最近無論是在技術論壇，還是群分享會，都在熱火朝天地聊著區塊鏈，那麼今天我就自己的理解和大家分享一下什麼是區塊鏈。
不得不聊的比特幣
之所以區塊鏈突然火起來，是因為比特幣在2017年年底突然暴漲，可以看到圖中從11月份開始到12月份的暴漲，加劇了人們對比特幣的認識，不過也因為投機的人多了，最近開始跌了。
可以點這裡看看它值多少錢。
比特幣其實就是一種流通於網路的虛擬貨幣。區塊鏈是比特幣的底層核心技術，因為對比特幣關注增加，間接導致人們對區塊鏈技術的興趣探索。
接下來我們還是先從比特幣源頭聊起。
從最原始的交易談起
問：如果兩個陌生人要進行遠距離交易，要怎麼保證信任？
答：通過第三方——比如某寶。
買家轉賬給第三方，賣家發貨，然後第三方付款給賣家。
這種需要第三方參與的交易模式成為“中心化交易模式”。
目前大部分的交易都是中心化模式的，比如銀行轉賬，證券炒股，證明這種模式在現實世界確實是目前最優的解決方案，但是它也有缺點。
中心化交易模式的缺點
1.必須有個可靠的中心——如果中心不可靠，帶著錢跑了怎麼辦？
2.中心要獲取不必要的個人資訊來構建信任——中心和不認識的甲乙雙方也需要構建信任，這個信任就是你的個人資訊（身份證，手機號等）。（而且這一過程也是一種資源的浪費）
3.受中心的制約——你給別人轉帳，可能因為記帳機構放假而延遲幾天到帳，可能因為記帳機構要盈利而付高額手續費，可能因為記帳機構作弊或系統崩潰而受到損失。
那麼問題來了——
能否實現在不需要第三方的情況下完成交易呢？
有人就提出了一個新方案，中本聰在2008年11月1日發表了一篇論文《比特幣白皮書：一種點對點的電子現金系統》，提出了一種完全通過點對點技術實現的電子現金系統，它使得線上支付能夠直接由一方發起並支付給另外一方，中間不需要通過任何的金融機構。
這時候去中心化借貸模型就出現了。舉個例子——
A借了B 100塊錢，這個時候，A在人群中大喊“我是A，我借給了B 100塊錢！”，B也在人群中大喊“我是B，A借給了我100塊錢！”，此時路人甲乙丙丁都聽到了這些訊息，因此所有人都在心中默默記下了“A借給了B100塊錢”。
這個時候一個去中心化的系統就建立起來了，這個系統中不需要銀行，也不需要借貸協議和收據，嚴格來說，甚至不需要人與人長久的信任關係（比如B突然又改口說“我不欠A錢！”，這個時候人民群眾就會站出來說“不對，我的小本本上記錄了你某天借了A100塊錢！”）。
在上述的模型中，所謂的“100塊錢”已經不重要了。換句話說，任何東西都可以在這個模型中交換，甚至你可以憑空杜撰一個東西，只要大家承認，你就可以讓你杜撰的東西流通。
比如我在人群中高喊一聲“我創造了1w個騰訊幣！”，我甚至不需要知道騰訊幣是什麼，也不需要關心世界上是不是真的有騰訊幣，只要大家都聽到，然後在自己的小本本上記下“A有1w個騰訊幣”，於是我就真的有1w個騰訊幣了。
從此以後，我便可以聲稱我給了某人xxx個騰訊幣，只要路人甲乙丙丁都收到並且承認了這一資訊，那我就算完成了這次交易，哪怕世界上沒有騰訊幣。
沒錯，比特幣也是這麼來的。
甲乙丙丁就是網路上的其他結點地址。
AB君就是兩個結點地址，任意兩個結點發生交易都會廣播給所有結點。
甲乙丙丁：我憑啥給你們記賬？？？
你們可能會問：“憑啥你喊一句話我就幫你記？我不要面子的嗎”。為了激勵大家幫我傳話和記賬，我決定給第一個聽到我喊話並且記錄在小本本上的人一些獎勵：你就憑空得到了50騰訊幣，這個是整個系統對你幸苦記賬的報酬，而你記錄了這句話之後，要馬上告訴其它人你已經記錄好了，讓別人放棄繼續記錄這句話，並給你自己的記錄編號讓別人有據可查，然後你再把我的話加上你的記錄編號一起喊出來，供下一個人記賬。
當這個規則定下以後，這個系統中一定會出現一批人，他們開始豎著耳朵監聽周圍發出的聲音，以搶佔第一個記賬的權利。
這個就是比特幣去中心化的運作機制，當全網任意結點發生交易時，都會有其他結點幫忙記賬。
爭取第一個記賬並獲得獎勵的行為稱為“挖礦”
- 一般十分鐘可以挖出一個區塊，這個區塊是1M容量大小，用來記著十分鐘裡的所有交易（如果沒記下來的就延後）
- 最開始挖礦獎勵50個
- 每產生21萬個區塊（大約每四年）挖礦獎勵減半一次
- 按上述規則計算，幣總量不超過2100萬個，預計2140年挖完（這也是比特幣保值的原因，不會有通貨膨脹的問題）
- 最近一次減半在2016年7月9日，2017年流通的有1600萬+
- 用於挖礦的裝置稱為“礦機”，運作的人稱為“礦工”
誰都可以說“我”有一萬個騰訊幣咯？
假設過了很長一段時間，我憑空創造的騰訊幣已經在這個系統中流通了起來，大家都開始認可了騰訊幣。但是這個系統中一共就只有1W個騰訊幣，於是有人動了壞心思，他在人群中高呼“我有1W個騰訊幣！”怎麼辦？大家是直接在本本上記下他有1W個騰訊幣麼，這樣不是人人都可以偽造了麼？
為了防止這種現象發生，我決定在我創造騰訊幣的時候給我喊的那句“我創造了1W個騰訊幣”打上標記，比如標記為001），這樣以後在每一筆交易的時候，我在高喊“我給了某某1個騰訊幣！”的時候，會附加上額外的一句話：“這1個騰訊幣的來源是記為001的那條記錄，我的這句話標記為002！”。我們再抽象一點，某人喊話的內容的格式就變成了：“這句話編號xxx，上一句話的編號是yyy，我給了某某1個騰訊幣！”，這樣就解決了偽造的問題。
其實上述模型就變成一個簡化的中本聰第一版比特幣區塊鏈協議。
比特幣的誕生
2009年1月3日，中本聰創造了第一個區塊——創世區塊，裡面有50比特幣。並附帶了一句話：
“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”，這一句話是當天泰晤士報的頭版文章標題，確認了比特幣的誕生時間。
甲乙丙丁：第一個由誰記帳誰說了算？
那你們又要問了，大家都說自己是第一個記賬的怎麼辦？
於是一種新的規則——共識演算法產生了。
列舉兩種方法：
工作量證明：我規定，只有做對一套五年模擬、三年高考試卷的第一名，才有權利記賬。
工作量證明機制是算出答案很困難，但是檢驗答案很容易的一種機制。
比特幣使用的是工作量證明，讓每個想要挖礦的計算機結點先去做一道有難度的計算題，先算出來的有權利記賬。計算難度大概使得需要花費10分鐘才能算出來。這就是為什麼前面說每10分鐘挖出一個區塊。
但是工作量證明的毛病是帶來不必要的消耗，因為只有一個人是第一名，其他人完成的工作量都是徒勞的。
因此有人提出了權益證明：
權益證明：我規定，持有騰訊幣最多且持有天數最多的人，才有權利記賬。
這個也有問題，就是強者越強的問題。
工作量證明（Proof-of-Work）
挖礦的人需要求出一個隨機值，使得：SHA256( 隨機值 + H( 區塊頭 ) ) < 某目標值
系統每產生 2,016 個區塊，會動態調整目標值（難度），使得每產生一個區塊需要約十分鐘。
難度值公式可以想象成：
新難度值 = 舊難度值 * ( 20160 分鐘 / 過去2016個區塊花費時長 )
目標值的計算公式可以想象成：
1.目標值 = 最大目標值 / 難度值
2.其中最大目標值為一個恆定值：
0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
目標值可以想象成：
0x00000000000000000000000000000000000000000000000017268d8a21a
難度的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每2016個區塊，所有節點都會按統一的公式自動調整難度，這個公式是由最新2016個區塊的花費時長與期望時長（期望時長為20160分鐘即兩週，是按每10分鐘一個區塊的產生速率計算出的總時長）比較得出的，根據實際時長與期望時長的比值，進行相應調整（或變難或變易）。也就是說，如果區塊產生的速率比10分鐘快則增加難度，比10分鐘慢則降低難度。
我們也可以簡單理解成，比特幣工作量證明的過程，就是通過不停的變換區塊頭（即嘗試不同的nouce值）作為輸入進行SHA256雜湊運算，找出一個特定格式雜湊值的過程（即要求有一定數量的前導0）。而要求的前導0的個數越多，代表難度越大。
區塊頭部結構
區塊頭裡麵包含了版本號，父塊的雜湊值，還有Merkle根，還有時間戳，還有難度值，還有nonce（number once，只有一次的數字，密碼學專用名詞）……
等等，Merkle根是什麼？？
Merkle（默克爾樹 or 梅克爾根）
Merkle是一種二叉樹，在每個區塊中有若干交易，將每個交易做一次Hash0，然後每兩個交易的Hash0再合併Hash1，再把兩個合併的Hash1再合併Hash2……用上圖舉例，就是交易1和2各自雜湊後再合併雜湊變成Hash12，再和Hash34合併雜湊變成Hash1234，再和Hash5678合併雜湊變成Hash1-8……
特點：
-
快速比較大量資料：當兩個默克爾樹根相同時，則意味著所代表的資料必然相同。
-
快速定位修改：例如上例中，如果 N4 中資料被修改，會影響到 N34，N1234 和 Root。因此，沿著 Root —>N1234 —>N34，可以快速定位到發生改變的 D1；
-
零知識證明：例如如何證明某個資料（H1-8）中包括給定內容 交易6，很簡單，構造一個默克爾樹，公佈 H1-8，H5678，H56，H6，交易6 擁有者可以很容易檢測 交易6 存在，但不知道其它內容。
算力
我們最開始說了比特幣這麼值錢，而且誰都可以去挖礦，那我們是不是現在就可以回家挖礦了呢？
理論上是的，實際上，要考慮計算機的算力（計算能力），前面我們也說了挖礦的難度很大……淘寶搜一下挖礦機，你看到的會是這樣的。
但是確實有人不幹別的，就挖礦，有的公司僱人專門維護這些礦機的正常執行。這些礦機的電力消耗可能就要幾十萬。
分叉問題
「中國上海浦東新區張衡路」上的節點和「美國紐約曼哈頓第五大道」上的節點異口同聲喊出來：“我挖到區塊了！裡面的交易都是有效的！獎勵歸我！”。其他節點也幾乎同時參與了對這兩個區塊的校驗，結果發現這倆都沒毛病。
這已經嚴重違背了區塊鏈世界裡第一大最基本原則——所有節點共同維護同一份資料。所以，為了解決這個問題，區塊鏈世界引入了一條新的規則——
擁有最多區塊的支鏈將被認可，較短的支鏈將會被直接棄掉。
我們大夥都知道挖礦的過程存在巨大的工作量，並且在計算機的矽基世界裡，不可能出現所謂 “同時” 的概念，哪怕納秒的差別，那也總是會有先後順序。所以理論上，“分叉”的這種僵局很快會在下一個區塊被挖掘出來（以及校驗區塊）的時候被打破，實在不行下下個，或者下下下個……總之機制可以讓整個分叉的區塊鏈世界迅速穩定下來。
另外，同一時間，較短分支上的區塊會立即丟棄，而裡面的交易也會隨之釋放出來，被重新標記上“未確認”。
雙花問題和51%攻擊
從前，有一個很有錢也很聰明的人——X-Man，他說：“
我是X-Man，我很有錢，擁有一個強大算力的計算機群。
我先從某個區塊創造了一條獨立的含有多個區塊的鏈條，然後裡面記錄著我轉給自己1000個比特幣。
這條獨立的區塊鏈先不廣播給全網。然後我找到張三，給了他1000比特幣買他1000萬人民幣，
當這筆交易被三次確認後（三個區塊被挖出），張三給了我1000萬。
這個時候我再把我獨立的區塊鏈條廣播出去，我的鏈變成了最長鏈，我和張三的交易就被棄掉了，但是我卻拿到了他的1000萬。”
這個就是雙花問題——即利用系統漏洞來使得貨幣重複花費。
X-Man的想法確實可行，但是他的計算機群要對抗的是全世界的計算機，除非 X-Man 擁有全網 51% 的算力，否則構想不可能實現。這就是51%攻擊，擁有51%算力已經是不太可能的事情了。
但即便 X-Man 真擁有全網 51% 的算力，在真實世界中，用這 51% 算力做其他事（比如挖礦或者其他算力服務）都比攻擊比特幣系統划算。
說了那麼多，區塊鏈到底是什麼？
區塊鏈(Blockchain)是一種防篡改、共享的、可追溯的分散式賬本資料庫技術
防篡改:單點的修改，必須通過其他多個節點共識認可後，才能成功
可追溯:區塊鏈賬本，只允許寫入，不允許刪除
共享:賬本對參與節點透明
為什麼叫“區塊鏈”？
比特幣網路裡，每十分鐘誕生一個新的區塊，區塊裡打包了網路裡最近十分鐘內產生的交易。某一個礦工做Hash運算獲得這個區塊的記錄權，同步到其他礦工節點去。
每個區塊都新增在上一個區塊的後面，形成一條長鏈條，所以稱為“區塊鏈”。
區塊鏈的技術分類
公有鏈： 1、無官方組織及管理機構維護 2、所有節點許可權一致 3、自由加入和退出
典型應用:比特幣、以太坊
（公有鏈有它的價值，但是太極端了，於是產生了稍微弱中心化一點的聯盟鏈。）
聯盟鏈： 1、由若干機構聯合進行發起和維護 2、節點許可權通常是混合型 3、通過授權加入和退出
典型應用:騰訊區塊鏈(trustSQL)
區塊鏈應用價值舉例——公益尋人
公益尋人平臺眾多，就鵝廠都不止如下：
存在的問題：
同步不及時
重複報案 & 多方撤案
解決方案：使用區塊鏈讓大家共用一個鏈條，資訊同步快，一方報案，多方廣播。
區塊鏈遊戲價值舉例——以太坊擼貓
最近在幣圈，有一款擼貓的遊戲在網路也很火（我們之所以沒有感覺到是因為這是個土豪的遊戲，我們玩不起）。
如何開始玩：玩家用ETH作為“貨幣”來買賣貓，先去市場上買一隻貓。先挑便宜的買，買貓需要手續費（為了防止以太坊區塊鏈擁堵）。
買了兩隻後：就可以讓它倆生小貓。每隻貓都有256個屬性，控制著毛色、花紋、鬍鬚、牙齒等等，可以理解成256種不同的基因。兩隻貓繁殖的時候，基因以一定的概率遺傳。基因也會突變，如果遇到基因突變，就會生出奇形怪狀的小貓。
這些小貓由於基因突變，往往能賣出高價。
每次生完小貓後，父母就會進入Cooldown模式，必須“恢復”一段時間才能繼續繁殖小貓。每隻貓恢復的時間有長有短，而且越生得多恢復的時間就越長。恢復時間長短也是影響貓價的一個因素。
如果只有一隻貓，想跟別人的貓配種，也可以到市場上看看。玩家1可以標一個“配種價”，玩家2如果想配種，需要支付給玩家1這個價格，生下來的貓歸玩家2所有。基因優秀的貓可以在配種市場上標個高價。
配種成功後，生育也需要一段時間（幾個小時不等）。小貓出生後，就可以在My Kitties頁面看到新出生的小貓。
每隻貓都有Gen標識，Gen 0表示這是創世貓，Gen 1是第一代，Gen 2是第二代，以此類推。每隔大約15分鐘，會產生一隻Gen 0的創世貓，並通過合約自動拍賣，拍賣所得進入開發商的錢包。
區塊鏈擼貓和雲擼貓有啥區別？
最大的區別是，遊戲規則確立後，你的貓永遠是你的貓，開發商無權也無法剝奪任何人的貓。而云擼貓是一箇中心化的遊戲，所有的貓都登記在開發商的資料庫中，開發商可以隨時篡改、剝奪任何人的貓，開發商也可以任意給自己建立高價貓。想想看，線上遊戲中的道具不過就是開發商自己建立並拿來出售的數字資產，沒有任何方式可以保證開發商不作弊。
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