區塊鏈大火，讓我等吃瓜群眾猝不及防。雖然網(wǎng)上文章鋪天蓋地，比如“一圖看懂”系列，但仍然雞同鴨講，莫衷一是，并不知其所以然，頂多知道是個(gè)同步賬本。作為一篇學(xué)習總結，我希（盡）望（力）本文能作為一篇普及貼，也能讓其他人看懂。所以這里不會(huì )深入探討技術(shù)原理，大佬們請繞過(guò)。
三大問(wèn)題與解決方案
比特幣是世界上第一個(gè)通過(guò)密碼學(xué)，而非中央銀行發(fā)行的電子加密貨幣。因為其發(fā)行總量固定，無(wú)中央銀行干預，讓許多”民主人士“認為這是極為先進(jìn)的民主思想技術(shù)革命。然而去中心化的系統帶來(lái)了一些新問(wèn)題：
沒(méi)有政府背書(shū)和資產(chǎn)擔保，貨幣信任、交易真實(shí)性成了問(wèn)題。
每個(gè)人都有權了解這個(gè)世界在發(fā)生什么，信息一旦變化，所有數據庫需要同步更新，平等對稱(chēng)。
沒(méi)有集中決策，為了信息對稱(chēng)，如何達成共識，變成了難題。
三大問(wèn)題“交易信任”、“數據對稱(chēng)”、“共識達成”
解決辦法“非對稱(chēng)加密”、“P2P網(wǎng)絡(luò )”、“共識機制”
中本聰用以上三種方法，構架出了區塊鏈技術(shù)結構，讓比特幣的發(fā)行流通構想得以實(shí)現。
什么是比特幣
比特幣（bitcoin）誕生于2008年的一篇論文《A Peer-to-Peer Electronic Cash System》并規定了一些基礎協(xié)議：
圖：比特幣協(xié)議特點(diǎn)
比特幣總量為2100萬(wàn)枚
平均10分鐘誕生一個(gè)區塊。
被寫(xiě)入區塊的交易按照手續費高低排優(yōu)先級
區塊的大小只有 1MB，一筆交易大概是500字節左右，因此一個(gè)區塊最多只能包含2000多筆交易。
挖到新區塊的礦工將獲得獎勵，一開(kāi)始（2008年）是50個(gè)比特幣，然后每4年減半，目前（2018年）是12.5個(gè)比特幣
一筆交易確認需要等待6個(gè)區塊
比特幣網(wǎng)絡(luò )每10分鐘，最多只能處理2000多筆交易，換算一下，就是處理速度為3～7筆/秒。
也就是說(shuō)，比特幣區塊鏈每秒最多只能處理7筆交易，要是交易數據再大點(diǎn)，可能連7筆都達不到。而支付寶一秒處理12萬(wàn)筆交易。這本應在1秒處理的12萬(wàn)筆交易，比特幣需要10小時(shí)。
每4年獎勵減半，那么到了2140年，礦工將得不到任何獎勵，比特幣的數量也將停止增加。這時(shí)，礦工的收益就完全依靠交易手續費了。
這些數據是怎么確定的，眾說(shuō)紛紜。比如一個(gè)區塊鏈的大小是1MB，中本聰在設計之初也并未預料到會(huì )發(fā)展到今天的規模，其本身是一個(gè)構想的實(shí)驗。很多數據并未驗證，甚至可以說(shuō)是拍腦袋定的。
讓交易被信任——非對稱(chēng)加密
比特幣的基礎是加密學(xué)，如果不知道一筆錢(qián)從哪來(lái)，是誰(shuí)的，誰(shuí)敢拿它當貨幣呢？非對稱(chēng)加密從技術(shù)上解決了可信性問(wèn)題。這也是這一類(lèi)數字憑證被稱(chēng)為"加密貨幣"的原因。
所謂非對稱(chēng)加密，其實(shí)很簡(jiǎn)單：加密和解密需要一把公鑰和一把私鑰。
交易的第一件事就是你必須擁有自己的公鑰和私鑰（任何交易所開(kāi)戶(hù)或錢(qián)包類(lèi)網(wǎng)站都會(huì )給）。
圖：比特幣交易加密過(guò)程通俗版
驗證一筆交易是否有效，需要兩步：
1.FROM（誰(shuí)發(fā)送的，包括兩部分）
Previous tx: 這筆錢(qián)的來(lái)源賬單的id， 驗證資金來(lái)源。
scriptSig: 這筆交易的簽名，就是把交易用私鑰做hash
2.TO（誰(shuí)接受，包括兩部分）
Value: 要發(fā)多少
scriptPubKey: 接收方的公鑰，也就是比特幣地址
對于比特幣，錢(qián)不是支付給個(gè)人的，而是支付給某一個(gè)地址，沒(méi)有人知道，那些私鑰和地址背后的主人是誰(shuí)——匿名性。
什么是區塊鏈
區塊鏈（blockchain）是比特幣使用的一種特殊的數據庫，是比特幣存在的基礎。任何人都可以架設服務(wù)器，加入區塊鏈網(wǎng)絡(luò )，成為一個(gè)節點(diǎn)。
圖：區塊鏈結構示意圖
區塊鏈由一個(gè)個(gè)區塊（block）組成。區塊很像數據庫的記錄，每次寫(xiě)入數據，就是創(chuàng )建一個(gè)區塊。每個(gè)區塊包含兩個(gè)部分，區塊頭和區塊體。
區塊頭（Head）：記錄當前區塊的元信息。其中包含：
生成時(shí)間
上一個(gè)區塊的 Hash
區塊體的Hash
區塊體（Body）：實(shí)際交易數據
其中比較重要的概念是“Hash”。所謂 Hash 是對任意內容，計算出一個(gè)長(cháng)度相同的特征值。而且保證，只要原始內容不同，對應的 Hash 一定是不同的。比特幣區塊用的SHA256加密算法。
每個(gè)區塊的 Hash 都是不一樣的，通過(guò) Hash 標識區塊。
如果區塊的內容變了，它的 Hash 一定會(huì )改變。
圖：區塊結構示意圖
如何把交易寫(xiě)入區塊鏈——“挖礦”
“挖礦”指的是把網(wǎng)絡(luò )上待確認的交易寫(xiě)入新區塊，并獲得比特幣獎勵的過(guò)程。
“礦工”是用GPU等硬件設備進(jìn)行數據計算的一群人。正是這群人，把交易者的數據一筆一筆記入帳中?！巴诘V”的機器叫“礦機”；成規?！巴诘V”的場(chǎng)地叫“礦廠(chǎng)”。
回顧挖礦歷史，比特幣挖礦總共經(jīng)歷了以下五個(gè)時(shí)代：CPU（20MHash/s）→GPU（400MHash/s）→FPGA（25GHash/s）→ASIC（3.5THash/s）→大規模集群挖礦（3.5THash/s*X）。
圖：礦廠(chǎng)
“挖礦”道理其實(shí)很簡(jiǎn)單，想要挖到新區塊必算出符合要求的哈希值。你可能會(huì )有一個(gè)疑問(wèn)，計算一個(gè)哈希值為什么這么難？原來(lái)正確的哈希值是有一定要求的：
圖：515798號區塊信息
1.Difficulty
區塊頭包含一個(gè)難度系數（difficulty），這個(gè)值決定了計算 Hash 的難度。舉例來(lái)說(shuō)，第515798個(gè)區塊的難度系數是 3462542391191.56，而第100000個(gè)區塊鏈難度可只有14484.162361。
2.Target
區塊鏈協(xié)議規定，使用一個(gè)常量除以難度系數，可以得到目標值（target）。
Target = Targetmax/ Difficulty 顯然，難度系數越大，目標值就越小。
Hash 的有效性跟目標值密切相關(guān)，只有小于目標值的Hash 才是有效的。這就是采礦如此之慢的根本原因。
3.Nonce
區塊頭里面還有一個(gè) Nonce 值，記錄了 Hash 重算的次數。
第 515798 個(gè)區塊的 Nonce 值是213587466，即計算了 2.1 億次，才得到了一個(gè)有效的 Hash，該區塊才能加入區塊鏈。
4.難度系數的動(dòng)態(tài)調節
實(shí)際上，新的區塊有時(shí)候幾分鐘就可能被算出來(lái)，有的可能需要幾小時(shí)。為了保證新區塊在10分鐘左右的時(shí)間內產(chǎn)生，并且考慮到硬件設備的升級，中本聰將Difficulty每2016個(gè)區塊調整一次以保證新區塊平均產(chǎn)生時(shí)間在10分鐘。
挖礦的意外——分叉
圖：分叉示意圖
在挖礦的過(guò)程中，如果同時(shí)生成了兩個(gè)新區快，鏈接著(zhù)同一個(gè)上級區塊，便形成了分叉。
如果發(fā)生這種狀況：認定率先達到6個(gè)新區塊的一條鏈為有效鏈（比特幣交易的六次確認）。即需要1小時(shí)左右。
一個(gè)很直觀(guān)的例子可以說(shuō)明為何這種經(jīng)濟博弈模式：
超市付款需要排成一隊，可能有人不守規矩要插隊。超市管理員會(huì )檢查隊伍，認為最長(cháng)的一條隊伍是合法的，并讓不合法的分叉隊伍重新排隊。只要大部分人不傻，就會(huì )自覺(jué)在最長(cháng)的隊伍上排隊。
讓信息對稱(chēng)——P2P網(wǎng)絡(luò )結構
P2P網(wǎng)絡(luò )保證每個(gè)人的信息同步，任何人都可以成為一個(gè)節點(diǎn)。每個(gè)節點(diǎn)都包含了整個(gè)區塊鏈（目前100G），并且節點(diǎn)之間時(shí)刻不停的同步信息。
當你發(fā)生了一筆交易。你所在的節點(diǎn)就會(huì )把這筆交易告訴另一個(gè)節點(diǎn)，直到傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò )?！暗V工”搜集各種新發(fā)生的交易，將他們寫(xiě)入區塊鏈。一旦寫(xiě)入成功，此“礦工”所在節點(diǎn)的區塊鏈就成了最新版本，其他節點(diǎn)會(huì )來(lái)復制新增的區塊，保證全網(wǎng)同步。
圖：P2P節點(diǎn)分布全球，每個(gè)節點(diǎn)信息一致
關(guān)于挖礦方法爭論——共識機制
“挖礦”這種行為的本質(zhì)是尋求達到某一共識，再把信息寫(xiě)入區塊的勞動(dòng)。這種共識決策其實(shí)不只比特幣所使用的一種方法。
目前主流共識機制目前有：
POW（Proof of Work）、POS （Proof of Stake）、DPOS（Delegated Proof of Stake）
1.POW（Proof of Work）
一句話(huà)介紹：干的快，收的越多。
工作量證明協(xié)議。比特幣所用共識機制。它要求發(fā)起者進(jìn)行一定量的運算，也就意味著(zhù)需要消耗計算機一定的時(shí)間。
優(yōu)點(diǎn)：
1)算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現；
2)節點(diǎn)間無(wú)需交換額外的信息即可達成共識；
3)破壞系統需要投入極大的成本；
缺點(diǎn)：
1)浪費能源；
2)區塊的確認時(shí)間難以縮短；
3)新的區塊鏈必須找到一種不同的散列算法，否則就會(huì )面臨比特幣的算力攻擊；
4)容易產(chǎn)生分叉，需要等待多個(gè)確認；
5)永遠沒(méi)有最終性，需要檢查點(diǎn)機制來(lái)彌補最終性；
2.POS （Proof of Stake）
一句話(huà)介紹：持有越多，獲得越多。
權益證明，最早在 Peercoin 系統中被實(shí)現，類(lèi)似現實(shí)生活中的股東機制，擁有股份越多的人越容易獲取記賬權。在POW中，如果用戶(hù)花費2000美元購買(mǎi)硬件設備，當然會(huì )獲得兩倍算力來(lái)挖礦；同樣，在POS機制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機會(huì )獲得產(chǎn)生新區塊的權利。
優(yōu)點(diǎn)：
在一定程度上縮短了共識達成的時(shí)間；
不再需要大量消耗能源挖礦。
缺點(diǎn)：
還是需要挖礦，本質(zhì)上沒(méi)有解決商業(yè)應用的痛點(diǎn)；
3.DPOS （Delegated Proof of Stake）
一句話(huà)介紹： 選出代表，高效運算
Dan Larimer發(fā)明的這種新共識算法被稱(chēng)為股份授權證明機制(DPoS)，應用于比特股和Steemit社區。
每個(gè)股東按其持股比例選定代表，每個(gè)股東將選票授予一名代表。獲票數最多的前100位代表加1位隨機代表按既定時(shí)間表輪流產(chǎn)生區塊。每名代表分配到一個(gè)時(shí)間段來(lái)生產(chǎn)區塊。所有的代表將收到等同于一個(gè)平均水平的區塊所含交易費的10%作為報酬。該模式可以每30秒產(chǎn)生一個(gè)新區塊，每次單人有序生產(chǎn)區塊在正常的網(wǎng)絡(luò )條件下區塊鏈分叉的可能性極其小，即使發(fā)生也可以在幾分鐘內得到解決。
優(yōu)點(diǎn)：高效
缺點(diǎn)：整個(gè)共識機制還是依賴(lài)于代幣，很多商業(yè)應用是不需要代幣存在的。
區塊鏈2.0——以太坊
為什么會(huì )有以太坊呢？它的創(chuàng )始人Vitalik Buterin在《以太坊白皮書(shū)》前言部分挑明：因為比特幣沒(méi)有賬戶(hù)狀態(tài)的概念；而且POW機制效能低，浪費大量時(shí)間和資源。而以太坊作為區塊鏈平臺將區塊鏈技術(shù)的發(fā)展帶入到 2.0 時(shí)代。
以太坊要實(shí)現的是一個(gè)內置了編程語(yǔ)言（Solidity）的區塊鏈協(xié)議，那么理論上任何區塊鏈應用都可以用這門(mén)語(yǔ)言進(jìn)行定義，運行于以太坊的區塊鏈協(xié)議之上（該協(xié)議的意義與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的 TCP/IP 協(xié)議相似）。這使得區塊鏈應用開(kāi)發(fā)者們高效快速地開(kāi)發(fā)頂層應用，變?yōu)榭赡堋?/span>
以太坊涉及的問(wèn)題非常多，很難一言蔽之。這里只對其地位和意義做簡(jiǎn)要了解。如果感興趣可以登陸其官網(wǎng)：https://www.ethereum.org/
ICO和其他電子加密貨幣
圖：火幣pro上市幣種
目前交易所上市的電子加密貨幣已經(jīng)不下1000種。那他們是什么？從哪來(lái)？什么是山寨幣，分叉幣，ICO？
山寨幣
是我們最初指除比特幣以外的加密貨幣。
分叉幣
是由主鏈分叉出來(lái)的新幣，比如比特幣BTC分叉的比特現金BCH。
ICO是Initial Coin Offering的簡(jiǎn)稱(chēng)
所有成功的數字貨幣以及區塊鏈項目無(wú)一不是社區項目。常見(jiàn)的ICO里，數字貨幣和區塊鏈項目向早期愛(ài)好者出售項目代幣。項目團隊通過(guò)ICO獲取技術(shù)開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)拓展資金；而項目愛(ài)好者通過(guò)ICO支持項目，同時(shí)也可在對應代幣進(jìn)入交易市場(chǎng)后選擇交易退出。
可查的首個(gè)ICO來(lái)自于Mastercoin項目（現已更名為Omni），其在13年7月時(shí)在Bitcointalk（最大的比特幣和數字貨幣社區論壇）上宣布通過(guò)比特幣進(jìn)行ICO眾籌，并生成對應的Mastercoin代幣并分發(fā)給到眾籌參與者。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)這次ICO是一種以物換物的行為，即參與者用比特幣換得Mastercoin項目里的代幣。一開(kāi)始ICO只是數字貨幣愛(ài)好者的一種社區行為，隨著(zhù)數字貨幣以及區塊鏈的不斷發(fā)展開(kāi)始被越來(lái)越多人接受并參與。絕大部分ICO都是通過(guò)比特幣或其他數字貨幣進(jìn)行的。
幾個(gè)著(zhù)名的ICO案例：
- 2013年7月，Mastercoin（現更名為Omni）：可查的最早ICO項目，通過(guò)meta-protocol拓展比特幣功能，募集5000 BTC。
- 2013年12月，NXT（未來(lái)幣）：首個(gè)完整的PoS區塊鏈，曾經(jīng)神秘的開(kāi)發(fā)者，持續發(fā)展的強大社區。ICO神話(huà)：募集21 BTC（是的你沒(méi)看錯，21BTC，約等于當時(shí)6000美元），市值峰值曾到達過(guò)1億美元。
- 2013年-2014年，Bitshares（比特股）：曾經(jīng)的“數字資產(chǎn)二代幣三劍客”之一（另外兩個(gè)為NXT和CounterParty），國內數字貨幣界口水之源，毀譽(yù)參半。其社區培養了國內大量早期ICO以及數字資產(chǎn)愛(ài)好者。
- 2014年7月，Ethereum（以太坊）：ICO時(shí)募集3萬(wàn)余個(gè)比特幣曾創(chuàng )下紀錄。將智能合約理念推進(jìn)到極致的區塊鏈項目，讓全世界重新認識區塊鏈公有鏈的項目。近兩年最成功的ICO，也是至今為止除比特幣以外市值最高的數字貨幣/區塊鏈項目。近期由于TheDAO事件影響晴雨不定。
- 2015年3月，Factom（公正通）：雙代幣設計，首提存在性證明的區塊鏈商業(yè)化以及由此導出的基金會(huì )與公司雙機構設置。
- 2016年3月，Lisk：以太坊挑戰者，利用側鏈的Dapp解決方案。
- 2016年5月，TheDAO：等值1.5億美元破世界紀錄的ICO眾籌，非典型ICO（其本身不是區塊鏈）。向世界大聲宣告智能合約時(shí)代到來(lái)后一個(gè)月即被黑客攻克，在歷史上刻下了深深的雙重驚嘆號 （該項目目前已經(jīng)失?。?。
- 2017年6月， EOS (Enterprise Operation System) ：為商用分布式應用設計的一款區塊鏈操作系統。 創(chuàng )始人是比特股創(chuàng )始人、DPOS發(fā)明者Dan Larimer，已經(jīng)創(chuàng )造了一個(gè)新的ICO記錄——5天內籌集了1.85億美元。它是以以太坊為募集基礎的代幣。
這是個(gè)平等的世界嗎？
細心的觀(guān)眾可能已經(jīng)發(fā)現，這套民主思想的技術(shù)，似乎并沒(méi)有那么公平。如果你有足夠資本建立礦場(chǎng)，將會(huì )持有大量的比特幣（尤其前期難度不高）。資本逐漸慢慢聚攏到算力集中的少數礦場(chǎng)的手里，形成馬太效應，去中心化效應減弱。比如現在的比特大陸（一度接近51%的算力），郭宏才也是這樣挖礦起家?，F在挖礦已經(jīng)不是小散戶(hù)玩的起的游戲了。
擴容問(wèn)題
比特幣的區塊大小為1M，如果比特幣交易越來(lái)越多，很多交易就不會(huì )在發(fā)生后的第一個(gè)區塊被打包和確認，可能要等好幾個(gè)區塊，甚至更久。比特幣交易的擁堵導致了轉賬速度變慢，手續費也越來(lái)越高。
中本聰曾提出了在比特幣容量不夠用的時(shí)候應該怎樣進(jìn)行擴容。白皮書(shū)發(fā)布之后，他自己在社區留言的第一個(gè)問(wèn)題，就指出了比特幣未來(lái)的擴容隱患。
THE END
區塊鏈技術(shù)性強，技術(shù)分支也越來(lái)越多，這里也只聊了九牛一毛。
從業(yè)務(wù)上看，應用卻已經(jīng)很多：網(wǎng)易星球、阿里的麻吉寶。然而目前給人的感覺(jué)都還是為了做區塊鏈而區塊鏈，需求的還沒(méi)有真正出現。目前德國、英國、日本等政府認可比特幣的價(jià)值，和此前加密貓的誕生，推著(zhù)幣價(jià)一度走高。不過(guò)，區塊鏈和比特幣到底是鉆石還是郁金香，等待驗證還有很多。
