什么是区块链？区块链详解

区块链概念介绍

什么是区块链？ 目前还没有很好的定义和介绍。 网上有一些关于区块链含义含糊不清的文章，比如“区块链技术颠覆谁谁谁”，或者“互联网颠覆了世界，区块链将颠覆互联网等等”，或者是满满的介绍比特币、矿机、挖矿等。 那么区块链到底是什么？ 它与比特币有什么关系？

事实上，区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。 它本身是通过密码关联产生的一系列数据块，每个数据块都包含多个交易有效确认的信息。 比特币是一种基于区块链技术的应用。

要想快速了解区块链，应该从以下几个方面入手：

集权与分权

区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。 什么是去中心化分布式数据库？

我们先来看一个中心化和分布式的案例。 搞IT编程的都知道，最流行的版本控制软件是svn和git。 它们有什么区别，如下图所示：

Svn 是一个集中式服务器。 代码的版本变更信息保存在svn server服务器上。 每个客户端磁盘只有众多版本中的一个。 如果服务器坏了，我们将丢失版本变更记录。

但是git不一样，它没有中央服务器，每台机器都有一个完整的库，里面有每个版本的变化信息，我们开发完代码后，先commit到本地仓库，然后再push到远程服务器。 如果远程服务器坏了，只需要重新推送本地仓库，版本变更记录还在。

区块链也是如此。 没有中心，是一个分布在世界各地，可以协同工作的数据库存储系统。 任何有能力架设服务器的人都可以参与其中。 来自世界各地的淘金者在本地部署自己的服务器，连接到区块链网络，成为这个分布式数据库存储系统中的一个节点。 一旦加入，该节点与所有其他节点享有完全相同的权利和义务（去中心化、分布式特性）。 同时，对于在区块链上开发服务的人来说，他们可以对系统中的任意节点进行读写。 最后，全球所有节点都会按照一定的机制依次完成同步，从而实现区块链网络中所有节点的数据完全一致。

块内部结构

数据块中有什么？ 它是由什么数据组成的？

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体组成。 区块头包含三组元数据：

1. 用于连接前一个区块，从父区块的哈希值中索引数据。

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. 可以汇总并快速汇总验证区块中所有交易数据的默克尔（Merkle）树根数据。

大约每隔10分钟，就会出现一个新的页面（区块），所有参与者都可以在这个页面（区块）上记账。 块）到分类帐（主链）并获得奖励（例如比特币，称为挖矿）。 其他未完成的参与者手中的页（块）将作废，只能继续等待另一个块产生，然后重新开始记账。 每个挖出的区块还包含前一个区块的ID（识别码），使得每个区块都可以找到自己的前一个节点，这样一来就形成了一个完整的交易链。 从诞生之初到运行，全网形成了一条独一无二的主链。如下

区块数据安全

既然区块链受到了如此多的关注，那么它的数据肯定是非常安全的，那么它是如何利用密码学来保证区块中的数据不被篡改的呢？ 这里使用了密码学中的两个东西：哈希算法和非对称加密。

哈希算法有两个特点：不可逆和非碰撞。 所谓不可逆性，就是当你知道x的哈希值时，你就找不到x； 所谓不冲突就是知道x的时候找不到ay，这样x和y的哈希值 是一样的。 而且只要x稍有变化，计算出的哈希值就与x的哈希值完全不同。

常见的加密算法有两种：对称加密和非对称加密。

对称加密：该算法使用相同的密钥进行加密和解密。 常见算法有DES、AES等。 特点：加解密简单、快速，一般用于数据量大、不太注重安全的场景。

非对称加密：非对称加密需要两把密钥进行加密和解密，这两个密钥分别是公钥（public key什么是区块链和比特币，简称公钥）和私钥（private key，简称私钥）。 除了用户信息加密，非对称加密还有身份验证的作用。 过程如下。 消息发送方首先对消息进行哈希运算，然后用私钥加密。 最后将原始消息、加密消息和公钥发送出去。 消息的接收方首先对消息进行哈希运算，然后用公钥对消息进行解密，得到哈希值。 如果两个哈希值相同，则说明该消息没有加密。 篡改。 常用算法有RSA、DSA等。 特点：加密解密速度慢，但安全性高。 非对称加密最经典的应用就是数字签名。

以上内容属于密码学基础知识。 接下来我们看一下在区块链中的应用：

在创建第一个创世块之后，其中的内容并不重要。 从第二个区块开始，区块头包含前一个区块的哈希值，以及这段时间（约10分钟）全网索引的交易记录，每笔交易都有签名，可以保证没有被篡改，一旦区块被挖出，区块中的数据将不会改变。 否则，区块的哈希值会发生变化，如果哈希值发生变化，整个区块链将不再完整。

块如何在分布式环境中增长

区块数据在不断增加，如何保证新增的数据被其他节点识别？ 区块链的逻辑很简单，就是要比谁都快。 谁先计算并加到张博，谁就得到奖励。 那么，如果有人做假账并进行破坏怎么办？ 我们来看看区块链是如何解决作弊的：

1、交易数据校验：上面介绍了非加密算法，交易信息在节点间传输采用非对称加密算法，可以保证数据不被篡改。

2. 区块验证：区块来回连接。 修改前一个区块后，哈希值的变化无法接入主链。 如果最后一个被锻造，后面的所有区块都必须被锻造，工作量太大。

3、分布式存储：任何一个节点都拥有所有的交易数据，如果有人修改一页数据，必须得到51%以上节点的同意。

4、链有效性：如果两个节点同时计算，此时该区块的主链会分叉，但区块链规定谁先挖出6个区块谁为准，其他分叉无效。 比如下图中，下面的fork先计算6个block什么是区块链和比特币，下面的fork是主要的。

总结

区块链是一种特殊的分布式数据库。 任何服务器都可以成为区块链中的一个节点，节点之间是平等的、去中心化的。 区块链中的数据是加密存储的。 数据不可修改，保证数据的准确性。

区块链的优缺点：

优势：

1.去中心化，不需要第三方授权。

2.数据不可篡改。 一旦数据存储在区块中，它将被永久存储。 数据具有极高的稳定性和可靠性。 （这个功能也是缺点，数据不能撤销。）

3、自主可控，算法公开透明，人为干预不起作用。

4. 开放性，数据完全公开，任何节点都可以查询区块链中的所有数据。 （这个功能也算缺点，一个账户的所有交易数据都可以查询。）

5、匿名性，交易时无需透露身份，让对方相信你。 （这个功能也算缺点，由于无需公开交易身份，交易过程无需担心，因此受到很多不法分子的喜爱。）

缺点：

1、效率低下。 每次向数据库添加数据，至少需要十几分钟。 首次使用时，必须下载所有历史交易数据。

2.延迟，由于交易数据需要其他节点认可，记账周期长，交易不及时。

根据以上特点，区块链应用场景不多：

1、金融、保险、征信系统等对信息安全要求高、速度要求低的领域。

2、在电子货币行业，比如比特币、火币，这些货币是不被央行认可的，不能兑换成人民币。 投资有风险，购买需谨慎。