区块链学习一

一、区块链的本质

区块链是什么?一句话,它是一种特殊的分布式数据库。

首先,区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息,都可以写入区块链,也可以从里面读取,所以它是数据库。

其次,任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点。区块链的世界里面,没有中心节点,每个节点都是平等的,都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步,保证区块链一致

二、区块链的最大特点

分布式数据库并非新发明,市场上早有此类产品。但是,区块链有一个革命性特点。

区块链没有管理员,它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员,但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核,也实现不了,因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。

正是因为无法管理,区块链才能做到无法被控制。否则一旦大公司大集团控制了管理权,他们就会控制整个平台,其他使用者就都必须听命于他们了。

但是,没有了管理员,人人都可以往里面写入数据,怎么才能保证数据是可信的呢?被坏人改了怎么办?请接着往下读,这就是区块链奇妙的地方。

三、区块

区块链由一个个区块(block)组成。区块很像数据库的记录,每次写入数据,就是创建一个区块。

每个区块包含两个部分:

  • 区块头(Head):记录当前区块的元信息
  • 区块体(Body):实际数据

区块头包含了当前区块的多项元信息:

  • 生成时间
  • 实际数据(即区块体)的 Hash
  • 上一个区块的 Hash

这里,你需要理解什么叫 Hash,这是理解区块链必需的。

所谓 Hash 就是计算机可以对任意内容,计算出一个长度相同的特征值。区块链的 Hash 长度是256位,这就是说,不管原始内容是什么,最后都会计算出一个256位的二进制数字。而且可以保证,只要原始内容不同,对应的 Hash 一定是不同的。

因此,就有两个重要的推论:

  • 推论1:每个区块的 Hash 都是不一样的,可以通过 Hash 标识区块。
  • 推论2:如果区块的内容变了,它的 Hash 一定会改变。

四、 Hash 的不可修改性

区块与 Hash 是一一对应的,每个区块的 Hash 都是针对”区块头”(Head)计算的。

Hash = SHA256(区块头)

上面就是区块 Hash 的计算公式,Hash 由区块头唯一决定SHA256是区块链的 Hash 算法。

前面说过,区块头包含很多内容,其中有当前区块体的 Hash(注意是”区块体”的 Hash,而不是整个区块),还有上一个区块的 Hash。这意味着,如果当前区块的内容变了,或者上一个区块的 Hash 变了,一定会引起当前区块的 Hash 改变。

这一点对区块链有重大意义。如果有人修改了一个区块,该区块的 Hash 就变了。为了让后面的区块还能连到它,该人必须同时修改后面所有的区块,否则被改掉的区块就脱离区块链了。由于后面要提到的原因,Hash 的计算很耗时,同时修改多个区块几乎不可能发生,除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。

 正是通过这种联动机制,区块链保证了自身的可靠性,数据一旦写入,就无法被篡改。这就像历史一样,发生了就是发生了,从此再无法改变。

每个区块都连着上一个区块,这也是”区块链”这个名字的由来。

五、采矿

由于必须保证节点之间的同步,所以新区块的添加速度不能太快。试想一下,你刚刚同步了一个区块,准备基于它生成下一个区块,但这时别的节点又有新区块生成,你不得不放弃做了一半的计算,再次去同步。因为每个区块的后面,只能跟着一个区块,你永远只能在最新区块的后面,生成下一个区块。所以,你别无选择,一听到信号,就必须立刻同步。

所以,区块链的发明者中本聪(这是假名,真实身份至今未知)故意让添加新区块,变得很困难。他的设计是,平均每10分钟,全网才能生成一个新区块,一小时也就六个。

这种产出速度不是通过命令达成的,而是故意设置了海量的计算。也就是说,只有通过极其大量的计算,才能得到当前区块的有效 Hash,从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大,所以快不起来。

这个过程就叫做采矿(mining),因为计算有效 Hash 的难度,好比在全世界的沙子里面,找到一粒符合条件的沙子。计算 Hash 的机器就叫做矿机,操作矿机的人就叫做矿工。

六、难度系数

读到这里,你可能会有一个疑问,人们都说采矿很难,可是采矿不就是用计算机算出一个 Hash 吗,这正是计算机的强项啊,怎么会变得很难,迟迟算不出来呢?

原来不是任意一个 Hash 都可以,只有满足条件的 Hash 才会被区块链接受。这个条件特别苛刻,使得绝大部分 Hash 都不满足要求,必须重算。

原来,区块头包含一个难度系数(difficulty),这个值决定了计算 Hash 的难度。举例来说,第100000个区块的难度系数是 14484.16236122。

区块链协议规定,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target)。显然,难度系数越大,目标值就越小。

Hash 的有效性跟目标值密切相关,只有小于目标值的 Hash 才是有效的,否则 Hash 无效,必须重算。由于目标值非常小,Hash 小于该值的机会极其渺茫,可能计算10亿次,才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。

区块头里面还有一个 Nonce 值,记录了 Hash 重算的次数。第 100000 个区块的 Nonce 值是274148111,即计算了 2.74 亿次,才得到了一个有效的 Hash,该区块才能加入区块链。

七、难度系数的动态调节

就算采矿很难,但也没法保证,正好十分钟产出一个区块,有时一分钟就算出来了,有时几个小时可能也没结果。总体来看,随着硬件设备的提升,以及矿机的数量增长,计算速度一定会越来越快。

为了将产出速率恒定在十分钟,中本聪还设计了难度系数的动态调节机制。他规定,难度系数每两周(2016个区块)调整一次。如果这两周里面,区块的平均生成速度是9分钟,就意味着比法定速度快了10%,因此难度系数就要调高10%;如果平均生成速度是11分钟,就意味着比法定速度慢了10%,因此难度系数就要调低10%。

难度系数越调越高(目标值越来越小),导致了采矿越来越难。

八、区块链的分叉

即使区块链是可靠的,现在还有一个问题没有解决:如果两个人同时向区块链写入数据,也就是说,同时有两个区块加入,因为它们都连着前一个区块,就形成了分叉。这时应该采纳哪一个区块呢?

现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为”六次确认”)。按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认。

由于新区块的生成速度由计算能力决定,所以这条规则就是说,拥有大多数计算能力的那条分支,就是正宗的比特链。

九、总结

区块链作为无人管理的分布式数据库,从2009年开始已经运行了8年,没有出现大的问题。这证明它是可行的。

但是,为了保证数据的可靠性,区块链也有自己的代价。一是效率,数据写入区块链,最少要等待十分钟,所有节点都同步数据,则需要更多的时间;二是能耗,区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算,这是非常耗费能源的。

因此,区块链的适用场景,其实非常有限:

  1. 不存在所有成员都信任的管理当局
  2. 写入的数据不要求实时使用
  3. 挖矿的收益能够弥补本身的成本

如果无法满足上述的条件,那么传统的数据库是更好的解决方案。

目前,区块链最大的应用场景(可能也是唯一的应用场景),就是以比特币为代表的加密货币。下一篇文章,我将会介绍比特币的入门知识。

原文地址:https://www.cnblogs.com/liufei1983/p/8463782.html

时间: 2024-10-08 03:59:32

区块链学习一的相关文章

区块链学习记录

[深度]终于把区块链的技术与应用讲清楚了(57张PPT) bitcoin 比特币源码学习笔记(一) VC编译调试比特币源码 以太坊官网 以太坊Github 以太坊go-ethereum项目源码本地环境搭建

区块链学习路线

2018年春节最火热的概念应该就是区块链了,从百度的莱茨狗和网易星球刷屏朋友圈,到3点钟区块链无眠群的大火, 大佬们纷纷进军区块链,不了解区块链好像错过了什么,这里把自己学习区块链过程中的一些资料进行索引,可以循序渐进的了解区块链技术及其应用. 一.目标 比特币发展历史,挖矿以及相关应用 区块链底层技术,如共识算法, 侧链技术, 密码学知识等,理解PKI基本知识和原理 研究以太坊技术,了解ERC20,能够自行开发DAPP 熟悉Hyperledger Fabric 1.0架构,了解其业务流程和设计

区块链学习(一)

从事C++服务器开发六年多了,主要是做并发服务器和游戏相关开发,区块链技术新兴起,自己也是很感兴趣,我是零基础学区块链的,给自己设定了一个规划,先读一读区块链相关的基础和概念,以及基本算法,然后用成熟的引擎做一个demo,接下来不断深入学习. 什么是区块链? 一两句话很难解释清楚,至少我自己还不能概括的很全面.我自己的理解是区块链技术包含了很多功能,如点对点传输,分布式数据存储,利用加密和共识算法实现数据的统一.区块链是多个技术的合理应用和创新,我觉得应该在以后的学习中不断去理解. 什么是比特币

区块链学习(2)--以太坊中基本概念

1.以太币单位换算.以太坊的单位,沿袭了科学界的传统,用做过杰出贡献的数学.密码学专家的名字命名.以太坊的最小单位是 Wei. Kwei(Babbage)= 10 的 3 次方 Wei Mwei(Lovelace)= 10 的 6 次方 Wei Gwei(Shannon)= 10 的 9 次方 Wei MicroEther(Szabo)= 10 的 12 次方 Wei MilliEther(Finney)= 10 的 15 次方 Wei Ether = 10 的 18 次方 Wei 2.以太坊账

区块链学习之:区块链初识

区块链初识: 区块链是一种特殊的分布式数据库技术的实现. 区块链的主要作用是储存信息.任何需要保存的信息,都可以写入区块链,也可以从里面读取,所以它是数据库. 其次,任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点.区块链的世界里面,没有中心节点,每个节点都是平等的,都保存着整个数据库.你可以向任何一个节点,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步,保证区块链一致. 分布式数据库并非新发明,市场上早有此类产品.但是,区块链有一个革命性特点. 区块链没有管理员,它是彻底无中心的.其他的数据库都

剑英的区块链学习手记(一)

开篇布拉拉 因为参与了小蚁的c#智能合约编译器的开发,让我第一次近距离接触到区块链技术. 以前我对区块链技术的了解,只知道有一种叫做比特币的玩意儿,以前有同事在几百块一个比特币的时候屯了一批,后来价格炒高了,一下子成了人生赢家. 完全外行的了解,但是这个例子让我有了一个原始的理解,这玩意儿和钱有关系. 后来有幸获得小蚁核心开发者张铮文的面授,讲了些啥没记住,就记住了他掏出钱包的帅气身姿. 这给我留下了更深的印象,区块链技术,谈的就是钱. 铮文对区块链的定义是状态机,去中心化的分布式的状态机. 虽

区块链学习一基本知识

一.什么是区块链 在符合现实社会法律法规前提下,可治理的,依赖于密码学算法和博弈经济性设计,基于共识算法,对发生在主体间的价值创造,价值转移,价值交换,以及涉及到各个价值主体由机器驱动的业务流程,在多个对等的主体间形成的共识,从而达到共享业务状态,共享价值状态,即共享账本,加速资源配置和价值流通,最终提高生产力的目的. 区块链的本质是共识,共识才能形成公认的价值. 二.区块链的共性1.共识(consensus)区块链的本质是共识,共识才能形成公认的市场价值. 2.可验证性(validity) 3

区块链学习--win10下构建以太坊私链

构建以太坊私链1.环境是win10,下载对应的最新版本Ethereum-Wallet-win64-0-10-0.ziphttps://github.com/ethereum/mist/releases 2.解压到指定目录即可,运行Ethereum-Wallet初始化数据,私链搭建无需同步 3.初始化的相关数据,如用户为:administrator,则在系统生成目录:C:\Users\administror\AppData\Roaming\Ethereum WalletC:\Users\hehei

区块链学习(5)比特币网络

比特币采用了P2P(peer-to-peer)网络架构.P2P是指位于同一网络中的每台计算机都彼此对等,不存在任何"特殊"节点.P2P网络中不存在中心化的服务,计算机网络中的课程已经讲过了P2P,不过为了更好了解的P2P,先看下中心化的网络结构. 从图中可以看出中心化的结构节点直接的通讯通过一个中心化的服务器来传输.日常生活中这种中心化的结构还是比较常见的,像银行转账,银行就是这个中心话的节点.羡慕再看看P2P. 可以看出P2P的网络中每个节点之间可以相互通信,没有中心化的节点.一个结