初识区块链

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区块链和数字钱银现已出来不少年头了，故意一向没有去了解相关的概念和原理。

最近在看一本小说，里边有个设定说到：数字钱银实际上更适合作为人工智能之间的买卖体系。

跟着2023年AIGC的迸发，这个设定形似有点意思，因而我决定来了解一下区块链和数字钱银相关的概念。

数字钱银

区块链区块链最初是为了支撑加密钱银（比特币）而规划的，因而要了解区块链技能，需求先了解数字钱银。

在最前期的人类社会中，贸易是以物易物的方法进行的，比方两斤果子换一只鸡。

跟着物质和贸易发展，以物换物就比较麻烦了。比方现在A有两斤果子，B有一只鸡，C有一只鸭。A想要换鸡，可是B不想要果子，而是想要鸭子，C想要果子而不想要鸡，为了解决这个死循环，需求经过一种”中介“来替代产品进行交互，这便是”钱银“的由来。

钱银也经过了许多次的发展，从远古的贝壳到金属钱银，再到纸币。不管钱银是由哪种媒介来代表，都需求确保我们对钱银价值的认可，也便是钱银能够换到实在的产品。

实体钱银存在丢掉、假钞、找零等问题，如今电子支付十分流行，我们也很少在运用纸币，但电子钱银本质上还是纸币，是由中央银行发行的，其价值也由中央银行这种有威望的信任组织来确保。

比方现在A向B转账100元，假如只是口头上说了一下，B显然是不能拿到这个”口头“上的100元去商铺买到东西的。要到达这个转账的意图，需求从A账户上削减100元，B账号上添加100元，这个买卖需求经过银行体系，依靠专业人员。这个时分，B去商铺买东西，商铺从B的账户上再划走相应的金额，也需求走银行体系。

在这个过程中，A、B和商铺，都需求相信银行，不会篡改账户。

有没有一种在只需求买卖两边就能够完结的、没有假钞、一起能够被运用该钱银的其他人认可的买卖体系呢?

数字钱银便是这样的一个概念，旨在创立契合上述条件的买卖体系。

点对点买卖

没有中介的买卖，能够成为买卖两边的点对点买卖。关于点对点这个名词，更常见的是出现在点对点网络中。

点对点网络（peer-to-peer， 简称P2P），又称对等式网络，是无中心服务器、依靠用户群（peers）交换信息的互联网体系，它的效果在于，减低以往网路传输中的节点，以下降材料丢掉的风险。

点对点网络的一个重要的目标便是让一切的客户端都能提供资源，包括带宽，存储空间和核算才干。网络中的每个参加者（节点）在网络中对等，即具有相同的位置和功用，跟传统的客户端-服务端模型有很大差异。

那么，点对点买卖又是怎么进行的呢？

在数字钱银的买卖中，买卖的账户能够看做是一个特别的银行卡，公钥就相当于银行卡号，而私钥相当于银行卡暗码，这个银行卡的特别之处在于一个暗码对应一个卡号，因而不能修正暗码，也便是不能忘记或者讲将钥露出给别人。

回顾一下非对称加密，公钥和私钥都能够用来加密和互相解密，其中，

• 私钥的加密被称为签名，签名能够被公钥解密用于验证
• 公钥的加密被成为加密，加密后的数据能够被私钥解密，取得原始内容

在数字钱银买卖时，

• 首先，由买卖发起方宣布一个转账声明，这个声明的内容运用买卖方自己的私钥进行了签名。
• 然后将买卖内容、签名和买卖方的公钥、以及一些买卖手续费，经过播送发送到P2P网络的节点中，这样网络中的一切节点都能够用公钥和买卖内容查看签名、验证账户余额等
• 基于某些机制，这笔买卖验证经过之后，会被同步到一切节点，买卖生效，买卖方和接收方的余额也会被整个网络供认。

因为私钥只要买卖方自己知道，

• 经过私钥签名，能够防止买卖声明被其他人进行更改；
• 而只需签名验证经过，就能够以为转账完结，买卖发起方也无法狡赖了

假如私钥忘记了，相当于账号就丢掉了，里边的数字钱银就再也找不回来了。

不行篡改的区块

区块(Block)是保存买卖记载的根本数据结构单元，包含某些时刻段内的买卖信息，以及一些其他的元数据。

怎么确保现已供认的买卖记载不会被任何一个节点篡改呢？这就需求用到链表。

能够把每个区块想象成某个单链表中的一个节点，每个区块包含了

• 必定时刻内的买卖信息，
• 前一个区块的哈希值。
• 依据上两个内容生成自己的哈希值

回顾一下哈希算法，这是一种将恣意长度的输入数据转换成固定长度哈希值（散列值）的算法，不同的输入数据应该生成不同的哈希值（即使是很微小的改动），一起从哈希值无法复原原始数据。

因而，假如该区块内容进行了修正，它的内容哈希值就会修正，这会影响后续的一切区块。

比方 A->B->C->D这个链路中，修正了B的内容，则B后边一切的区块（包括C、D）的哈希值都会被修正。

假如要假造某个区块，就需求将后续一切的区块都进行假造，这需求耗费许多的算力。

区块链十分强调区中心化，算力涣散在单个节点上，假造区块的成本十分高，因而这是很长难到达的，也就打到了买卖信息”不行篡改“的意图。

创立新区块

上面说到，P2P网络中的一切买卖信息，都保存在区块上面。那么，区块是由谁发生的呢？

P2P网络的节点都能够参加创立新区块，因为每创立一个新的区块，

• 会得到一笔数字钱银的奖赏
• 区块内保存的买卖记载由在创立区块的时分由节点挑选，为了确保买卖打包进区块，这些买卖往往会提供一些手续费

借助这个激励机制，有许多的节点会参加进入这个过程，这类节点被称为”矿工“，他们在不停地进行核算，测验生成新的区块。

具体来说，

• 矿工节点在收到播送过来的买卖信息后，会放在自己的买卖池里边，

• 每个区块能够保存的买卖内容是有上限的，因而矿公共从买卖池中挑选一些尚未被供认的买卖记载，（通常会挑选买卖手续费较高的那些买卖

• 然后为这些买卖结构一个候选区块，然后不断测验核算这个区块的哈希（这个过程需求耗费许多的核算），直到核算出一个特定的哈希值，候选区块就被以为是有效的

• 新发生的区块被播送到全网，一切节点更新自己的账本到最新高度。买卖正式被供认

• 其他正在核算中的节点会抛弃自己的候选区块，转而核算下一块，本次候选区块里边被挑选的买卖记载，会回到买卖池等候重新打包

为什么某个矿工节点创立出来的新区块，会被其他节点供认呢？

区块链网络经过一致机制，例如工作量证明（Proof of Work）或权益证明（Proof of Stake），确保在没有中心威望的情况下，节点对于数据的修正和添加达成一致。

工作量证明

现在来具体阐明一下核算候选区块的过程：整个网络会设定一个动态的难度值，节点会依据区块内容，加上一个随机数nonce，这样会生成一个随机的哈希值，假如这个哈希值契合某些特定的要求（比方哈希值前N位都是0），一起随机数nonce小于设定的难度值，就以为得到效果了。

动态难度值的意图是确保区块的产出时刻是固定的（大约是每10分钟发生一个），假如区块发生时刻少于10分钟，阐明全网算力添加，需求调大难度；大于10分钟则反之。

因而，算力值也代表了挖出新区块的概率，而挖出一个新区块则代表收获了数字钱银

• 每发生一个新区块都能够取得数字钱银（因为数字钱银设定的发行数量上线，这个收益每四年减半，跟着时刻消逝会逐步趋近0
• 区块内打包的每一笔买卖记载，会得到一部分买卖提供的手续费

上述的内容便是区块链的Proof of Work机制。

从区块链的技能原理上，P2P节点、单纯依据区块内容生成哈希等机制，现已让数据很难被篡改了，为什么在出产新区块这儿，还需求耗费如此多的算力，来依据契合条件的随机哈希找到一个随机数呢？

因为单纯只依据区块内容哈希无法完成这个意图，针对固定内容，算力越高的机器，肯定越简单、越迅速地生成哈希值，这样，就无法到达去中心化的意图。

因而，PoW机制是便是为了让单个节点即使有强壮算力也难以彻底操控区块链，一个有强壮算力的节点，假如想要修正区块效果，就必须超过全网大都节点一起核算的效果速度，否则更慢的篡改链将被网络抛弃。

假如某个节点操控了区块链网络总算力的51%或以上,则事实上能够对区块内容进行修正或回滚。这被称为51%攻击：

• 自行生成区块,并比正常速度快,称为”算力分配“。
• 生成一个区块,不将其公布出去,暗里进行双重支出。
• 强行颠覆之前的某些买卖,修正账本前史。

为了防止51%攻击，区块链体系在规划时十分强调去中心化，经过算力涣散同享的模式,下降单个节点直接操控网络的或许。

这也是为什么会有新区块经济激励机制的原因：让许多节点参加进来，防止单个节点垄断算力。理论上，算力很低的节点，也是有或许更快地核算出新区块的哈希值，只是算力越大的机器概率越高罢了。

资源糟蹋

读到这儿，能够看出，工作量证明会糟蹋许多的资源

• 假如不考虑单节点操控网络，重复的随机数核算是纯粹的糟蹋，而核算出来的随机哈希值并没有其他任何效果（比较于去参加科学核算、数学核算等）
• 为了获取新区块发生的收益，许多高算力设备会投入进来进行核算，糟蹋许多的电力
• 算力添加，而区块的发生速度因为动态难度值的存在并不会改变，算力的投入只会添加单节点的收益概率，对整个网络而言没有任何意义，感觉便是”卷“

因为新区块激励机制，为了获取数字钱银，有许多矿工节点会投入许多的硬件、电力资源来进行工作量证明，而得到的收益只要数字钱银，并没有其他对社会有效的产品产出，这也是为什么国家会规定：”虚拟钱银“、”挖矿“等归于落后产业。

此外，因为每个节点都保存完好的数据备份，而大大都的买卖数据对自己而言都是没有意义的，重复保存这些数据感觉也是很冗余的。

小结

现在，大致了解了区块链技能的原理

• 首先经过区块记载点对点之间的买卖记载
• 经过区块哈希防止节点数据被篡改
• 激励机制促进矿工节点有动力去创立新区块，经过工作量证明机制达成新区块一致，防止出现中心节点算力垄断

独立于实际世界的数字钱银是没有任何价值的，一起网络中的数字钱银还需求流转，才干发生新的买卖记载，以及新的区块。

在这个过程中，数字钱银是经过耗费显许多算力产出的，产出的数字钱银是否具有这些算力的价值，每个人或许都有各自不同的看法。

抛开数字钱银不谈，单看区块链技能本身，确实能够到达去中心化、通明的意图，在供应链、收据等其他范畴也有必定的应用场景，这儿就不展开了。