這個記錄不可靠，那么這個數(shù)據(jù)包包含的交易肯定有錯誤，是不被認(rèn)可的。篡改數(shù)據(jù)也是一樣的道理。

那么區(qū)塊鏈到底是怎么記賬的？

假如有這樣一條交易信息：

區(qū)塊鏈通過哈希函數(shù)y=hash（x）算出哈希值，這個過程就可以簡要的理解為記賬。其中第一頁賬本中的輸入值 x 包括（賬本序號、記賬時(shí)間、交易記錄），相信大家應(yīng)該都知道，這些都是記賬中的必要字段，缺一不可。而第二頁賬本的輸入值 x 包括（上一頁的哈希值、賬本序號、記賬時(shí)間、交易記錄）。算出的哈希值代表著一個區(qū)塊，就像你的身份證號碼代表著你一樣。

從中可以看出每個區(qū)塊都是互相聯(lián)系的，就像鏈子一樣一環(huán)扣著一環(huán)，這樣的區(qū)塊鏈就構(gòu)成了一個便于驗(yàn)證（只要驗(yàn)證最后一個區(qū)塊的Hash值就相當(dāng)于驗(yàn)證了整個賬本），不可更改（任何一個交易信息的更改，會讓所有之后的區(qū)塊的Hash值發(fā)生變化，這樣在驗(yàn)證時(shí)就無法通過）的總賬本。所以看到大家是不是對整個區(qū)塊鏈概念已經(jīng)豁然開朗了～

圖：這里附上一張總圖方便大家理解

——最火應(yīng)用比特幣基礎(chǔ)篇——

其實(shí)比特幣是早于區(qū)塊鏈被大家所知曉的，就像大家知道了蘋果手機(jī)，用起來后才開始了解蘋果系統(tǒng)非常好用一樣，正因?yàn)楸忍貛诺木薮笫袌?，很多人開始關(guān)注其中的本質(zhì)——區(qū)塊鏈技術(shù)，并將其應(yīng)用在其他領(lǐng)域。作為目前最火的應(yīng)用，比特幣到底和區(qū)塊鏈有什么關(guān)系呢？

我們前面已經(jīng)講過：

區(qū)塊是包含了一定時(shí)間內(nèi)若干筆交易數(shù)據(jù)及時(shí)間戳的數(shù)據(jù)塊

那么以比特幣為例：

1、 比特幣的本質(zhì)是什么？它和區(qū)塊的關(guān)系？

2、比特幣系統(tǒng)中，區(qū)塊記錄了哪些信息？

3、 怎么生成區(qū)塊？

4、 怎么鏈下去？

5、 誰來記錄這些數(shù)據(jù)呢？

6、如何確認(rèn)區(qū)塊的有效性？

7、 為什么會形成分叉？

8、區(qū)塊鏈為什么不可篡改？

接下來跟著馬特的思路，我們逐步揭開事件的真相：

1、比特幣的本質(zhì)是什么？它和區(qū)塊的關(guān)系？

比特幣的本質(zhì)是一種虛擬幣，他其實(shí)并沒有和現(xiàn)實(shí)中的任何一個實(shí)體幣有關(guān)系。馬特依然給大家舉個通俗易懂的例子，像支付寶余額，他其實(shí)代表著是你在支付寶存的錢，這個錢是可以以**的形式取出來的，是以實(shí)體幣作為背書的，所以他是有價(jià)值的。但是比特幣并沒有以實(shí)體幣或是某種實(shí)物作為背書，或者說標(biāo)的，理論上來講他并沒有價(jià)值。

它和區(qū)塊啥關(guān)系？

區(qū)塊只是記錄了比特幣交易的數(shù)據(jù)，當(dāng)然區(qū)塊中還包含其他信息，只是最重要的就是比特幣的交易信息～

2、比特幣系統(tǒng)中，區(qū)塊記錄了哪些信息？

簡單來講，區(qū)塊有一個區(qū)塊頭，有一個區(qū)塊體

我們簡單介紹下：

2.1、哈希值前面講過是類似于a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（十六進(jìn)制）這樣一串字符串，轉(zhuǎn)成二進(jìn)制就是 256 位。

哈希值可以理解為一個區(qū)塊的標(biāo)識，所以每個區(qū)塊的哈希值是不一樣的。

比特幣中的區(qū)塊哈希值大概是這么算出來的（原諒我也不知道具體的函數(shù)公式是怎么樣的）：

h0 = Hash(A || Nonce0)

h1 = Hash(B || h0 || Nonce1)

從一個簡易版的公式可以看出下一個區(qū)塊的哈希值h1是根據(jù)上一個區(qū)塊的哈希值h0、當(dāng)前區(qū)塊的待確認(rèn)的交易信息B、Nonce值Nonce1（隨機(jī)數(shù)）綜合計(jì)算得出的?？梢钥吹胶颓懊鎱^(qū)塊鏈中的介紹的略有不同，但是本質(zhì)一樣。

另外我們需要了解哈希函數(shù)有幾個特點(diǎn):

• 同樣的原始信息用同一個哈希函數(shù)總能得到相同的摘要信息

• 原始信息任何微小的變化都會哈希出面目全非的摘要信息

• 從摘要信息無法逆向推算出原始信息

2.2、難度目標(biāo)是什么，為什么會有難度目標(biāo)？

因?yàn)樵诒忍貛诺氖澜缋锸沁@樣設(shè)計(jì)的：

每個節(jié)點(diǎn)在計(jì)算hash值時(shí)，如果所計(jì)算出的hash值小于目標(biāo)值，則這個節(jié)點(diǎn)才可以宣布解出謎題，打包出區(qū)塊，并向全網(wǎng)傳輸。通過這個計(jì)算，系統(tǒng)將區(qū)塊生成速度限定為約10分鐘/塊

但是隨著算力（計(jì)算的節(jié)點(diǎn)）增加，區(qū)塊生成會越來越快，假設(shè)上周區(qū)塊平均生成速度為9分鐘，那么本周算法難度（目標(biāo)值會相應(yīng)減小來增加難度）會上浮10%，以確保區(qū)塊生成速度平均為10分鐘/塊，說白了就是動態(tài)調(diào)整計(jì)算難度來保持恒定的區(qū)塊生成速度。

此外那個Nonce值隨機(jī)數(shù)其實(shí)就是計(jì)算中不停的枚舉、試錯，最后找到那個滿足目標(biāo)值的Nonce值。

區(qū)塊體：一個區(qū)塊第一個交易規(guī)定為coinbase交易。

普通交易：

這里有很多數(shù)據(jù)、參數(shù)，看不懂沒關(guān)系，后面都會講到，大家只要知道區(qū)塊體是記錄交易數(shù)據(jù)為主的就行～

那么這些表格里要求的數(shù)據(jù)是怎么產(chǎn)生的？

比如A把10個比特幣轉(zhuǎn)給了B，那么這就是一筆交易，就會記錄下來這筆交易的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。聰明的小伙伴們可能會問：那如果沒有交易呢？那就沒有交易唄，那就不存交易信息，但是依然會生成區(qū)塊。因?yàn)楸忍貛畔到y(tǒng)中大概設(shè)定的是每10分鐘左右一定會生成一個區(qū)塊。

3、區(qū)塊是怎么生成的？

前面也講了，區(qū)塊其實(shí)就是一串字符串，他是根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的交易數(shù)據(jù)、時(shí)間戳、哈希值、難度、Nonce值等組合而成并記錄到節(jié)點(diǎn)上（也即某一臺服務(wù)器中）

4、誰來記錄這些數(shù)據(jù)呢？

答案是礦工，你可以理解為一個節(jié)點(diǎn)或一個人，礦工來幫你在他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)塊的記錄。

那它憑什么幫你？

因?yàn)樗惺找嫜剑瑓^(qū)塊鏈的創(chuàng)始人在創(chuàng)造它的時(shí)候就規(guī)定了：礦工通過生成區(qū)塊可以獲得一定的比特幣獎勵。假如某一天比特幣全部發(fā)完了，那么就會用交易傭金、或者叫手續(xù)費(fèi)來獎勵礦工。所以理論上來說，只要收益高于成本，就會有人愿意幫忙記賬，反過來說只有礦工不斷的努力工作，整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)才能不斷延續(xù)下去。

5、區(qū)塊怎么鏈下去？

每生成一個區(qū)塊時(shí)，都必須以上一個所有節(jié)點(diǎn)公認(rèn)的區(qū)塊作為父區(qū)塊，本區(qū)塊中也必須帶上父區(qū)塊的哈希值，確保只有一條主鏈。那么問題又來了，怎么讓一個區(qū)塊大家都認(rèn)可？這到底是怎么實(shí)現(xiàn)的？

其實(shí)很簡單，在這樣一個全網(wǎng)數(shù)據(jù)公開的環(huán)境中，每個礦工都在算一個目標(biāo)值以下的哈希值，如果A算出來了，他會馬上播報(bào)給全網(wǎng)，如果A是全網(wǎng)第一個算出來的，那么毫無疑問，大家都認(rèn)可他作為本區(qū)塊，其他礦工自動放棄，開始以他為父區(qū)塊進(jìn)行下一個區(qū)塊的計(jì)算。

但是聰明的你又會問：如果同時(shí)有多人在同一個時(shí)間算出來呢？或者說廣播傳到B那里經(jīng)過了一定時(shí)間，B在此之前已經(jīng)生成了一個區(qū)塊，那到底B是以A傳過來的區(qū)塊為準(zhǔn)還是以自己的為準(zhǔn)呢？

這就引發(fā)出了另一個問題：如何確認(rèn)區(qū)塊的有效性？

6、如何確認(rèn)區(qū)塊的有效性？

系統(tǒng)考慮了這個問題并規(guī)定了一個策略：那就是6次確認(rèn)，即包含交易數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈已經(jīng)創(chuàng)建了6個區(qū)塊以后，這筆交易（第一個區(qū)塊中記錄的這幣交易）獲得了6次確認(rèn)，那么這個區(qū)塊被廢棄的可能性就無限趨于0了（別問我為什么，中老濕通過科學(xué)的驗(yàn)證后得出的），即這筆交易被記錄且不可篡改。

7、 為什么會形成分叉？

回到5中提到的，區(qū)塊生成后，會同步傳輸給其他節(jié)點(diǎn)。如果在傳輸過程中，其他還未被同步的節(jié)點(diǎn)同時(shí)生成了一個區(qū)塊，那么一條主鏈就會形成分叉。分叉里又有一種情況叫雙花。

什么是雙花？假設(shè)A只有5比特幣，A將5比特幣交易給B，在交易確認(rèn)前，又將5比特幣交易給C，那么將有礦工決定這5比特幣最終交易給了誰。如果此時(shí)兩個礦工同時(shí)生成了區(qū)塊，在分叉的兩條線路中，其中一條給了B，一條給了C，這就形成了雙花。

形成雙花怎么辦？比特幣的處理方法是在這兩條分叉的區(qū)塊鏈下，由礦工繼續(xù)進(jìn)行挖礦行為。當(dāng)多條鏈路同步給某個節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)會選擇鏈路更長的一條，交易給B的區(qū)塊后已經(jīng)創(chuàng)建了3個區(qū)塊，交易給C的區(qū)塊后只創(chuàng)建了2個區(qū)塊，那么此時(shí)，節(jié)點(diǎn)廢棄第二條鏈路，選擇第一條。當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)做出選擇時(shí)，全網(wǎng)的賬單就統(tǒng)一了。

關(guān)于分叉，我們再做個詳細(xì)的解釋方便大家理解：

比如某個區(qū)塊h1生成后，A節(jié)點(diǎn)根據(jù)h1在10分鐘的時(shí)候生成h2，然后開始向全網(wǎng)傳播，然后傳了2分鐘（事實(shí)上并沒有那么久，因?yàn)橐粋€區(qū)塊也就1M，按照100M的網(wǎng)速花不了幾秒），也就是在12分鐘的時(shí)候傳到B節(jié)點(diǎn)，但是B節(jié)點(diǎn)在11分鐘的時(shí)候生成h3，那么這個時(shí)候到底是以h2還是h3為下一個區(qū)塊呢？我們暫且假設(shè)一部分人優(yōu)先聽到h1，包括A、A1、A2、A3.。。。。A9共10個節(jié)點(diǎn)，另一部分優(yōu)先聽到h2，包括B、B1、B2、B3、。。。B9共10個節(jié)點(diǎn)；然后大家開始瘋狂計(jì)算下個節(jié)點(diǎn)，此時(shí)A3最快計(jì)算出h3，于是廣而告之，這時(shí)除非B～B9在聽到h3之前算出h4，否則只能以h3作為下一個區(qū)塊，然而h3并不是基于h2算出來的（事實(shí)上是基于h1算出來的），數(shù)據(jù)對不上了，于是B～B9啪啪啪打臉，認(rèn)h3為真正的下一個區(qū)塊，同時(shí)h2的分支則被無情拋棄，大家開始以h3作為父區(qū)塊計(jì)算下一個區(qū)塊了

這里聰明的小伙伴可能已經(jīng)考慮到了：

如果區(qū)塊生成速度過快，那么出現(xiàn)分叉的可能性就會很高，假設(shè)區(qū)塊鏈中有1000個節(jié)點(diǎn)，如果有兩個分叉，則平均每個分叉有500個節(jié)點(diǎn)，此時(shí)只需要超過250個節(jié)點(diǎn)，就可以控制其中一條分叉（51%攻擊）。區(qū)塊生成速度越快，出現(xiàn)分叉的可能性越高，風(fēng)險(xiǎn)也就越高。因此綜合考慮系統(tǒng)控制10分鐘左右生成一個新區(qū)塊。如果全網(wǎng)的區(qū)塊節(jié)點(diǎn)越來越多時(shí)，分叉的可能性也更高

8、區(qū)塊鏈為什么不可篡改？

我們做個假設(shè)：假如區(qū)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)被該節(jié)點(diǎn)篡改，那么他對應(yīng)的哈希值就會變化（生成新的分支），新的分支區(qū)塊會播報(bào)給所有節(jié)點(diǎn)，此時(shí)如果其他節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)記錄的區(qū)塊數(shù)大于播報(bào)給他的新分支的節(jié)點(diǎn)數(shù)（或者說所有區(qū)塊的哈希值與傳過來的不匹配），顯然大家都會選擇鏈路更長的一條，因此新分支不被承認(rèn)，自動廢棄。（請認(rèn)真思考這段話）

那么此時(shí)問題又來了，如果超過50%的節(jié)點(diǎn)都竄通起來一起篡改呢？話說真有這種算力的團(tuán)伙，只能說這個系統(tǒng)已經(jīng)**控了，沒救了，大家自然會放棄它。而且按照比特幣現(xiàn)在的節(jié)點(diǎn)數(shù)來看，要掌控50%以上的

節(jié)點(diǎn)那基本上是富可敵國，哦不，富克敵好幾國了，基本可能性為0！

總結(jié)：

看了上述的介紹，相信大家應(yīng)該已經(jīng)了解比特幣的基本運(yùn)作邏輯了，目前其他代幣也基本上是這樣一套原理，那么我們來總結(jié)下他的優(yōu)缺點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

1、缺乏時(shí)效性：交易確認(rèn)時(shí)間長。

2、安全性問題：比特幣發(fā)展至今，已經(jīng)擁有足夠多的節(jié)點(diǎn)以防止數(shù)據(jù)被篡改，而市面上新發(fā)行的各種貨幣，仍會因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)量過少而缺乏安全性。

3、能源消耗大：全球那么多節(jié)點(diǎn)同時(shí)在計(jì)算一件事件，重復(fù)勞動下所消耗的能源極大，并且最終在區(qū)塊鏈的某個位置，只有一個節(jié)點(diǎn)計(jì)算出區(qū)塊是真正有效的，也就是說其他節(jié)點(diǎn)計(jì)算中所消耗的能源全部無效，造成了極大的能源浪費(fèi)。

4、難以最終做到去中心化：前面說生成區(qū)塊需要做大量的計(jì)算，那么擁有更多算力的人更有可能在這個過程中獲得礦工獎勵。按照20%的人掌握全世界80%的資源這個規(guī)則，最終比特幣80%的節(jié)點(diǎn)將最終掌握在20%的機(jī)構(gòu)或人手中，這樣去中心化的意義就不存在了。只能說是多中心化。

優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然是去中心化的數(shù)據(jù)公開、不可篡改性等

對于區(qū)塊鏈和比特幣的基本原理介紹基本到這里就差不多了，你全部看懂并理解了嗎？如果還有疑問，可以留言問我們，我們將認(rèn)真回復(fù)每個問題。

下一篇的主題將是“比特幣進(jìn)階”和“聯(lián)盟鏈、側(cè)鏈”等一系列延伸產(chǎn)物的深度解析。

歡迎大家關(guān)注“司馬特小分隊(duì)”公號，不錯過進(jìn)階篇，才能真正了解區(qū)塊鏈和比特幣