區塊鏈是一種新型去中心化協議，能安全地存盤位元幣交易或其它資料，資訊不可偽造和篡改，可以自動執行智能合約，無需任何中心化機構的審核，交易既可以是位元幣這樣的數字貨幣，也可以是債權、股權、著作權等數字資產，區塊鏈技術解決了拜占庭將軍問題，大大降低了現實經濟的信任成本與會計成本，重新定義了互聯網時代的產權制度，

目錄

在ETH網路上發布代幣智能合約

區塊的基本結構

去中心化與點對點網路

資料的不可修改性

共識機制

雙重花費和拜占庭將軍問題

隱私保護

全文小結

在ETH網路上發布代幣智能合約

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區塊的基本結構

區塊的結構并不復雜，包含了一些欄位，整體上看一個區塊的結構類似于雙向鏈表中的節點，可以先直觀的感受位元幣系統中第505156個區塊的頭資訊，

　　這些欄位相當一部分可以通過字面意思來理解，對于較為重要的欄位進行一一列舉，

• Number Of Transactions：此區塊中所包含的交易數量，網頁下方顯示了846個交易的詳細資訊，也稱為區塊體
• Difficulty：難度系數，為了控制區塊產生的速度，難度系數代表當前區塊產生的難度
• Version：區塊鏈的版本
• Nonce：作業量，在當前難度系數下計算了1683386125次才生成了此區塊
• Hash：此區塊的Hash簽名，唯一且不可更改
• Previous Block：前一個區塊的Hash簽名，有且只有一個
• Next Block(s)：后一個區塊的Hash簽名，可以有多個（區塊鏈存在分叉的情況）
• Merkle Root：默克爾樹根，默克爾樹是存盤交易簽名的資料結構，在Git中也有應用

　　這些關鍵欄位的正確維護是區塊鏈實作的基礎，也是區塊鏈去中心化，解決雙花和拜占庭將軍問題的基本結構，有了關鍵的資料結構，還需要相輔相成的規則和演算法才能運行起來，理清楚整個流程之后再回過頭看區塊結構就能一目了然了，

　　通過結構的觀察可以得出結論：

• 一個區塊寫入后Hash唯一且不可更改，除非把整個區塊鏈中所有區塊的Hash，Previous Block，Next Block(s)全部做相應更改
• 一個區塊的內容更改后Hash隨之更改

去中心化與點對點網路

去中心化是區塊鏈的核心思想，這也是與其他分布式產品的最大區別，去中心化保證了公平性和安全性，點對點網路就是在去中心化的框架下的互聯網，類比現實社會，當今的社會制度就是中心化的，國家的中心是政府，金融系統的中心是央行，假如政府腐敗、央行作弊，那么整個社會就無公平可言，所有的資料也是不可信任的，也許去中心化也是人類社會制度發展的終極目標，只要擁有一臺電腦就能加入點對點網路成為一個節點，每個節點都能擁有整個區塊鏈的資訊（目前達到了上百GB），而且在不斷的更新和同步，每一個區塊的寫入都會廣播到整個網路，點對點網路中每個點擁有相同的權利和義務，都是對等的，以CPU作為算力單位每個點都可以參與投票、計算和打包資料，也擁有同步區塊資訊的權利，

資料的不可修改性

　在區塊的基本結構中得出了區塊內容一旦寫入則不可修改的結論，原因非常容易理解，首先一個區塊的通過Hash=SHA256(區塊頭)得出，因此每個區塊的Hash都是唯一的，并且區塊頭中包含Merkle Root欄位，區塊體中的交易資料存盤在默克爾樹的葉子節點中，因此Merkle Root可以看做是此區塊體中所有交易資料的唯一簽名，基于以上事實，不管是對交易資料的修改還是對區塊元資訊的修改都會導致區塊的Hash欄位改變，由于除了第一個個最后一個區塊外所有節點同時具有Previous Block，Next Block(s)欄位，會引起連鎖反應，修改一個區塊資料的代價是要修改區塊鏈中所有區塊的Hash、Previous Block，Next Block(s)欄位為相應值，如果不是同時擁有全網一半以上的算力是不可能做到的，因此可以說區塊資料一旦寫入區塊鏈就是永久寫入不可修改，這也保證了資料的安全性和可信任度，

共識機制

　共識機制是區塊鏈中最重要的特點，共識是指對區塊資料的認同，也可以看做是投票，只有點對點網路中半數以上的都認為區塊資料是真實可靠的才能達成共識，目前有幾種主要的共識機制：作業量證明（PoW）、權益證明機制(PoS)、授權股權證明機制(DPOS)和拜占庭共識演算法（PBFT），其中作業量證明是位元幣采用的機制，在位元幣中作業量證明就是所謂的“挖礦”，

　　由于每個節點都要去同步最新的區塊鏈資料，所以區塊產生的速度不能太快，不然大部分節點根本來不及同步，中本聰為此設計了難度系數調節機制，在區塊結構中維護了Nonce和Difficulty兩個欄位，分別代表計算的次數和難度系數，區塊產生設計速度是每10min產生一個，隨著算力的提高，這個速度可能會加快，如果區塊的產生速度大于設計速度那么下一個區塊的難度系數就會增加，因此可以保證區塊的產生時間間隔圍繞在10min左右，所以在位元幣中隨著時間推移挖礦會越來越難，

　　如果有兩個區塊同時加入區塊鏈，那么區塊鏈就會分叉，哪一個分支長度先達到6個就會把哪一個當做主干，確認交易，另一個分支就會被拋棄（選中大多數節點的共識），因此確認一次交易的時間要1個小時左右，

雙重花費和拜占庭將軍問題

　雙重花費是指把同一筆資產花費到兩個不同的交易中，例如，節點A一共有1個位元幣，節點A幾乎同時提交了兩個交易：向節點B支付1個位元幣，向節點C支付一個位元幣，在交易記錄之前這兩筆交易可能都是合法的，可能會有不同的節點將其記錄到區塊中，如果同時產生了兩個區塊，那么就按照作業量證明的共識機制來選擇，區塊鏈不通過第三方也可以解決雙花問題，

　　拜占庭帝國想要進攻一個強大的敵人，為此派出了10支軍隊去包圍這個敵人，這個敵人雖不比拜占庭帝國，但也足以抵御5支常規拜占庭軍隊的同時襲擊，基于一些原因，這10支軍隊不能集合在一起單點突破，必須在分開的包圍狀態下同時攻擊，他們任一支軍隊單獨進攻都毫無勝算，除非有至少6支軍隊同時襲擊才能攻下敵國，他們分散在敵國的四周，依靠通信兵相互通信來協商進攻意向及進攻時間，困擾這些將軍的問題是，他們不確定他們中是否有叛徒，叛徒可能擅自變更進攻意向或者進攻時間，在這種狀態下，拜占庭將軍們能否找到一種分布式的協議來讓他們能夠遠程協商，從而贏取戰斗？這就是著名的拜占庭將軍問題，

　　拜占庭將軍問題再區塊鏈中的描述應該是，在不知道具體的誠實節點的情況下怎么能夠達到共識，在區塊鏈中使用主流的共識機制（作業量證明（PoW）、權益證明機制(PoS)、授權股權證明機制(DPOS)和拜占庭共識演算法（PBFT））就可以解決拜占庭將軍問題，

隱私保護

由于在區塊鏈中，所有節點都由全網唯一的SHA256簽名代表，這個簽名也不能被反向推出資訊，因此即使簽名在全網廣播也不能得到某個節點的資訊，基于這一點在所有交易中節點都相當于是匿名的，很好的保護了用戶的隱私，但這也是撰寫勒索軟體的黑客們常用的勒索支付方式，

基于以上對區塊鏈的理解，可以得出結論，區塊鏈技術是去中心化的，區塊的結構特點可以很好的保證資料的安全和節點之間的公平性，也可以利用共識機制來解決雙花和拜占庭將軍等類似問題，位元幣的發展也體現出了對區塊鏈價值的認同，但為了實作這些特點，也付出了不小的時間和空間成本：每個節點都需要實時同步整個區塊鏈資訊（目前已經達到上百GB）；每個區塊的容量有限；平均每10min才能生成一個區塊，每小時才能確認一次交易，交易處理速度目前來看是遠遠不夠的，

　　到目前為止區塊鏈的應用場景非常有限，在目前的技術水平下成熟的嘗試還局限在金融貨幣領域，判斷區塊鏈是否能運用到某一個領域只需要判斷三點即可：不需要管理中心，不要求資料的實時性，付出的成本小于收益，現在看來區塊鏈帶來的改變雖然不足以和人工智能相提并論，但區塊鏈的思想非常值得去研究和參考，

　　從技術的角度看，任何一個新技術都不是憑空產生的，一定是在已有的技識訓礎上加以改進和創新得來的，區塊鏈也不例外，如果你對分布式計算（分布式事務，Paxos演算法等）和密碼學（對稱加密，非對稱加密，數字簽名）稍微有一些了解的話研究區塊鏈時就會非常輕松，區塊鏈和Git的實作也有一些相似的地方（比如都使用了默克爾樹

全文小結

基于以上對區塊鏈的理解，可以得出結論，區塊鏈技術是去中心化的，區塊的結構特點可以很好的保證資料的安全和節點之間的公平性，也可以利用共識機制來解決雙花和拜占庭將軍等類似問題，位元幣的發展也體現出了對區塊鏈價值的認同，但為了實作這些特點，也付出了不小的時間和空間成本：每個節點都需要實時同步整個區塊鏈資訊（目前已經達到上百GB）；每個區塊的容量有限；平均每10min才能生成一個區塊，每小時才能確認一次交易，交易處理速度目前來看是遠遠不夠的，

　　到目前為止區塊鏈的應用場景非常有限，在目前的技術水平下成熟的嘗試還局限在金融貨幣領域，判斷區塊鏈是否能運用到某一個領域只需要判斷三點即可：不需要管理中心，不要求資料的實時性，付出的成本小于收益，現在看來區塊鏈帶來的改變雖然不足以和人工智能相提并論，但區塊鏈的思想非常值得去研究和參考，

　　從技術的角度看，任何一個新技術都不是憑空產生的，一定是在已有的技識訓礎上加以改進和創新得來的，區塊鏈也不例外，如果你對分布式計算（分布式事務，Paxos演算法等）和密碼學（對稱加密，非對稱加密，數字簽名）稍微有一些了解的話研究區塊鏈時就會非常輕松，區塊鏈和Git的實作也有一些相似的地方（比如都使用了默克爾樹），

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