快速理解-区块链技术的三步指南

“什么是区块链？”对于这个问题，不同的人可能有不同的答案。

本篇文章翻译自外文博客，用通俗易懂的语言，分三步，解释了区块链的三个主要组成部分：区块链本身，点对点网络和共识机制，有助于我们逐步理解区块链的底层技术。结合肖风博士的演讲，你将从机制、经济和技术层面，对区块链技术可以有更深入更透彻的理解。

本文即使是非技术人员，也能轻易理解。现将其分享给各位，供大家参考。

下文翻译自Thijs Maas发表在Hackernoon上的博文《The Quick, 3-Step Guide to Blockchain Technology》，仅代表作者观点，内容仅供参考。

第一步 理解区块链技术本身

简单来讲，区块链其实就是一种构建数据的方式。它是一个账本：一个保存会计记录的文件。

这个文件就像一本永远也不会完结的书一样。

书的每一页都有内容并且在书页底部都有一个页码，有了页码，你就能立刻知道这页书所属的位置，如第49页是在第48页和第50页之间。

就像书页一样，每一个区块上面都写满了内容。虽然区块没有明确的编号，但它们有时间戳，时间戳的功能和页码的功能完全一样，算是每个区块的“编号”。一个新的区块总是添加在具有最近时间戳的区块之后。如此，链条就形成了。

区块链最酷的地方在于，它使用加密技术来确保当“书页”上的任何信息发生变化时，我们能够立即注意到它。这个属性使得区块链成为一个很好的，用于保存和跟踪有价值的纪录的数据结构。

在BTC区块链中，区块里包含了BTC的交易信息，如张三把这个BTC发送给李四了。

由于BTC区块链记录了自BTC存在以来的所有交易情况，因此我们可以通过检查账本，确定李四是在何时拥有这个BTC的。“谁在某时拥有某物”就是我们所说的区块链的“状态”。

当一笔交易被记录在区块中并添加到链上时，这笔交易才算真正地发生。因此，当一个区块被添加到链上时，区块链就被更新了。这意味着，如果我想验证某人是否真的给我转了一个比特币，我必须能够检查区块链的状态。为了能够做到这一点，账本必须是公开可利用的。这里就是点对点网络起作用的地方。

第二步 理解点对点网络的作用

如果区块链仅仅被储存在一台电脑上，并且恰好这台电脑被关闭的话，那就很烦人了。因为我无法随时随地验证对方是否给我转了账。因此，区块链是分散存储在世界各个地区的数台电脑上的。

这些电脑被称为“节点”，它们在点对点网络中一起工作，以确保区块链的安全性和状态的最新性。每个节点都存储着区块链的完整版本，每当有新块添加时，每个节点也都会更新区块链。使用点对点网络有下面这些优势：

我可以随时随地的使用区块链检查交易状态；

我不用依靠某一方来了解交易的最新状态；

当发生黑客攻击时，对方必须同时攻击成千上万台电脑，而不只是一台服务器；

不必担心区块链里的信息会被删除或篡改，要实现这一点就必须修改所有计算机里的信息。

但上述情况并不意味着区块链就是100%安全的。例如，我怎么知道区块链里记录的信息是正确的？怎么验证区块里有没有包含无效交易？如果有不同版本的区块链，那我怎么知道哪一个区块链里的才是真实纪录？

区块链巧妙的地方在于，这些问题，可以用共识机制来解决。

第三步 理解共识机制

共识机制神奇之处在于，它允许点对点网络中的所有节点一起工作，而彼此之间却不必相互了解和信任。

共识机制就是一组简单的规则：网络中的节点通过运行网络软件达成一致。这些规则确保区块链网络按预期工作并保持同步。

共识协议规定了：

如何将区块添加到链上

区块什么时候被认为是有效的

如何解决真相冲突

【将区块添加到链上】

不同的区块链有不同的添加区块的方式。

最有名的共识机制是比特币PoW机制（工作量证明）。PoW的第一个规则是：平均每十分钟，一个区块会被添加在区块链中。

这个过程叫做“挖矿”，添加新块的节点叫做“矿工”。在PoW机制下，系统会出一道密码谜题，矿工运用计算机的算力解决系统中的密码谜题来添加新块。共识机制规定：只有成功解决出密码谜题后，才能添加一个新块。成功添加新块的矿工能够获得预埋在系统中的新币作为奖励。随后，所有矿工开始挖掘下一个区块。

PoS（权益证明）也是常见的共识机制之一。这种机制通过计算你的权益，包括你持有的币的数量和持有币的时间，来决定记账的权利。谁的权益大，谁就获得添加新区块的权利。

【区块的有效性】

当矿工解出谜题“挖出”区块后，网络中的所有节点将检查该区块是否有效，并将它添加到各自的区块链副本中。

节点们首先需要就块的合法性达成共识，只有这样网络才会达成同步并更新区块链的状态。只有遵循共识机制设定的规则的新块，才会被节点们承认并添加到链上。没有遵循规则的块将会被拒绝添加。

通常情况下，只有包含交易信息的块才有效。以BTC区块链为例，协议规则规定：如果没有从别人那里接收到BTC或者挖出BTC，就不可以发送BTC。换句话说，如果发送者已经接收到了足够的BTC来做交易，节点们将运行软件检查区块中的所有交易信息，以此来检查网络状态。

现在，假设我已经收到1BTC，我后来将其发送给张三，然后我尝试将相同的BTC发送给李四。只要我的第一笔交易被添加到链中，所有节点都会更新区块链，以证明我现在没有该BTC了，那么任何包含我和李四的交易信息的块都会被拒绝。节点们的软件发现该块没有遵循规则，因此它们不会将这个块添加到链上。

规则还规定，只有具有BTC持有者数字签名的交易才是有效交易。只有控制发送BTC钱包或地址的人才可以在交易上签字。因此，只有你可以花你的BTC。

【如何解决真相冲突】

在偶然的情况下，会出现两名矿工同时向链条添加有效块，一部分节点接受了一个矿工的有效块，另一部分接受了另一个矿工的有效块。第一个块包含我和张三交易的信息，第二个块包含我和李四交易的信息。现在，我突然同时拥有两种不同状态的区块链。

我们将这种情况称为“分叉”。张三或李四是否拥有我发送的比特币？两条链中的哪一条才是'真正的'区块链？

通常情况下，所有的共识协议都有一条简单的规则来解决这个问题：最长的链获胜！

当分叉发生时，一些矿工会在这条链上挖矿，另一些矿工将在另一条链上挖矿。不可避免的是，一条链上的矿工肯定会比另一条链上的矿工多，因此，矿工多的那条链将会增长的更快。

另一条链上的矿工将会迁移至较长的那条链上，分叉出去的链就会消失。这样对主链没有任何损害。

因为矿工是以自我利益行事的经济行为者。一个矿工如果知道这条分叉的链会消亡，那么就不会有兴趣在分叉链上采矿。所有在分叉链上的交易绝不会发生在主链上，这意味着在分叉链上挖矿的矿工将得不到奖励。

上述这种情况，我们称之为软分叉。

在少数情况下，分叉链可能会产生大量的采矿能力。在这种情况下，可能需要一段时间才能确定哪条链是主链。传统观点认为，等待6个区块方可真正确认一个交易。

译者补充：这种情况称为硬分叉，在原链上工作的节点无法验证分叉链上的节点生产的区块，这样就会分出两条链。这两条链将会并存运行下去。

“最长的链获胜”这条规则，再加上添加一个区块需要巨大的算力这一客观要求，使得区块链具有很高的安全性。攻击网络的唯一途径就是回到区块链中的某个区块，分叉区块链并开始从那里挖掘新区块。然而，要做到这一点，攻击者必须重做之前所有矿工们的工作，并努力赶上主链。没有比整个矿工网络更多的计算能力，要实现攻击基本是不可能的。这也是区块链为什么不易受到攻击的原因。

广而告之

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