緣起
談起區(qū)塊鏈不得不提到比特幣，2008年中本聰在 比特幣: 一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng) 一文中首先提出比特幣，初衷很明確：希望這套系統(tǒng)不依賴任何一個(gè)中心，因此它是一個(gè)分布式系統(tǒng)，區(qū)塊鏈的概念正是在中本聰設(shè)計(jì)比特幣系統(tǒng)的時(shí)候第一次提出，比特幣項(xiàng)目也是區(qū)塊鏈技術(shù)目前為止落地應(yīng)用最成功的一次。
本質(zhì)
本質(zhì)上來說，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫，這個(gè)數(shù)據(jù)庫維護(hù)了一個(gè)不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)記錄列表。區(qū)塊鏈這個(gè)詞拆開來看，一個(gè)區(qū)塊，一個(gè)鏈，區(qū)塊里存放的是數(shù)據(jù)，鏈?zhǔn)怯脕韺^(qū)塊串聯(lián)起來。如下圖所示：
區(qū)塊
區(qū)塊里存放的是數(shù)據(jù)，每個(gè)區(qū)塊包括兩部分
區(qū)塊頭：記錄當(dāng)前區(qū)塊的特征值
區(qū)塊體：記錄實(shí)際的交易數(shù)據(jù)
區(qū)塊頭主要包括的特征值如下：
Version：版本號(hào)
Previous Block: 前一個(gè)區(qū)塊頭的hash值
Number Of Transactions：交易數(shù)
Timestamp：時(shí)間戳
Nonce：隨機(jī)數(shù)
Merkle Root：區(qū)塊體根節(jié)點(diǎn)hash值
交易的記錄存儲(chǔ)在區(qū)塊體中，區(qū)塊體的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是一顆二叉樹，稱為默克爾樹，在這棵樹中葉子節(jié)點(diǎn)存放的是交易數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的hash值，兩個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的hash值生成父節(jié)點(diǎn)；直至生成根節(jié)點(diǎn)，就是默克爾樹根節(jié)點(diǎn)(Merkle Root)
可以打開此鏈接查看一個(gè)比特幣區(qū)塊完整的詳細(xì)信息
鏈
區(qū)塊頭里存放著上一個(gè)區(qū)塊的hash值順序成為一個(gè)鏈條，區(qū)塊鏈的概念就是這一樣來的。
工作流程
理解了交易記錄，區(qū)塊，鏈等概念，我們來看下底層區(qū)塊鏈的工作流程
1. 交易發(fā)生
2. 節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽交易記錄
3. 驗(yàn)證記錄并將合法記錄加入到節(jié)點(diǎn)內(nèi)存區(qū)
4. 計(jì)算出區(qū)塊并廣播全網(wǎng)形成共識(shí)
5. 產(chǎn)生的新的區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈中
6. 重復(fù)2-5
共識(shí)算法
區(qū)塊鏈技術(shù)是基于分布式系統(tǒng)，為了保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步，我們需要一個(gè)算法來保證數(shù)據(jù)一致性，這類算法被稱為共識(shí)算法。比特幣的共識(shí)算法為工作量證明(PoW),其他共識(shí)算法還有 權(quán)益證明(PoS)、授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制(DPoS)、瑞波共識(shí)協(xié)議(RCP)、拜占庭共識(shí)算法(PBFT)等
挖礦
回想我們?cè)谏厦嫠岬降膮^(qū)塊鏈工作流程第四步
4. 計(jì)算出區(qū)塊并廣播全網(wǎng)形成共識(shí)
如何計(jì)算出區(qū)塊？這 就需要尋找一個(gè)隨機(jī)數(shù)(Nonce)和區(qū)塊頭的其他特征值一起計(jì)算出來一個(gè)hash值，一旦找到一個(gè)隨機(jī)數(shù)使得計(jì)算出來的hash值滿足難度要求，即可全網(wǎng)廣播告訴其他節(jié)點(diǎn)，這個(gè)區(qū)塊已經(jīng)被找到了，而找到區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)會(huì)有相應(yīng)的比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)。這個(gè)過程被形象的稱為挖礦。計(jì)算hash的機(jī)器被稱為礦機(jī)，操作礦機(jī) 的人被稱為礦工
區(qū)塊鏈分叉
區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)去中心化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)刻不會(huì) 保持實(shí)時(shí)一致性，會(huì)存在某一時(shí)刻不同的節(jié)點(diǎn)形成了多個(gè)區(qū)塊，這就形成了分叉，這時(shí)應(yīng)該采用哪一個(gè)區(qū)塊？
目前的規(guī)則是新節(jié)點(diǎn)總是采用最長(zhǎng)的那條區(qū)塊鏈。如果區(qū)塊鏈有分叉，將看哪個(gè)分支在分叉點(diǎn)后面，先達(dá)到6個(gè)新區(qū)塊（稱為"六次確認(rèn)"）。按照10分鐘一個(gè)區(qū)塊計(jì)算，一小時(shí)就可以確認(rèn)。
區(qū)塊鏈分類
根據(jù)參與者的不同可以分為公開鏈，私有鏈，聯(lián)盟鏈
公開鏈顧名思義，任何人都可以參與使用和維護(hù)，典型的如比特幣區(qū)塊鏈，信息完全公開
私有鏈，集中管理者進(jìn)行限制，內(nèi)部少數(shù)人可以使用，信息不公開
聯(lián)盟鏈介于兩者中間，若干組織維護(hù)一條區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈的使用有權(quán)限管理，相關(guān)信息能夠得到保護(hù)。
總結(jié)
區(qū)塊鏈不是一個(gè)憑空產(chǎn)生的一個(gè)新技術(shù)，它是技術(shù)演化到一定程度后的產(chǎn)物，其應(yīng)用場(chǎng)景也跟環(huán)境息息相關(guān)，能否最終帶來成本的降低和效率的提升，是這項(xiàng)技術(shù)深入應(yīng)用的關(guān)鍵，它也面臨著很多有待改進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：
密碼學(xué)技術(shù)
共識(shí)機(jī)制
處理性能
系統(tǒng)安全
相應(yīng)的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)系統(tǒng)
和現(xiàn)有系統(tǒng)的融合
參考鏈接
How does blockchain really work?, by Sean Han
Bitcoin mining the hard way: the algorithms, protocols, and bytes, by Ken Shirriff
區(qū)塊鏈技術(shù)指南,by 楊保華 陳昌
