区块链是什么？一文读懂70％区块链入门知识

区块链是比特币的底层技术，不等同于比特币。有人说比特币就是一场泡沫，甚至放话“比特币是传销”。区块链作为继互联网后的新一波技术浪潮，本身无罪，况且炒币只是区块链里最初级的玩法。读完这篇文章，我们就能弄懂大部分区块链基础知识，从而离保守和狭隘远一点。

区块链是一个去中心化的账本

我们首先需要弄清“去中心化”和“分布式账本”两个概念。去中心化相对“中心化”而言。借用PG Two买夹克和熊本熊借钱的例子，我们来看看中心化和去中心化体系的区别。

网购夹克的整个流程依托于支付宝展开，因此，这个买卖过程是中心化的。无论是PG TWO还是卖家君，在这点上只能完全信任支付宝和它背后的马云。往大了说，中心化系统由资金雄厚和技术实力强大的机构、企业做信任背书。

中心化体系具备管理高效的优势，但它的不足也比较明显。仍以支付宝为例，全部交易记录和账本都存储在支付宝服务器上，假设某天所有相关的服务器不幸被坏蛋捣毁，那么PG TWO付的款（或卖家君还没有到手的夹克钱），还有其他买家、卖家的资金，甚至你我存在余额宝的钱，都会消失在这个互联网世界里，连灰都不剩。

该找谁说理去？就算我气汹汹地找到支付宝对质：“我还有5万在余额宝里面！” 可中心账本已经被彻底破坏，谁又能证明我的话为真呢？若得不到有效证明，最终我也只能忍着泪跟这沓钱say goodbye了。

这时，去中心化系统的优势就凸显出来了。

设想一下，如果全网络存在许多的记账节点，能够共同记录支付宝上每一笔交易、转账和提现等，也就是说支付宝所有账本在全世界有很多备份；就算服务器被黑客攻击，相同的账本副本也都好好地保存在其他节点上。在区块链的世界里，不需要大企业做信用背书。

区块链是一个分布式账本

因此，我们也可以说：作为分布式账本，区块链是创造信任的工具。从字面上理解，“分布式”是指分布在不同的地方、各节点分开干活。我们先把问题简单化，用借钱举个例子，讲讲分布式账本的工作原理。

1 比卡丘借给熊本熊10块钱。

2 比卡丘和熊本熊分别在账本上记下：“比卡丘 → 熊本熊：10円”

3 比卡丘把这条交易信息广播给其他节点；

4 区块链上其他节点验证这条交易信息，确认无误后便记在各自账本上。

在第2步，如果借钱方熊本熊为了买零食，在自己的账本上虚报5円呢？想赖账不容易，因为接下来比卡丘会把 这条“比卡丘 → 熊本熊：10円” 的交易信息广播给全网节点，接着各节点再去验证。通过验证的信息一旦记在区块链上，就很难篡改了，除非——熊本熊有一台超过全网总算力51%的超级计算机（文末还会提及这个问题）。

那为什么是比卡丘广播，而不是熊本熊去广播？节点协助记账，是为了防止欠债人耍赖等损害信任的情况出现；一般来讲，谁把钱借出去，谁到最后可能遭受财产损失，谁广播。

到了约定的还款日，如果熊本熊食言说没有借钱，比卡丘就可以祭出区块链了，拿账本上的交易信息来对质。

密码学确保区块链数据库（几乎）无法篡改

弄懂了去中心化分布式账本，我们继续探究区块链技术中的两个密码学概念：哈希函数和非对称加密。颠覆性的区块链技术当然不止这些，但区块链入门要求我们需要先掌握这两个概念。

只有先了解哈希函数和非对称加密，后面我们纳入相关定义解释区块链的运作原理时，大家才不会一脸蒙圈。

1）哈希函数

哈希也可以写作hash，哈希函数属于密码学范畴，用来验证交易信息是否被人动过手脚。哈希函数具备以下特征（如果看不明白可跳过这段）：

1 如果明文A对应的哈希值为H(A)，那么，通过A可以算出H(A)，而通过H(A)无法逆推出A；

2 如果明文A ≠ 明文B，那么，H(A) ≠ H(B)；

3 如果对明文A做了可以忽略不计的篡改，那么，计算出的哈希值与原H(A)完全不一样。

上文中，明文好比我们登录知乎时输入的账号、密码，它们是可以看懂的一串字符。而哈希值是一个长度固定、由数字和字母组成的字符串。根据以上特征，下方的例子能帮助你理解：

借助Hash计算工具，我输入明文123456，得到相应的哈希值（按SHA256）：

8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92

目前，人类还没有办法逆推这个乱七八糟的字符串；也就是说，任何人都无法推算出这个哈希值对应明文123456。

接着我在明文框输入：1234567；虽然只增加了一个7，得到的哈希值却完全不一样了：8bb0cf6eb9b17d0f7d22b456f121257dc1254e1f01665370476383ea776df414

建议你亲自尝试，3秒钟就能明白以上内容：移步 哈希计算工具 ：输入一串明文（连“我爱你”也可以加密哦），关注第三列SHA256的结果即可；再改动其中一个字符，对比两次出现的哈希值结果。

2）非对称加密

这是相对于对称加密来说的。对称加密指你有一把密钥，通过密钥可以加密一段信息；想要破解这个信息，只有拿到你手中这把密钥。从始至终加密、解密用的是同一把密钥，因此称“对称加密”。

而在区块链世界里，每个人都拥有两把独一无二的密钥：公钥和私钥。

公钥：可以简单理解为银行卡号，这是可以给别人看的；

私钥：相当于银行卡密码，必须拼死保密，只能自己知道。

再记2条规则：

1 私钥能生成公钥和地址（有了地址，对方才能给你打钱）；

2 私钥加密，公钥解密（加密、解密不是同一把密钥，因此称“非对称加密”）；

3）无法篡改的交易数据

仍然以“比卡丘借给熊本熊10块钱”为例，我们来看看比卡丘具体是怎样向熊本熊的地址打钱的。

1 比卡丘对明文 “比卡丘 → 熊本熊：10円” 进行哈希加密，得到一个64位的字符串；

2 比卡丘用自己的私钥对这个字符串再次加密，获得另一个字符串，这叫做“数字签名”；

3 比卡丘把以下交易信息打包发给熊本熊，并广播给全网记账节点：此次交易明文、比卡丘的公钥和数字签名；

4 熊本熊和其他节点收到这条打包消息；

5 熊本熊和其他节点对明文进行哈希计算，得到哈希值字符串H(A)；

6 熊本熊和其他节点用比卡丘的公钥解密数字签名，得到字符串H(B)；

7 熊本熊和其他节点验证 H(A)＝ H(B)，交易信息为真；

8 交易完成。

比卡丘的公钥能够解开私钥加密过的数字签名，证明了这个公钥和私钥是一对，而且都属于比卡丘，这条交易信息是比卡丘创建的：也就是说，熊本熊欠的是比卡丘的钱，而不是可达鸭还是其他谁的钱；而字符串 H(A)＝ H(B)，则说明在区块链网络中传递时，交易信息未被篡改。

进行下一节前，我们总结一下，在公开、复杂的区块链网络中，哈希函数和非对称加密：

1 确保了交易记录没有被篡改

2 确保了交易记录由正确的人发起

区块链上的区块

区块链是由挖矿产生的区块按照时间顺序连接起来的，本身是一个可以不断增长的账本数据库。具体挖矿是什么，可以参考之前写的《比特币挖矿是什么？矿工是怎样挖到比特币的？》，工作原理上可通用，都是通过计算能力挖出区块。

由于系统的初始设定，不同区块链产生区块的速度不一样。比如比特币区块链大概每10分钟挖出一个区块，而以太坊区块链的出块时间约14秒。

每个区块包含这段时间内产生的所有交易记录，如一个新挖出的比特币区块就包含了前10分钟内的交易信息。除此之外，还包含时间戳和前一个区块的哈希值，等等（关于区块的组成，我们在后续文章再详细了解，这里先把握基础知识）。

这是很聪明的设计：每诞生一个新的区块，就会被盖上相应的时间戳，新产生的区块按照区块挖出的时间顺序连接到链条上去。这样，区块链无限延长，账本数据库也能无限扩大、容纳无穷尽的交易信息。

更令人拍案叫绝的是，新区块里的每一笔交易数据，都由相应的交易发起方进行数字签名，链上所有人都可以用交易发起方的公钥（上文说过，公钥是公开的）验证该数字签名的真实性。

此外，之前挖出的区块里的交易数据将永久记录在区块链上，几乎无法篡改。一个区块内含众多交易信息，然而根据哈希函数的特征，就算你只对其中一条交易数据移动一个小数点，生成的哈希值都会完全不一样，整个区块及其包含的所有交易信息都会变成无效数据。

另一方面，篡改数据难于上青天，成本极高。有意者必须足够财大气粗，并且拥有至少全网51%的算力。而要达到这样的计算能力，知乎李占亮同学表示：矿机成本＋电费＋其他，成本约5.5亿RMB。

综上， 在这样一个充满不信任感、危机四伏的网络环境里，区块链或许是当前解决信任问题的最佳方案（之一）。

总结

最后，我们来总结区块链的核心理念：

1 账本分布存储于全网的节点上，某个节点账本的破坏，不会影响任何其他节点正常运作；

2 各节点均可参与记账、共同维护区块链数据库；

3 各节点相互监督，构建trustless（免信任的）系统。

至此，我们已经讲了区块链70%的基础知识。内容有点超载，建议大家先消化。

区块链网络上的陌生人出于什么承认区块的有效性？他们为什么愿意苦哈哈地帮助记账？剩下30%（包括共识机制和奖励机制等）将放在下篇中具体讲解。

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本文系区块链观察

 来源于知乎：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34966034

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