1、 区块链教程 作者：阮峰 区块链（ blockchain）是眼下的热，新闻媒体量报道，宣称它将创造未来。 可是，简单易懂的章却很少。区块链到底是什么，有何特别之处，很少有解释。 下，我就来尝试，写篇最好懂的区块链教程。毕竟它也不是很难的东，核概念常简单，句话就能说清楚。我希望读完本，你不仅可以理解区块链，还会明什么是挖矿、为什么挖矿越来越难等问题。 需要说明的是，我并这的专家。虽然很早就关注，但是仔细地了解区块链，还是从今年初开始。中的错误和不准确的地，欢迎家指正。 、区 块链 的本 质 区块链是什么？句话，它是种特殊的分布式数据库。 先，区块链的主要作是储存信息。任何需要保存的信息，都可以写
2、区块链，也可以从读取，所以它是数据库。 其次，任何都可以架设服务器，加区块链络，成为个节点。区块链的世界，没有中节点，每个节点都是平等的，都保存着整个 数据库。你可以向任何个节点，写 /读取数据，因为所有节点最后都会同步，保证区块链致。 、区 块链 的最特点 分布式数据库并新发明，市场上早有此类产品。但是，区块链有个命性特点。 区块链没有管理员，它是彻底中的。 其他的数据库都有管理员，但是区块链没有。如果有想对区块链添加审核，也实现不了，因为它的设计标就是防出现居于中地位的管理当局。 正是因为法管理，区块链才能做到法被控制。否则旦公司集团控制了管理权，他们就会控制整个平台，其他使者就都必须听命
3、于他们了。 但是，没有了管理员， 都可以往写数据，怎么才能保证数据是可信的呢？被坏改了怎么办？请接着往下读，这就是区块链奇妙的地。 三、区 块 区块链由个个区块（ block）组成。区块很像数据库的记录，每次写数据，就是创建个区块。 每个区块包含两个部分。 区块头（ Head）：记录当前区块的特征值 区块体（ Body）：实际数据 区块头包含了当前区块的多项特征值。 成时间 实际数据（即区块体）的哈希 上个区块的哈希 这，你需要理解什么叫哈希（ hash），这是理解区块链必需的。 所谓 “哈希 “就是计算机可以对任意内容，计算出个度相同的特征值。区块链的 哈希 度是 256位，这就是说，不管原
4、始内容是什么，最后都会计算出个256位的进制数字。且可以保证，只要原始内容不同，对应的哈希定是不同的。 举例来说，字符 串 123的哈希 是 a8fdc205a9f19c1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（六进制），转成进制就是 256位，且只 有 123能得到这个哈希。（理论上，其他字符串也有可能得到这个哈希，但是概率极低，可以近似认为不可能发。） 因此，就有两个重要的推论。 推论 1：每个区块的哈希都是不样的，可以通过哈希标识区块。 推论 2：如果区块的内容变了，它的哈希定会改变。 四、 Hash 的不可修改性 区块与哈希是对应的，每个区块的哈希都是针对 “区块头 “（ H
5、ead）计算的。也就是说，把区块头的各项特征值，按照顺序连接在起，组成个很的字符串，再对这个字符串计算哈希。 Hash = SHA256( 区块头 ) 上就是区块哈希的计算公式 ， SHA256是区块链的哈希算法。注意，这个公式只包含区块头，不包含区块体，也就是说，哈希由区块头唯决定， 前说过，区块头包含很多内容，其中有当前区块体的哈希，还有上个区块 的哈希。这意味着，如果当前区块体的内容变了，或者上个区块的哈希变了，定会引起当前区块的哈希改变。 这点对区块链有重意义。如果有修改了个区块，该区块的哈希就变了。为了让后的区块还能连到它（因为下个区块包含上个区块的哈希），该必须依次修改后所有的区块
6、，否则被改掉的区块就脱离区块链了。由于后要提到的原因，哈希的计算很耗时，短时间内修改多个区块乎不可能发，除有掌握了全 51%以上的计算能。 正是通过这种联动机制，区块链保证了的可靠性，数据旦写，就法被篡改。这就像历史样， 发了就是发了，从此再法改变。 每个区块都连着上个区块，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。试想下，你刚刚同步了个区块，准备基于它成下个区块，但这时别的节点有新区块成，你不得不放弃做了半的计算，再次去同步。因为每个区块的后，只能跟着个区块，你永远只能在最新区块的后，成下个区块。所以，你别选择，听到信号，就必
7、须刻同步。 所以，区块链的发明者中本聪（这是假名，真实份今未知）故意让 添加新区块，变得很困难。他的设计是，平均每 10分钟，全才能成个新区块，时也就六个。 这种产出速度不是通过命令达成的，是故意设置了海量的计算。也就是说，只有通过极其量的计算，才能得到当前区块的有效哈希，从把新区块添加到区块链。由于计算量太，所以快不起来。 这个过程就叫做采矿（ mining），因为计算有效哈希的难度，好在全世界的沙，找到粒符合条件的沙。计算哈希的机器就叫做矿机，操作矿机的就叫做矿。 六、 难 度系数 读到这，你可能会有个疑问，们都说采矿很难，可是采矿不就是计算机算出个哈希吗，这正是计算机的强项啊，怎么会变得
8、很难，迟迟算不出来呢？ 原来不是任意个哈希都可以，只有满条件的哈希才会被区块链接受。这个条件特别苛刻，使得绝部分哈希都不满要求，必须重算。 原来，区块头包含 个难度系数（ difficulty），这个值决定了计算哈希的难度。举例来说，第 100000个区块的难度系数是 14484.16236122。 区块链协议规定，使个常量除以难度系数，可以得到标值（ target）。显然，难度系数越，标值就越。 哈希的有效性跟标值密切相关，只有于标值的哈希才是有效的，否则哈希效，必须重算。由于标值常，哈希于该值的机会极其渺茫，可能计算10亿次，才算中次。这就是采矿如此之慢的根本原因。 前说过，当前区块的哈希
9、由区块头唯决定。如果要对同个区块反复计算哈希，就意味着，区块头必须不停地变化，否则不可能算出不样的哈希。区块头所有的特征值都是固定的，为了让区块头产变化，中本聪故意增加了个随机项，叫做 Nonce。 Nonce 是 个随机值，矿的作其实就是猜出 Nonce 的值，使得区块头的哈希可以于标值，从能够写区块链。 Nonce 是常难猜的，前只能通过穷举法个个试错。根据协议， Nonce 是个 32位的进制值，即最可以到 21.47亿。第 100000 个区块的 Nonce 值 是 274148111，可以理解成，矿从 0开始，直计算了 2.74 亿次，才得到了个有效的 Nonce 值，使得算出的哈希
10、能够满条件。 运好的话，也许会就找到了 Nonce。运不好的话，可能算完了 21.47亿次，都没有发现 Nonce，即当前区块体不可能算出满条件的哈希。这时，协议允许矿改变区块体，开始新的计算。 七、 难 度系数的 动态调节 正如上节所说，采矿具有随机性，没法保证正好分钟产出个区块，有时分钟就算出来了，有时个时可能也没结果。总体来看，随着硬件设备的提升，以及矿机的数量增，计算速度定会越来越快。 为了将产出速率恒定在分钟，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）调整次。如果这两周，区块的平均成速度是 9分钟，就意味着法定速度快了 10%，因此接下来的难度
11、系数就要调 10%；如果平均成速度是 11分钟，就意味着法定速度慢了 10%，因此接下来的难度系数就要调低 10%。 难度系数越调越（标值越来越），导致了采矿越来越难。 、区 块链 的分叉 即使区块链是可靠的，现在还有个问题没有解决：如果两个同时向区块链写数据，也就是说，同时有两个区块加，因为它们都连着前个区块，就形成了分叉。这时应该采纳哪个区块呢？ 现在的规则是，新节点总是采最的那条区块链。如果区块链有分叉，将看哪个分在分叉点后，先达到 6个新区块（称为 “六次确认 “）。按照 10分钟个区块计算 ，时就可以确认。 由于新区块的成速度由计算能决定，所以这条规则就是说，拥有多数计算能的那条分，
12、就是正宗的区块链。 九、 总结 区块链作为管理的分布式数据库，从 2009年开始已经运了 8年，没有出现的问题。这证明它是可的。 但是，为了保证数据的可靠性，区块链也有的代价。是效率，数据写区块链，最少要等待分钟，所有节点都同步数据，则需要更多的时间；是能耗，区块的成需要矿进数意义的计算，这是常耗费能源的。 因此，区块链的适场景，其实常有限。 不存在所有成员都信任的管理当局 写的数据不要求实时使 挖矿的收益能够弥补本的成本 如果法满上述的条件，那么传统的数据库是更好的解决案。 前，区块链最的应场景（可能也是唯的应场景），就是以特币为代表的加密货币。下篇章，我将会介绍特币的知识。 学习区块链，从 起点区块链 开始 最不亏的投资就是你关注了我
