图说区块链

每个区块可以视作这个账本的一页，每增加一个区块，账本就多了一页，这一页中可能会包含一条或多条记录信息

账目信息会被打包成一个区块并加密，同时盖上时间戳，一个个区块按时间戳顺序链接形成一个总账本

由网内用户共同维护的，它是去中心化的

举个例子，我们把支付的钱直接复制给对方是不行的，而是要在付款账户上减去一些钱，在收款账户上增加一些钱，才能完成支付过程。

知乎用户“玲珑邪僧”举过一个例子：单身男士们要找女朋友，“国民岳母”说，我有好多乖巧漂亮的女儿，我给你们出一个旷世难题，解出一个就给你们其中一个姑娘的微信号。于是，单身男士们疯狂竞争，想破脑袋去解这道旷世难题。只要其中一位单身男士解出一道题，就立马得意扬扬地昭告天下，示威全部单身男士，这个姑娘的微信号是我的啦，先到先得，你们放弃吧。其他单身男士虽然已经算到一半了，但是没有办法，速度不够快啊，只好立马去解下一道题。同时，首个成功破解旷世难题的幸运的单身男士不仅不用付彩礼，被其才华征服的“国民岳母”还会给这位单身男士一笔巨额财产做嫁妆，也就是比特币挖矿中的比特币奖励。

记录需要5分钟才能完成，记录所用的时间变得不同了

双花问题是指一笔数字现金在交易中被重复使用的现象

以比特币为例，运行比特币网络的步骤如下：

交易发生的一刻起，比特币的交易数据就被盖上了时间戳；而当这笔交易数据被打包到一个区块中后，就算完成了一次确认；在连续进行6次确认之后，这笔交易就不可逆转了；在比特币中，每一次确认都需要“解决一个复杂的难题”，也就是说每一次确认都需要一定的时间

当试图于把一笔资金进行两次支付交易的时候，因为确认时间较长，后一笔交易想要与前一笔交易同时得到确认几乎是不可能的，而这笔资金在第一次交易确认有效后，第二次交易时就无法得到确认

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：

区块链系统大约每10分钟会创建一个区块，包含了这段时间里全网范围内发生的所有交易

每个区块中包含了前一个区块的ID（识别码），使得每个区块都能找到其前一个节点

哈希算法是区块链中保证交易信息不被篡改的单向密码机制。

哈希算法接收一段明文后，以一种不可逆的方式将其转化为一段长度较短、位数固定的散列数据

加密过程不可逆，无法通过输出的散列数据倒推原本的明文

输入的明文与输出的散列数据一一对应，任何一个输入信息的变化，都必将导致最终输出的散列数据的变化

在区块链中，通常使用SHA–256（安全散列算法）进行区块加密

不对称加密方式

公钥就是给大家用的，用来加密/验章

私钥就是自己的，私钥用来解密/签章

在比特币的系统中，私钥本质上是32个字节组成的数组，公钥和地址的生成都依赖私钥，有了私钥就能生成公钥和地址，就能够花费对应地址上面的比特币。私钥花费比特币的方式就是对这个私钥所对应的未花费的交易进行签名。

在区块链中

对应的是每一次交易记录的认证，证明交易记录的真实性

直接写在区块链中的，而区块链中已经生成的区块不可篡改，一旦篡改，生成的哈希值就会变化，从而变成一个无效的数据

每一个时间戳会将前一个时间戳也纳入其随机哈希值中，这一过程不断重复，依次相连，生成一个完整的链条

区块链利用Merkle树的数据结构存放所有叶子节点的值，并以此为基础生成一个统一的哈希值

Merkle树的叶子节点存储的是数据信息的哈希值，非叶子的节点存储的是对其下面所有叶子节点的组合进行哈希计算后得出的哈希值

区块中任意一个数据的变更都会导致Merkle树结构发生变化

描述区块链技术的物理形式

实现区块链网络中节点之间的信息交流

本质上是一个P2P（点对点）网络

节点之间通过维护一个共同的区块链来保持通信

每一个节点都可以创造新的区块，在新区块被创造后会以广播的形式通知其他节点进行验证，当全区块链网络中超过51%的用户验证通过后，这个新区块就可以被添加到主链上了

共识层能让高度分散的节点在去中心化的系统中高效地针对区块数据的有效性达成共识

提供一定的激励措施，鼓励节点参与区块链的安全验证工作

以比特币为例，在比特币总量达到2 100万枚之前，奖励机制有两种，新区块产生后系统奖励的比特币和每笔交易扣除的比特币（手续费）。而当比特币总量达到2 100万时，新产生的区块将不再生成比特币，这时奖励机制主要是每笔交易扣除的手续费

指各种脚本代码、算法机制以及智能合约等

以比特币为例，比特币是一种可编程的货币，合约层封装的脚本中规定了比特币的交易方式和过程中涉及的种种细节

应用层封装了区块链的各种应用场景和案例

指全世界任何人都可读取、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认，任何人都能参与共识过程的区块链

保护用户免受开发者的影响

访问门槛低

所有数据默认公开

指其写入权限仅在一个组织手里的区块链，目的是对读取权限或者对外开放权限进行限制

交易速度非常快

为隐私提供更好的保障

交易成本大幅降低甚至为零

有助于保护其基本的产品不被破坏

指其共识过程受到预选节点控制的区块链

联盟链可以视为“部分去中心化”，区块链项目R3 CEV就可以认为是联盟链的一种形态

许可链

混合链

复杂链

以比特币为代表的可编程货币

数字货币领域的创新，如货币转移、兑付和支付系统等

基于区块链的可编程金融

合约方面的创新，特别是商业合同以及交易方面的创新，比如股票、证券、期货、贷款、清算结算、所谓的智能合约等

区块链在其他行业的应用

人类组织形态的变革，包括健康、科学、文化和基于区块链的司法、投票等

工作量证明（PoW）

优点

缺点

权益证明（PoS）

优点

缺点

股份授权证明（DPoS）

执行该模式的基本步骤

优点

缺点

投注共识（Casper）

Casper惩罚机制

Casper协议下的验证人需完成出块和投注两个活动

客户端确认当前状态的过程

使一组节点能够基于特殊节点列表形成共识

初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由该俱乐部51%的会员投票通过

共识遵循这些核心成员的“51%权力”，外部人员则没有影响力

基于传统的分布式一致性技术以及数据验证机制

优点

缺点

实用拜占庭容错（PBFT）

实用拜占庭容错算法的过程

主节点通过广播将请求发送给其他副本，然后执行三个阶段的任务

优点

授权拜占庭容错算法在实用拜占庭容错算法的基础上进行了改进

优点

缺点

传统的分布式一致性算法，是基于选举领导者的共识机制

领导者节点拥有绝对权限，并允许强监管节点参与，其性能高，资源消耗低

所有节点一般有线下准入机制，但选举过程中不允许有作恶节点，不具备容错性