区块链简介

什么是区块链？目前没有看到很好的定义和介绍，网上要么是讲一些区块链意义的空泛文章，比如“区块链技术颠覆谁谁谁”、又或“互联网已颠覆世界，区块链要颠覆互联网等等”，要么就是通篇介绍比特币，矿工，挖矿等。那么区块链到底是个什么东西？它跟比特币又有什么关系呢？

其实区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。其本身是一串使用密码学相关联所产生的数据块，每一个数据块中包含了多次交易有效确认的信息。而比特币就是基于区块链技术的一个应用。

这里先抛出几个问题：

1、什么叫去中心化的分布式数据库？

2、数据区块里都有什么？

3、如何利用密码学保证区块里数据不会被篡改？

4、数据是不断增加的，怎么保证新增的数据被其他节点认可？

中心化与去中心化

先看一个中心化与分布式案例，搞IT编程的都知道，目前版本控制软件最流行的一个是svn，一个是git那它俩有什么区别呢，如下图：

svn是一个集中式的服务器，代码的版本变更信息都存储在svn server服务端，每个客户端磁盘里只有众多版本中的其中一个版本，假如服务端坏掉了，那我们就丢失了版本变更记录。

而git不一样，它是没有中心服务器的，每个人机器上都是一个完整的库，里面就有各个版本的变更信息，我们开发完代码以后先commit到本地仓库，在push推送到远程服务器，假如远端服务器坏掉了，只需要把本地仓库重新push一次即可，版本变更记录还在。

区块链也是这样，没有中心，分布在全球各地、能够协同运转的数据库存储系统，任何有能力架设服务器的人都可以参与其中。来自全球各地的掘金者在当地部署了自己的服务器，并连接到区块链网络中，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点。一旦加入，该节点享有同其他所有节点完全一样的权利与义务（去中心化、分布式的特征）。与此同时，对于在区块链上开展服务的人，可以往这个系统中的任意的节点进行读写操作，最后全世界所有节点会根据某种机制的完成一次又依次的同步，从而实现在区块链网络中所有节点的数据完全一致。

区块内部有什么

区块作为区块链的基本结构单元，由包含元数据的区块头和包含交易数据的区块主体构成。

区块头包含三组元数据：

1. 用于连接前面的区块、索引自父区块哈希值的数据；
2. 挖矿难度、Nonce（随机数，用于工作量证明算法的计数器）、时间戳；
3. 能够总结并快速归纳校验区块中所有交易数据的Merkle（默克尔）树根数据。

大概每隔10分钟，就会有一个新的页（区块），所有的参与者都可以在这页（区块）上记账，谁先最快记完账，就可以把这个页（区块）添加到账本（主链）里，并得到一笔奖励（比如比特币，这就是所谓的挖矿）。而其他没完成的参与者手里的页（区块）就会作废，只能继续等待另一个区块产生，然后重新开始记账。挖出每个区块中也包含了前一个区块的ID（识别码），这使得每个区块都能找到其前一个节点，这样一直倒推就形成了一条完整的交易链条。从诞生之初到运行至今，全网随之形成了一条唯一的主区块链。如下所示

密码学如何保证以前数据不会被篡改

这里用到密码学里两个东西：哈希算法和非对称加密。

哈希算法有两大特点：不可逆和无冲突。

所谓不可逆，就是当你知道x的hash值，无法求出x；

所谓无冲突，就是当你知道x，无法求出一个y， 使x与y的hash值相同。而且只要x稍微有一丁点变化，计算出的hash值与x的hash值完全不一样。

常见的加密算法有两种：对称加密和非对称加密。

对称加密：该算法在加密和解密时使用的是同一个秘钥，常见算法有DES、AES等。特点：加密解密简单，速度快，一般用在数据量大又不太注重安全的场景。

非对称加密：非对称加密需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥）。非对称加密除了用户信息加密之外，还有一个作用就是，身份验证。过程如下，消息发送者先对消息做哈希运算，接着用私钥加密处理。最后再把原消息和加密后的消息及公钥发送出去，消息接受者先对消息做哈希运算，然后用公钥解密消息得到哈希值，如果两个哈希值相同就代表消息没有被篡改过。常见算法有RSA、DSA等。特点：加密解密速度慢，但是安全性较高，非对称加密最经典的应用就是数字签名。

上面的内容属于密码学基础知识，接下来我们就看下在区块链里的应用：

第一个创世区块被创建以后，里面有什么无所谓。

从第二个区块开始，区块头包含前一个区块的哈希值，及这段时间内全网索引交易记录（10分钟左右），且每笔交易都有签名，可以保证没有被篡改过，区块一旦被挖出，区块里的数据就不会在改变。否则区块的哈希值就会改变，而如果哈希值改变，整个区块链条就不再完整。

新增数据如何在分布式环境下共识

区块链的逻辑很简单，就是比谁更快。谁先计算出并添加到张波就给谁一定的奖励。那如果有人做假账，搞故意破坏怎么办，我们来看一下区块链如何解决作弊行为：

1、交易数据验证：上面介绍了非加密算法，交易信息都是使用非对称加密算法在节点之间传输，可以保证数据不会被篡改。

2、区块验证：区块是前后相连的，修改之前区块之后哈希值变化无法再连到主链上，如果伪造最后一个，后面所有区块都要伪造，工作量太大。

3、分布式存储：任何一个节点都拥有全部交易数据，假如有人修改了某页数据，必须得到51%以上节点的认可。

4、链有效性：如果有两个节点同时计算出，这时候区块主链会分叉，但是区块链规定，谁先挖出6个区块，就以谁为准，其他分叉作废。

区块链的优缺点及发展前景

区块链优缺点：

优点：

1、去中心化，不需要第三方权威机构。

2、数据不可篡改，数据一旦存入区块，将永久存储，数据具有极高的稳定性和可靠性。（此特点也是缺点，数据不可撤销。）

3、自制性，算法公开透明，人为干预不起作用。

4、开放性，数据完全开放，任何节点都可以查询区块链内所有数据。（此特点也算缺点，可以查询某个账户所有交易数据。）

5、匿名性，交易时无需公开身份让对方相信自己。（此特点也算缺点，由于无需公开身份交易，又无需担心交易过程，受到不少不法分子的喜爱。）

缺点：

1、效率低，每次数据添加到数据库至少十分钟，第一次使用要下载历史所有交易数据。

2、延迟性，由于交易数据需要被其他节点认可，记账周期长，交易不及时。

根据以上特点，区块链应用场景并不是很多：

1、对信息安全要求高但是对速度要求不高的金融，保险领域。

2、电子货币行业，比如比特币、火牛币等，这些币种央行并不承认，无法兑换人民币，投资有风险，购入需谨慎。