区块链技术学习总结

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-11-13 14:29 468阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *   *  （1）比特币特性
             *  （2）区块链认识
             *  （3）工作量证明共识机制
             *  （4）比特币的 hash 算法

#### （1）比特币特性 ####

去中心化。这意味着没有中心的服务器，不受某个人的控制，整个系统直接由用户端的电脑构成。这样的技术难度是非常大的，并不像手机 App 或是小网站一样，你想发布就发布，这需要有人来跟你一起玩。  
数据防篡改。所有交易记录全量保存，并公开给所有的人，而且还被加密和校验。并不是数据不能被篡改，而是数据被篡改的成本非常大。  
固定的发行量。不会像国家中央银行那样乱印钞票，造成通货膨胀。

相信区块链的人都相信，可以通过区块链这个技术来改变整个社会的组织形成——不再需要银行、中介机构、电商平台、支付宝等中间机构，人们可以通过一个不受任何人控制和操作的 P2P 金融系统，进行完全自由和可信的交易。  
当然，反区块链的人的观点也很明确。他们认为，所谓的去中心化看似很美好，但实则不可能。而且从目前的区块链的应用来看，也没有颠覆什么，连迹象都没有。反而，大家都在疯狂地炒作概念，没有实质的价值。像 ICO 和交易所这样的东西里面充满了大量的投机主义，泡沫非常大。

#### （2）区块链认识 ####

区块链又叫 blockchain，其中有一个一个的区块，每个区块中包括着一组交易信息，然后，每一个区块都会有一个 ID（或是一个地址），这些区块通过记录前一个区块的 ID 来形成一条链。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L09jdG9wdXMyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

1、每个块的 ID 都是通过其内容生成的，所以，只要是内容有一丁点儿的变化，这个 ID 都会完全不一样。

2、而生成 ID 的内容中还包括上一个块的 ID。于是只要上一个块的内容变了，其 ID 也要跟着变（不然就不合法了），那么后面指向这个块的 ID 也要变。于是，后面指向这个块的 ID 也要重新计算，而变成另一个，这样就会形成一个连锁效应——一个块被修改，后续的所有块都要跟着一起改。于是导致了修改成本的提升。

3、这种一处改，处处改的方式，并不代表不能篡改，而只是让修改面比较大，让你的改动麻烦一点。

4、越旧的区块的篡改会造成越大面积的修改，于是越旧的区块就不容易篡改，就越安全。反之，越新的区块就越不安全。

#### （3）工作量证明共识机制 ####

分布式网络的数据一致性是最难的问题了，在这种去中心化的网络集群下就更难了。其中最大的本质差别是，一个公司内的分布式系统中的结点是被假设成可信任的，而在去中心化的网络下，结点要被假设成不可信任的。

以谁的数据为准？ 任何结点都可以修改自己所下载的账本，也就是任何一个人都可以伪造账本。那么，谁的数据才是对的？在去中心化的网络下，我们只能认为，大多数人认识的数据是对的。只要我控制了一半以上的结点，我让这“大多数人”伪造同一份账本，那么相当于整个账本都被我修改过来了。因为在没有服务器的去中心化的网络下，所谓的真理只不过是大多数人同意的东西。

比特币使用了 Proof-of-Work 工作量证明机制，也就是“挖矿”。所谓的“挖矿”其实就是用大规模的计算来找到一个符合系统要求的区块 ID。要找到符合条件的区块 ID 只能通过暴力穷举的方式，所以要付出大量的系统计算资源和电力。

应用分析：  
修改几乎变得不可能。试想，如果生成一个区块需要大量的长时间的计算力。也就是在世界上最好的电脑集群下计算 10 分钟才能打好一个包。那么，当我们要去修改数据内容的时候，这个过程也是一样的。前面说过，如果你要伪造一个块，那么你就要修改后面所有的块，修改一个块的成本如此之高，那么修改整个链的成本也就非常之高了。  
能掌握 51% 的算力的人变得几乎不可能。除了伪造一条链的成本很高，还要控制大多数人的算力，这意味着需要巨额的资金投入。这两个难度加起来，几乎不太可能。  
解决分歧。一方面，这么大的工作量找出来的区块 ID，已经有效地降低了大家有意见冲突的概率。另一方面，就算是出现了合法冲突的区块（同时出现了多个合理的区块，即区块链出现分支 / 分叉），也就是多个合法的账本。而因为挖矿的成本太高，导致要同时跟进多个账本是不可能的，所以矿工们只能赌跟其中一个。大多数人所选择的那一个分支的链就会越来越多，于是另外一边也就无人问津，从而作废了。

#### （4）比特币的 hash 算法 ####

一个区块保存的信息基本如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L09jdG9wdXMyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

区块链就像一个单向链表，通过追溯前一个块的地址，把所有的数据块存成了一条链。所以，我们叫其 BlockChain  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L09jdG9wdXMyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

每个数据块的“地址”的编码使用了计算机上的一个算法 Secure Hash。有人音译为“安全哈希”，也有人意译为“安全散列”。区块链用的是 SHA-256 这个算法。  
基本流程：  
1、根据上图描述，假设左边第一张图为区块A，此时区块A已经形成，开始构建区块B  
2、将区块A的内容即数据集合和区块地址即000007cabfa 做哈希运算，得到当前区块的地址ID为000008acbed，如上面左边第二张图所示  
3、如果前置数据块中的数据改了，那么其 hash 就会完全不一样了，也就是说你的 ID 或地址就变了，于是别人就找不到这个数据块了；  
4、所以，你还要去修改别人数据块中指向你的地址，但是别人数据块中指向你的地址（ID/hash）变了，也会导致他自己的地址（ID/hash）随之变化。因为他用你的地址生成了自己的地址，这样一来，你就需要把其他人的地址全部改掉。

在这样的连锁反应下，你想要偷偷修改一个 bit 的难度一下就提高很多。所以，在区块链的世界里，越老的区块越安全也越不容易被人篡改，越新的区块越不安全也越容易被人篡改。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L09jdG9wdXMyMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

上图是区块链的协议格式。  
其中 Version，Previous Block Hash，Merkle Root，Timestamp，Difficulty Target 和 Nonce 这六个数据字段是区块链的区块数据协议头。后面的数据是交易数据，分别是：本块中的交易笔数 H 和交易列表  
对这六字段进行 hash 计算，就可以得到本区块的 hash 值，也就是其 ID 或是地址。其 hash 方式如下（对区块头做两次 SHA-256 的 hash 求值）：  
SHA-256(SHA-256 (Block Header))

比特币对这个 hash 值是有要求的，其要求是那个 Bits 字段控制的，然后你可以调整 Nonce 这个 32 位整型的值来找到符合条件的 hash 值。我们把这个事情叫做“挖矿”。

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