一诈皿、區(qū)塊鏈的本質(zhì)
區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗恳痪湓捪窦且环N特殊的分布式數(shù)據(jù)庫稽亏。
首先，區(qū)塊鏈的主要作用是儲存信息缕题。任何需要保存的信息措左，都可以寫入?yún)^(qū)塊鏈，也可以從里面讀取避除，所以它是數(shù)據(jù)庫。
其次胸嘁，任何人都可以架設(shè)服務(wù)器瓶摆，加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，成為一個節(jié)點性宏。區(qū)塊鏈的世界里面群井，沒有中心節(jié)點，每個節(jié)點都是平等的毫胜，都保存著整個數(shù)據(jù)庫书斜。你可以向任何一個節(jié)點诬辈，寫入/讀取數(shù)據(jù)，因為所有節(jié)點最后都會同步荐吉，保證區(qū)塊鏈一致焙糟。
二、區(qū)塊鏈的最大特點
分布式數(shù)據(jù)庫并非新發(fā)明样屠，市場上早有此類產(chǎn)品穿撮。但是，區(qū)塊鏈有一個革命性特點痪欲。
區(qū)塊鏈沒有管理員悦穿，它是徹底無中心的。其他的數(shù)據(jù)庫都有管理員业踢，但是區(qū)塊鏈沒有栗柒。如果有人想對區(qū)塊鏈添加審核，也實現(xiàn)不了知举，因為它的設(shè)計目標(biāo)就是防止出現(xiàn)居于中心地位的管理當(dāng)局瞬沦。
正是因為無法管理，區(qū)塊鏈才能做到無法被控制负蠕。否則一旦大公司大集團(tuán)控制了管理權(quán)蛙埂，他們就會控制整個平臺，其他使用者就都必須聽命于他們了遮糖。
但是绣的，沒有了管理員，人人都可以往里面寫入數(shù)據(jù)欲账，怎么才能保證數(shù)據(jù)是可信的呢屡江？被壞人改了怎么辦？請接著往下讀赛不，這就是區(qū)塊鏈奇妙的地方惩嘉。
三、區(qū)塊
區(qū)塊鏈由一個個區(qū)塊（block）組成踢故。區(qū)塊很像數(shù)據(jù)庫的記錄文黎，每次寫入數(shù)據(jù)，就是創(chuàng)建一個區(qū)塊殿较。
每個區(qū)塊包含兩個部分耸峭。
* 區(qū)塊頭（Head）：記錄當(dāng)前區(qū)塊的元信息
* 區(qū)塊體（Body）：實際數(shù)據(jù)
區(qū)塊頭包含了當(dāng)前區(qū)塊的多項元信息。
* 生成時間
* 實際數(shù)據(jù)（即區(qū)塊體）的 Hash
* 上一個區(qū)塊的 Hash
* …
這里淋纲，你需要理解什么叫 Hash劳闹，這是理解區(qū)塊鏈必需的。
所謂 Hash 就是計算機(jī)可以對任意內(nèi)容，計算出一個長度相同的特征值本涕。區(qū)塊鏈的 Hash 長度是256位业汰，這就是說，不管原始內(nèi)容是什么菩颖，最后都會計算出一個256位的二進(jìn)制數(shù)字样漆。而且可以保證，只要原始內(nèi)容不同位他，對應(yīng)的 Hash 一定是不同的氛濒。
舉例來說，字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（十六進(jìn)制）鹅髓，轉(zhuǎn)成二進(jìn)制就是256位舞竿，而且只有123能得到這個 Hash。
因此窿冯，就有兩個重要的推論骗奖。
* 推論1：每個區(qū)塊的 Hash 都是不一樣的，可以通過 Hash 標(biāo)識區(qū)塊醒串。
* 推論2：如果區(qū)塊的內(nèi)容變了执桌，它的 Hash 一定會改變。
四芜赌、 Hash 的不可修改性
區(qū)塊與 Hash 是一一對應(yīng)的仰挣，每個區(qū)塊的 Hash 都是針對”區(qū)塊頭”（Head）計算的。
Hash = SHA256(區(qū)塊頭)
上面就是區(qū)塊 Hash 的計算公式缠沈，Hash 由區(qū)塊頭唯一決定膘壶，SHA256是區(qū)塊鏈的 Hash 算法。
前面說過洲愤，區(qū)塊頭包含很多內(nèi)容颓芭，其中有當(dāng)前區(qū)塊體的 Hash（注意是”區(qū)塊體”的 Hash，而不是整個區(qū)塊）柬赐，還有上一個區(qū)塊的 Hash亡问。這意味著，如果當(dāng)前區(qū)塊的內(nèi)容變了肛宋，或者上一個區(qū)塊的 Hash 變了州藕，一定會引起當(dāng)前區(qū)塊的 Hash 改變。
這一點對區(qū)塊鏈有重大意義酝陈。如果有人修改了一個區(qū)塊床玻，該區(qū)塊的 Hash 就變了。為了讓后面的區(qū)塊還能連到它后添，該人必須同時修改后面所有的區(qū)塊，否則被改掉的區(qū)塊就脫離區(qū)塊鏈了。由于后面要提到的原因遇西，Hash 的計算很耗時馅精，同時修改多個區(qū)塊幾乎不可能發(fā)生，除非有人掌握了全網(wǎng)51%以上的計算能力粱檀。
正是通過這種聯(lián)動機(jī)制洲敢，區(qū)塊鏈保證了自身的可靠性，數(shù)據(jù)一旦寫入茄蚯，就無法被篡改压彭。這就像歷史一樣，發(fā)生了就是發(fā)生了渗常，從此再無法改變壮不。
每個區(qū)塊都連著上一個區(qū)塊，這也是”區(qū)塊鏈”這個名字的由來皱碘。
五询一、采礦
由于必須保證節(jié)點之間的同步，所以新區(qū)塊的添加速度不能太快癌椿。試想一下健蕊，你剛剛同步了一個區(qū)塊，準(zhǔn)備基于它生成下一個區(qū)塊踢俄，但這時別的節(jié)點又有新區(qū)塊生成缩功，你不得不放棄做了一半的計算，再次去同步都办。因為每個區(qū)塊的后面嫡锌，只能跟著一個區(qū)塊，你永遠(yuǎn)只能在最新區(qū)塊的后面脆丁，生成下一個區(qū)塊世舰。所以，你別無選擇槽卫，一聽到信號跟压，就必須立刻同步。
所以歼培，區(qū)塊鏈的發(fā)明者中本聰（這是假名震蒋，真實身份至今未知）故意讓添加新區(qū)塊，變得很困難躲庄。他的設(shè)計是查剖，平均每10分鐘，全網(wǎng)才能生成一個新區(qū)塊噪窘，一小時也就六個笋庄。
這種產(chǎn)出速度不是通過命令達(dá)成的，而是故意設(shè)置了海量的計算。也就是說直砂，只有通過極其大量的計算菌仁，才能得到當(dāng)前區(qū)塊的有效 Hash，從而把新區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈静暂。由于計算量太大济丘，所以快不起來。
這個過程就叫做采礦（mining）洽蛀，因為計算有效 Hash 的難度摹迷，好比在全世界的沙子里面，找到一粒符合條件的沙子郊供。計算 Hash 的機(jī)器就叫做礦機(jī)峡碉，操作礦機(jī)的人就叫做礦工。
六颂碘、難度系數(shù)
讀到這里异赫，你可能會有一個疑問，人們都說采礦很難头岔，可是采礦不就是用計算機(jī)算出一個 Hash 嗎塔拳，這正是計算機(jī)的強(qiáng)項啊，怎么會變得很難峡竣，遲遲算不出來呢靠抑？
原來不是任意一個 Hash 都可以，只有滿足條件的 Hash 才會被區(qū)塊鏈接受适掰。這個條件特別苛刻颂碧，使得絕大部分 Hash 都不滿足要求，必須重算类浪。
原來载城，區(qū)塊頭包含一個難度系數(shù)（difficulty），這個值決定了計算 Hash 的難度费就。舉例來說诉瓦，第100000個區(qū)塊的難度系數(shù)是 14484.16236122。
區(qū)塊鏈協(xié)議規(guī)定力细，使用一個常量除以難度系數(shù)睬澡，可以得到目標(biāo)值（target）。顯然眠蚂，難度系數(shù)越大煞聪，目標(biāo)值就越小。
Hash 的有效性跟目標(biāo)值密切相關(guān)逝慧，只有小于目標(biāo)值的 Hash 才是有效的昔脯，否則 Hash 無效啄糙，必須重算。由于目標(biāo)值非常小云稚，Hash 小于該值的機(jī)會極其渺茫迈套，可能計算10億次，才算中一次碱鳞。這就是采礦如此之慢的根本原因。
區(qū)塊頭里面還有一個 Nonce 值踱蛀，記錄了 Hash 重算的次數(shù)窿给。第 100000 個區(qū)塊的 Nonce 值是274148111，即計算了 2.74 億次率拒，才得到了一個有效的 Hash崩泡，該區(qū)塊才能加入?yún)^(qū)塊鏈。
七猬膨、難度系數(shù)的動態(tài)調(diào)節(jié)
就算采礦很難角撞，但也沒法保證，正好十分鐘產(chǎn)出一個區(qū)塊勃痴，有時一分鐘就算出來了谒所，有時幾個小時可能也沒結(jié)果∨嫔辏總體來看劣领，隨著硬件設(shè)備的提升，以及礦機(jī)的數(shù)量增長铁材，計算速度一定會越來越快尖淘。
為了將產(chǎn)出速率恒定在十分鐘，中本聰還設(shè)計了難度系數(shù)的動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制著觉。他規(guī)定村生，難度系數(shù)每兩周（2016個區(qū)塊）調(diào)整一次。如果這兩周里面饼丘，區(qū)塊的平均生成速度是9分鐘趁桃，就意味著比法定速度快了10%，因此難度系數(shù)就要調(diào)高10%葬毫；如果平均生成速度是11分鐘镇辉，就意味著比法定速度慢了10%，因此難度系數(shù)就要調(diào)低10%贴捡。
難度系數(shù)越調(diào)越高（目標(biāo)值越來越泻龈亍），導(dǎo)致了采礦越來越難烂斋。
八屹逛、區(qū)塊鏈的分叉
即使區(qū)塊鏈?zhǔn)强煽康拇》希F(xiàn)在還有一個問題沒有解決：如果兩個人同時向區(qū)塊鏈寫入數(shù)據(jù)，也就是說罕模，同時有兩個區(qū)塊加入评腺，因為它們都連著前一個區(qū)塊，就形成了分叉淑掌。這時應(yīng)該采納哪一個區(qū)塊呢蒿讥？
現(xiàn)在的規(guī)則是，新節(jié)點總是采用最長的那條區(qū)塊鏈抛腕。如果區(qū)塊鏈有分叉芋绸，將看哪個分支在分叉點后面，先達(dá)到6個新區(qū)塊（稱為”六次確認(rèn)”）担敌。按照10分鐘一個區(qū)塊計算摔敛，一小時就可以確認(rèn)。
由于新區(qū)塊的生成速度由計算能力決定全封，所以這條規(guī)則就是說马昙，擁有大多數(shù)計算能力的那條分支，就是正宗的比特鏈刹悴。
九行楞、總結(jié)
區(qū)塊鏈作為無人管理的分布式數(shù)據(jù)庫诡曙，從2009年開始已經(jīng)運行了8年寺酪，沒有出現(xiàn)大的問題集歇。這證明它是可行的甚淡。
但是藻雪，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性捧请，區(qū)塊鏈也有自己的代價贩毕。一是效率刺彩，數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈钓丰，最少要等待十分鐘躯砰，所有節(jié)點都同步數(shù)據(jù)，則需要更多的時間携丁；二是能耗琢歇，區(qū)塊的生成需要礦工進(jìn)行無數(shù)無意義的計算，這是非常耗費能源的梦鉴。
因此李茫，區(qū)塊鏈的適用場景，其實非常有限肥橙。
1. 不存在所有成員都信任的管理當(dāng)局
2. 寫入的數(shù)據(jù)不要求實時使用
3. 挖礦的收益能夠彌補(bǔ)本身的成本
如果無法滿足上述的條件魄宏，那么傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是更好的解決方案。
目前存筏，區(qū)塊鏈最大的應(yīng)用場景（可能也是唯一的應(yīng)用場景）宠互，就是以比特幣為代表的加密貨幣味榛。
