区块链技术：初学者指南

区块链技术对大多数人来说仍然是一个谜。有些人觉得它令人兴奋，有些人觉得它令人畏惧，而其他人则对它一无所知😊

我理解这一点，因为它仍处于早期发展阶段，还有很多东西需要学习和实施。

本文旨在介绍区块链技术的基础知识，以及它的工作原理和应用。

首先，想象一下，如果你可以在几分钟内向离你千里之遥的家人汇钱，而不需要支付昂贵的银行手续费，生活会变得多么轻松。

现在，想象一下，如果你完全控制自己的资金，不需要向银行获得任何权限来查看或转移资金。你可以将资金以数字形式存储在一个没有银行监管的钱包里。

所有这些都不是梦想；它们是有可能实现的，这要归功于区块链带来的许多功能和优势。这就是为什么人们对区块链感兴趣并接受它的原因。据估计，到2022年，企业对区块链的投资可能会达到US$12.4 billion。

但是，什么是区块链呢？

让我们来了解一下！

什么是区块链技术？

区块链是一个不可改变且共享的数字分类帐，将记录或交易存储在计算机网络的多个位置上。在这里，每个经过验证的交易都会被添加到一个称为块的空间中，并通过加密与其他后续块连接在一起，形成一个链。

如果这个定义让你头疼，那么我们可以用更简单的方式来理解区块链技术。

区块链是一种在计算机上以电子方式存储数据（记录）的数据库。

块 = 包含记录的空间

链 = 连接记录的链

因此，一串包含记录的链接块被称为区块链。

所有的区块链都是数据库，但并非所有的数据库都是区块链。数据库和区块链的区别在于它们存储数据的方式。

区块链 vs. 数据库

数据库收集大量信息，并以表格格式排列，以便用户可以轻松地同时修改数据。此外，更广泛的数据库使用具有强大计算能力的服务器来存储大量数据并进行计算。通常，数据库属于公司或个人所有，因此他们可以控制和管理其访问权限。

另一方面，区块链将数据收集到具有特定存储能力的分组或块中。当一个块的容量被填满时，它会连接到另一个块，形成一个链。在随后新添加的块之后的所有新记录都会被编译到新块中。

与传统数据库不同，区块链没有单一所有者；相反，任何有权限的人都可以访问它。这就是为什么它也被称为分散系统，因为没有中央枢纽来控制区块链。同样，区块链技术被称为分布式账本技术(Distributed Ledger Technology，DLT)。它是一种记录的分布式账本，允许用户与无中央权威进行点对点的数据共享或交易。

区块链技术是由一个未知实体——中本聪（2008年的一个个人或一个团队）发明的，作为一个公共的比特币交易分类帐。它的目标是给数字文档时间戳，并确保没有人能够篡改它。它有助于解决与重复记录相关的问题，并实现资产的安全交易，而无需涉及政府或银行等第三方中介。

这项技术在互联网上运作，并包括不同的部分，如数据库、连接的计算机或节点、软件应用等。

示例：公司可以利用区块链技术在其簿记中记录所有交易。簿记涉及对可能令其他方难以验证的交易进行双重记账。这些记录也很容易被篡改，比如编辑、删除或添加新记录；因此，它们可能不准确。

这就是区块链可以通过使用加密技术来确保交易安全的地方。它提供了一种防篡改的方式来存储交易。

区块链的组成部分是什么？

区块链体系结构包括基础设施或硬件、数据、像节点一样的网络、验证、信息分发和应用等各个层次。让我们了解一些其组成部分。

区块

如上所述，区块链指的是包含数据或记录的不同区块的链。每个区块中的数据基于的类型。例如，银行区块链将包含包含账号、账户持有人姓名、分行名称等信息的区块。

区块链中的第一个区块称为创世区块，并且所有区块都包含有效的记录进行编码和哈希处理。每个区块都有自己的密码哈希和前一个区块的密码哈希，将它们链接在一起形成链。这个迭代过程使用数字签名验证了前一区块的完整性。

哈希

哈希就像每个区块的唯一指纹。它是使用数学函数生成的代码，将数字数据转换为一长串字母和数字。这个64位十六进制数标识了每个区块及其内容，一旦生成，对区块进行任何修改都会改变哈希。区块链技术使用安全哈希算法（SHA）256哈希，对于检测交易中的任何更改非常有用。它还使其安全，因为所有区块都包含前一个区块的哈希。

因此，如果攻击者更改区块中的数据，其哈希值将发生变化，而下一个区块仍然具有被篡改区块的旧哈希。因此，所有后续区块都变得无效，可以轻松追踪。

资产

资产可以是有形或无形的。有形资产是指土地、房屋、设备等实物，而无形资产是指知识产权合同、版权、专利等非物质性物品。有趣的是，货币既可以是有形的也可以是无形的。

分布式点对点（P2P）网络

区块链中的每个交易都在一个分布式点对点（P2P）网络中进行，没有中央机构来控制数据。它允许每个有访问权限的人加入区块链，并且网络中添加的每台计算机都是一个节点。

因此，当用户创建一个新区块时，它会发送到网络上的每个用户，并且每个节点必须验证这个新区块，以确保没有人篡改它。验证完成后，每个节点开始直接将新区块添加到它们的区块链中。

网络中的所有节点达成共识，确认区块的有效性，并拒绝被篡改的区块。

区块链的类型

区块链有不同的类型，用户根据其类型来利用这种技术进行很多用例。因此，不同类型的区块链有：

公共区块链

区块链构建了一个分散化、开放的多台计算机网络，任何人都可以访问并请求或验证交易的准确性。它允许用户创建新的区块，访问区块链中的所有区块，并验证数据。

由于公开的区块链需要出色的安全性，因此它们使用权益证明或工作证明等概念。验证交易的区块矿工会得到经济奖励。公共区块链主要用于链接和交换加密货币。

例子：比特币、莱特币和以太坊区块链。

私有区块链

私有区块链是中央集权的，由一个人或组织决定谁可以访问区块链，成为节点，以及验证记录。与公共区块链不同，私有区块链不是开放的，并提供访问限制。如果任何人想要加入私有区块链，他们必须得到管理员的许可。

例子：像Hyperledger这样的B2B虚拟货币交易所。

联合区块链

这些联合区块链由一群公司或组织而不是个人来管理，他们比私有区块链更加去中心化以享受更高的安全性。它允许有限的访问，并由现有的节点确定共识过程。

此外，它构成了一个验证节点来发起、接收和验证交易，而成员节点则有权限发起或接受交易。在这里，用户可以以提高的效率和可扩展性将数字资产从一个区块链转移到另一个区块链。

例子：联合区块链在支付和银行业中使用，如Quorum和Corda。

混合区块链

混合区块链结合了私有区块链和公共区块链的特点。它们可以是集中化或去中心化的，并允许组织建立基于许可的私有区块链以及公共区块链。因此，组织可以控制区块链中的数据访问以及公开访问哪些数据。

例子：它在房地产和零售行业中使用，如IBM Food Trust。

区块链交易如何工作？

这是区块链中典型交易的过程：

第一步：交易请求

首先，个人请求与房地产、银行、加密货币、记录、合同等相关的交易。

第二步：分发

所请求的交易通过位于全球各地的节点在对等网络中广播。

第三步：验证

网络中的节点使用算法和解决复杂方程来验证交易。如果他们发现交易合法，记录将被输入到区块中。

第四步：将区块添加到区块链中

交易完成后，新创建的区块通过密码学和加密与前一个区块链接。它有一个哈希码，并包含前一个区块的哈希码。一旦这个区块填满了其分配的空间，下一个区块开始填充并连接到前一个区块；因此形成了一条长链的交易。这对于区块链中的每个人都是不可变和透明的。

区块链如何确保交易安全？

区块链有各种技术来确保交易的安全性，例如密码学、哈希、工作证明等。以下是一些安全技术：

不可变性

区块链中的不可变性意味着没有人可以篡改输入到区块链中的数据。这是因为每个区块都有一个唯一的哈希码，还有另一个引用前一个区块的哈希码。密码哈希码不能被反向工程。如果一个交易数据有错误，您可以输入一个新的修正记录。在这种情况下，它将显示两个记录。因此，没有错误或重复输入的可能性。

时间结构

区块链中的每个块都按照时间顺序和线性顺序存储，这意味着它们始终附加在区块链的末尾。每个块都有一个哈希值和前一个块的哈希值。这种方式在整个区块链中都是适用的，区块链可能包含数千个块。因此，要回退到改变记录的起点是具有挑战性的。

即使有人成功修改了一个块，他们也必须修改所有其他块，这需要相当大的努力、资源、计算能力和时间。这给用户提供了验证块并确定其是否被篡改的时间。这种黑客攻击的成本可能是禁止性的，而且大多数时候是无果的。

工作证明（PoW）

尽管散列是一种很好的防止篡改的方法，但攻击者仍然可以使用强大的计算机来黑客攻击区块链，改变一个块并重新计算后续块，使整个区块链有效。

为了对抗这一点，区块链使用了工作证明机制来减缓新块的创建。这是一个复杂的计算过程，需要一些努力来解决。而且计算工作证明和添加新块的时间比验证结果要长。因此，计算工作证明并添加新块比改变块和其后的所有块要困难得多。这就是工作证明如何保证区块链的安全性。

很多时候，人们会将PoW和PoS混淆，因此可以快速理解它们。

权益证明（PoS）

权益证明使用密码算法来验证交易。例如，在挖矿中，验证由一个根据它们所拥有的硬币数量选择的验证者来完成，这被称为他们的权益。

用户不会实际挖矿或获得奖励，而是铸造块。参与过程的参与者会获得硬币，而那些拥有更多权益的人具有更高的挖矿能力。这增加了他们被选择为验证者的机会。

区块链的优点和局限性

优点 👍

区块链的好处包括：

准确性

区块链网络上的数千个节点验证所有交易。它足够强大，可以消除错误并提供更高的数据准确性。即使出现错误，其他计算机也可以迅速发现它。如果要出现这种错误，网络中至少51％的计算机必须犯同样的错误，这几乎是不可能的，特别是涉及到像比特币这样的大型区块链时。

去中心化

没有中央集控制或管理区块链，而是去中心化的。这意味着数千台计算机可以在没有单个人或组织管理的情况下访问它。对区块链的任何更改都会立即反映在获得许可的每个节点上。

成本效益

区块链不需要任何第三方来批准交易，也不需要支付处理费用。例如，银行或支付处理器会收取一小笔费用来处理一笔交易。因此，使用区块链技术（如比特币）进行支付交易的企业可以节省大量成本。

速度

传统的银行系统需要很长时间来处理付款，从其发起到金额在您的帐户上反映出来。此外，金融机构只在指定的工作时间和工作日内运作。因此，最终在银行上反映出该金额可能需要几天的时间。另一方面，区块链是不可阻挡的。它全天候运作，并且交易可以在几分钟内完成。这对于国际支付也非常有益。

不可变性

由于可靠的机制、密码散列和块的时间链式链接，所有记录在区块链上是不可变的，即无法修改或删除数据。

安全性

一旦交易被添加到区块链中，成千上万台强大的计算机会在将其添加到区块之前验证记录的真实性。区块链技术使用复杂的计算和算法进行验证，并为每个区块分配一个唯一的哈希用于标识。

即使攻击者更改了某些内容，它也会立即对所有节点可见，这些节点可以识别错误并使该块无效以及其后的块。因此，它提供了很高的安全性。

透明性

没有中央机构的大多数区块链，如公共区块链，都是开源软件。这使每个人都可以访问代码，审计员可以进行安全审查。网络中的任何人都可以提出升级或更改的建议，如果大多数用户同意，就可以接受。这样，区块链比传统系统提供了更高的透明度。此外，您还可以保持匿名以保护您的隐私。

局限性 👎

非法活动

尽管为用户提供了安全性和隐私性，但区块链吸引了大量非法活动和交易。与基于区块链的货币和服务相关的盗窃和违规行为案例很多。

环境问题

比特币等区块链网络消耗大量电力来开采和验证交易，对环境造成影响。

可扩展性问题

尽管区块链比传统金融机构更快，但可扩展性仍然是一个问题。全球范围内的扩展困难，可能导致效率低下。然而，现在出现了一些新的发展来改善可扩展性，例如以太坊的创新第二层（L2）。

然而，许多人仍然认为区块链的优点胜过缺点，因此，在各种应用和行业中全球范围内出现了对区块链的增加采用。

区块链与比特币

关于区块链存在很多困惑和误解。许多人混淆区块链和比特币，认为它们是一样的。

嗯，它们绝对不一样！

区块链是一种技术，而比特币是区块链的应用。区块链允许记录和分发数据，但不允许编辑，使其对比特币和其他金融科技服务安全。

说到比特币，它是建立在区块链技术之上的数字货币（加密货币）。它是一个没有第三方或管理机构的点对点系统，并使用区块链来存储交易（或支付）的分类帐。目前，挖掘比特币和管理交易是在网络中集体完成的。

世界上最大的加密货币比特币（BTC）拥有一个公共和开源的分类帐。它允许您在没有银行参与或向其支付费用的情况下发送和接收比特币付款。

区块链的用途

区块链现在正在各个行业垂直领域扩散，以为它们提供安全性、透明度、隐私等多种好处。已经采用区块链的领先公司包括IBM、西门子、沃尔玛等。

让我们看看区块链的一些用途。

加密货币

比特币并不是唯一的加密货币。加密货币是使用强密码学在分类帐（区块链）中安全存储交易记录的数字货币。它不由中央机构发行，其控制是分散的。

除了比特币之外，还有许多其他加密货币，如以太坊（ETH）、莱特币（LTC）、命名币（NME）、狗狗币（DOGE）、瑞波币（XRP）、波场（TRX）等。

智能合约

智能合约是基于区块链的数字提议合约。它们可以在不涉及人类交互的情况下执行或执行。它消除了两个合同方之间的中介需求；区块链负责处理。因此，它提供了交易自动化，并减少了各方之间的摩擦。

银行和金融

一些银行，如瑞银集团（UBS），对于实施区块链技术感兴趣，因为它具有更快的交易速度和降低的成本。此外，各种股票的tokenization正在发生，新的金融服务如首次代币发行（ICO）和安全代币发行（STO）也出现了。这些服务可以帮助将有形资产如房地产进行代币化。

供应链

Blockchain is being implemented in supply chain领域，如食品供应、家具、软件开发以及开采宝贵的商品，如钻石。

医疗保健

根据《华尔街日报》的报道，安永正在使用区块链技术帮助政府、航空公司、雇主和其他机构跟踪对新冠病毒具有免疫力的人和接受过抗体测试的人。中国也利用区块链加速健康保险交易。

其他应用：区块链还用于像CryptoKitties这样的视频游戏、点对点能源交易、域名和文件、货物和产品的验证。

区块链的历史

区块链是一项新技术，但该概念的某些元素已存在很长时间。某些重要事件导致了区块链技术的基础建立。让我们简要了解这些重要事件的时间线。

2008年

• 中本聪发布了比特币，这是一个点对点的电子现金系统。

2009年

• 中本聪与计算机科学家Hal Finney之间进行了第一笔成功的比特币（BTC）交易。

2010年

• 佛罗里达州的程序员Laszlo Hanycez通过转移价值为60美元的10,000个比特币完成了第一次正式购买。目前，这些比特币价值4.38亿美元。
• 目前的official market cap of Bitcoin为8300亿美元。

2011年

• 维基解密、电子前沿基金会等多个组织开始接受比特币捐赠。

2012年

• 比特币开发者Vitalik Buterin创办了比特币杂志。
• 在热门电视节目《傲骨之战》中首次提到了区块链和加密货币。因此，这是区块链首次进入流行文化的介绍。

2013年

• 比特币的市值超过了10亿美元。
• 比特币的价格首次突破100美元。
• Vitalik Buterin发表了一篇名为“以太坊项目”的论文，提出了区块链除比特币之外的其他应用。

2014年

• Overstock.com、The D Las Vegas Hotel和著名的Gaming公司Zynga开始接受比特币支付。
• PayPal宣布将其系统与比特币整合。
• 200多家区块链公司组成了一个名为R3的组织，致力于为各个行业寻找区块链实施的新方法。
• Buterin的以太坊项目通过首次代币发行（ICO）成功筹集到超过1800万美元。这是区块链历史上最重要的事件，因为它为区块链技术开辟了新的途径。

2015年

• 有超过10万个商家接受比特币支付。
• 纳斯达克和旧金山的区块链公司联合测试该技术以交易私人公司的股份。

2016年

• 作为科技巨头，IBM宣布了一项基于区块链的战略，以提供更好的基于云的业务解决方案。
• 日本将区块链和加密货币合法化。

2017

• 比特币的价格首次突破1000美元。
• 加密货币的市值超过1500亿美元。
• 迪拜政府宣布到2020年将实现区块链技术支持。
• 比特币价格达到历史最高点19783.21美元。
• JP摩根的首席执行官杰米·戴蒙表示相信区块链技术的未来，这为整个华尔街对区块链系统表达了信心。

2018

• 巴克莱和花旗等大型银行加入了IBM开发的基于区块链的银行平台。
• Facebook承诺成立一个区块链小组，并暗示Facebook可能在未来的任何时候推出自己的加密货币。

2019

• 纽约证券交易所宣布成立了一个加密货币交易公司Bakkt。
• 中国国家主席习近平公开支持区块链技术，同时中国央行宣布他们正在努力创建自己的加密货币。
• Twitter和Square的首席执行官杰克·多尔西宣布将在加密货币行业招聘区块链工程师以开展一些未来计划。

2020

• PayPal开始支持加密货币的购买、销售和持有。
• “沙滩元”成为巴哈马首次发行的中央银行数字货币。
• 到2020年底，比特币的价格升至30000美元。
• 在COVID-19疫情期间，区块链技术成为存储患者信息和研究数据最重要的技术之一。

区块链不仅仅是比特币。尽管比特币是区块链在早期年份内广受欢迎的原因，但现在，区块链拥有更多的应用。目前，在各个行业中都有许多区块链技术的应用。

结论 👩‍🏫

区块链是一种具有高度安全性和透明度的先进技术。随着对区块链的认识不断增加，越来越多的组织正在各行各业中采用该技术。因此，这项技术有望继续存在，并在未来发现更多的用途。

您可能还对阅读以下内容感兴趣：Cryptocurrency Mining for Beginners。