什么是区块链?区块链相关知识区入门_aaaDuang_的博客-程序员秘密

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初识区块链

1.区块链家族

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(一),去中心化(父亲)

  1. 基本概念

    • 中心化和去中心化就是集权与分权。

    • 去中心化是一种哲学中思想,在人类存在时即有,主旨为弱化中心,实现人与人之间的直接沟通,交易的一种方式。

    • 去中心化,不是不要中心,而是由节点来**自由选择中心、自由决定中心。**简单地说,中心化的意思,是中心决定节点。节点必须依赖中心,节点离开了中心就无法生存。在去中心化系统中,任何人都是一个节点,任何人也都可以成为一个中心。任何中心都不是永久的,而是阶段性的,任何中心对节点都不具有强制性。

    • 中心化和去中心化是相辅相成的,绝对的中心化与去中心化都没有意义,未来的技术一定是在不断的在调整中性化和去中心化的平衡,向一端倾斜时会带来好处,同时也会有弊端。

  2. 互联网中的去中性化

    • 去中心化在互联网上,人们习惯叫他 P2P。

    • P2P是peer-to-peer(对等)的简称,互联网中P2P被称为“对等互联网”。(peer:同等的,地位对等的)

    • P2P是Point-to-Point(点对点)。

    • P2P是person-to-person(个人对个人)。

    • P2P就是一种思想,而且并不是一种新思想,从一些角度来看,他是最初建立互联网的基本思想。

    • P2P的表现就是多样化,在网络世界中,不再由几个门户网站说了算,各种各样的网站有自己的声音,表达不同的选择,通俗来说,中心化就像是专家授课,所有人都在听他的;去中心化就像和朋友交流问题,每个人都有选择‘说话’或‘倾听’的权利。中心化的典型例子就是门户网站,去中心化的典型例子有社交媒体,博客一类。(web1.0------->web2.0)

2.浅谈区块链

  1. 起源

    • 区块链(Blockchain)概念最早追溯2008年末,“中本聪”论文《比特币:一种点对点的电子现金系统》首次提出了区块,以及链的概念,随后,区块链成为了比特币的核心组成部分。
  2. 概念

    • 狭义上:区块链是一种按时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合的一种链式数据结构,并以密码学的方式保证不可篡改不可伪造分布式公共账本
    • 广义上:区块链是一种去中心化的分布式账本技术,是分布式数据库、密码算法、共识机制和智能合约等技术的合理组合,具有去中心化、时序数据、集体维护、可追溯等特点 。区块链技术利用密码学技术和共识机制,在不安全的网络环境中建立节点之间的信任,实现价值流 动、可信交易、信息共享、数据安全传输等功能。
  3. 本质

    • 区块链的本质上是一个去中心化的数据库,全部集体维护这个可靠的数据库。传统情况下,无论系统大小,背后都只有一个数据库,谁维护系统谁就管理数据库,其他使用者无权参与,区块链则颠覆传统,让系统中的每一用户都参与其中。
  • 通俗一点说,区块链是一种全民参与记账的方式
    • 区块链就是一个分布式的公共账本,每一点都有权利可以在上面记账。传统的记账系统,记账权只掌握在中心服务器手里。比如:微信,QQ上的信息只能由腾讯的服务器来记。淘宝,天猫上的信息只能由阿里来记账。但在区块链系统中,每台计算机都可以是一个节点,任何一个节点都可以记账,中间无需第三方服务器。
    • 每当任意俩个账号的资金互转,这笔交易会广播到其他所有节点,即通知其他所有用户。举例说明:假设在一个小村里,张三向李四买了一只猪,并支付给他2000元。传统的做法是,他到村里的银行登录(总记账人),将自己帐上的2000元转到李四帐下。但在区块链系统下,张三无需要银行做中间人,而是直接将自己账上的2000元记到李四账本;同时这笔交易将被广播到全村(整个区块链系统)。当村里的其他人知道并确认了这条消息后,交易才最终被完成。因为这笔交易被加密,只有李四收到了这2000元钱,其他人只能在账户看到这笔交易消息,无法看到这笔交易是谁转给谁给的。此外系统可以完整记录交易过程,整个交易可以溯源,但是事实上大家随时都在记账是件很麻烦的事,并且大多数账目与自己无关,于是推出了一种规则,每段时间抽一个人来记账,他会将那段时间的账本公布出去,大家检查无问题后,将记录他的那份账本并保存。
    • 区块链防止了交易双发篡改信息,这使得区块链彻底的透明。区块链没有中心总账本,而是通过参与者的独立账本分布式记账,每个人都持有完整的账本,每个人都是一个节点,这些节点分布在世界的任意角落,让具有足够多节点的区块链很难被篡改,攻击。

6.区块链之子:比特币

  • 区块链的孩子叫bitcoin(比特币),比特币的概念最初由中本聪在2009年提出,它是基于分布式记账技术的一种数字现金。

  • 与大多数货币不同,比特币不依靠特定货币发行机构,他依照特定算法,通过大量的计算产生,比特币使用整个网络构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为,并使用密码学的设计来确保货币流通各环节安全性。

  • 比特币与其他虚拟货币最大的不同,是其总量有限,具有强稀缺性。比特币模拟黄金来发行的,每四年开采量就会减半,最后的总数量将被永远的限制在2100万个。

  • 比特币可以用来兑现,可兑换成大多数国家的货币,使用者可以用比特币购买虚拟物品,只要有人接受,也可以用比特币购买现实生活中的物品。

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3.区块链与比特币

(一).初识比特币与区块链

  1. 比特币发展史简史

    • 2008年全球金融危机,以美国为首的货币超发引起了经融危机,这是比特币产生的原因和动机。
      • 2008年金融危机,美国政府无限增发货币(因为有记账权
      • 区块链是新型支付体系,区块链中的每一个人都有记账权,货币不能超发,整个账本完全公开透明。
    • 2008年10月,中本聪发表论文《Bitcoin: a peer to peer electronic cash system》,描述了一种被他称为“比特币”的电子货币及其算法。
      • 中本聪的整体思想是开创性的。其中的技术是已经存在的。P2P、分布式储存、HASH算法、非对称加密等,他将这些技术集成化、系统化、实现了一个可供实践的解决方案。
    • 2009年1月3日,中本聪开发出首个实现了比特币算法的客户端程序并进行了首次“采矿”(mining)。北京时间2009/01/04 2:15:05 AM 这是比特币的第一个区块,这就是***创世区块***产生。
      • 在这第一个区块中,没有交易记录。而是将《泰晤士报》2009年1月3日的一条新闻永远地记录了其中
      • The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks
      • 财政大臣濒临第二次银行救助的边缘
  • 每个区块都有一个固定的编号,创世区块的编号为零,编号也叫做该区块的高度,该区块后续区块的个数为区块的深度
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  • 从0号区块到第209999号区块的奖励都是50BTC,从21万个到419999号区块的奖励都是25BTC,从第42w个开始奖励是12.5BTC

  • 比特币区块的产生大约是10分钟,每生产21w个区块大约就需要四年,因此每四年挖矿奖励减半。

  • 时间戳是指格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒起至现在的总秒数。

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  • 对第一个区块的描述:
  • 屏幕截图 2021-09-11 082724
  • 翻译:Block 0
    该区块由 Unknown 于 2009 年 1 月 4 日凌晨 2:15 GMT+8 开采。 它目前在比特币区块链上有 699,966 个确认。
    该区块的矿工获得了 50.00000000 BTC(2,246,367.00 美元)的总奖励。 奖励包括 50.00000000 BTC(2,246,367.00 美元)的基本奖励和额外的 0.00000000 BTC(0.00 美元)奖励,作为区块中包含的 1 笔交易的费用。 Block 奖励,也称为 Coinbase 奖励,被发送到这个地址。
    区块中总共发送了 0.00000000 BTC(0.00 美元),平均交易量为 0.00000000 BTC(0.00 美元)。 了解有关块如何工作的更多信息。

(二),比特币是什么

  • 比特币是加密数字货币,没有现钞,实物货币,没有银行网点。

  • 所有账目公开透明、可查询。

  • 比特币是一种基于P2P网络的一种分布式系统。

  • 比特币是基于非对称加密技术(公开密钥算法)的交易。

  • 法定货币通过央行来发行,比特币通过挖矿产生。

  • 特性:

    • 硬通货:比特币是加密数字货币中的黄金。市场定位价:1比特币>1盎司黄金
    • 流通性:目前许多国家可以交易
    • 易携带:只需携带一个私钥即可
    • 隐蔽性:只暴露钱包地址,无需其他个人信息
    • 无货币超发:通货紧缩

(三),比特币是如何发行的?

比特币不是任何金融机构发行的,使用不需要绑定银行卡,不需要身份证明。只要能上网,只要安装了比特币客户端软件(钱包),就可以转账,收款,挖矿,比特币生产就是靠挖矿

  • 挖矿:

    • 挖矿是重复计算区块头的hash,不断修改随机数Nance直到与难度目标匹配。
    • 挖矿就是在争取记账权,对一段时间内比特币网络的交易进行确认,并记录在区块上的过程。
    • 挖矿的人是矿工,挖矿过程就是争取记账的过程;矿工是记账员,区块链是账本,每个区块就是账本中的一页。
    • 挖矿成功,比特币系统会产生一笔比特币,将此笔奖励给挖矿成功的矿工。
    • 挖矿成功,矿工争取到了区块的记账权,这十分钟内被打包的所有确认的交易的手续费都会奖励给该矿工。
  • 比特币钱包:

    • 钱包一词在比特币中有多重含义。
    • 广义上,钱包是一个应用程序,为用户提供交互界面。钱包控制用户访问权限、管理比特币地址及其密钥、跟踪余额、创建交易、签名交易
    • 狭义上,从程序的角度看,’'钱包"是指用于储存和管理用户密钥数据结构
    • 钱包是私钥的容器
    • 钱包里只含有钥匙,并不含有比特币,“钱币”被记录在比特币网络的区块链中、用户通过钱包中的密钥签名交易,从而控制网络上的钱币。某种意义上,比特币钱包是密钥链。
  • 比特币节点

    • 运行区块链软件的计算机就是一个节点
      • 每个比特币钱包都是一个节点
    • 全节点
      • 拥有完整区块链账本的节点叫全节点,负责比特币转账交易的广播和验证
      • 同步整个区块链并对交易验证,同时中继区块在网络上的传播
    • 轻节点
      • 不保存所有区块,依赖全节点做交易验证
    • 挖矿节点
      • 带挖矿功能的全节点
      • 转账交易发生后由所有节点共同广播至全网,挖矿节点验证该交易正确后会记录至区块链账本
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  • 什么是比特币系统

    • 比特币系统是一种去中心化的电子现金系统,解决了没有中心机构的情况下,总量恒定的数字资产的发行和流通问题
    • 比特币系统通过P2P网络节点来承载一个由区块组成的链条,每个区块中记录了一些有效交易信息

(四),比特币与区块链的关系

  1. 区块链是比特币的底层技术,比特币是区块链的第一个应用。

  2. 比特币是钱的话,区块链就是账本,是记录比特币转账记录的。但是区块链技术不单单是比特币独有,除了数字货币以外,区块链将在其他领域有更多用武之地。

  3. 区块链并不是新技术,而是一系列技术的集成。包括了非对称加密技术,时间戳,共识机制等。几乎所有技术都在比特币出现前存在了,但在比特币之前,这些技术都没有产生如此巨大的影响力,所以说比特币是区块链技术的第一个成功运用。学习区块链,比特币是绕不开的,然而区块链,却并不仅仅是比特币。

  4. 比特币是世界公认的第一区块链,也是目前世界上最安全的区块链。

4.区块链的本质及特性

(一)、区块与区块链

1.区块链是一组使用密码学算法产生的区块链接而成的数据结构。每个区块之间一句密码学原理,按时间顺序依次相连,形成链状结构,因此叫区块链。

2.每一个区块写满了交易记录:

  • 一比特币为例,矿工在新形成的区块时需要根据前一个区块的hash、交易信息、随机数等来计算新的哈希值,也就是说每个区块都是在前一个数据区块基础上生成的,该机制保证了区块链数据的唯一性。
  • 矿工在算力竞争时无法作弊,每个矿工都必须等前一个区块生产后,才能根据前一个区块数据开始计算符合条件的随机数,保证了挖矿的公平性。

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  • 每个节点拿到前一个区块数据,使用哈希函数对区块信息进行哈希计算,得出的哈希值与当前区块头部存储的前一区块的哈希值进行校验,利用哈希函数具有强抗碰撞性来校验区块和交易真实性。

(二)、核心技术

1.P2P网络:(基础)

  • 点对点交易,没有中间商

2.分布式存储:

  • 节点信息统一,不可篡改,修改一个信息,需要其他节点共同更改。

3.加密算法:

  • 保证交易不可篡改,破坏,保护用户隐私和交易信息记录安全,交易可以溯源。

    • 1.哈希算法:

      • SHA:安全哈希算法,能计算出一个数字消息所对应的长度固定的字符串(又称消息摘要)的算法。

      • 使用哈希函数,输入任意长度的消息,输出一个固定长度的字符串,其字符串就是哈希值。哈希函数能够很好地满足区块链数据不可篡改和可验证的安全需求。首先,哈希算法逆向困难,即根据一个哈希值,很难计算出相应的输入值;其次,哈希函数输入敏感,即使输 入值发生微小变化,产生的哈希值也完全不同。哈希算法具有强抗碰撞性,很难找到两个不同的输入,使得他们的哈希值相同。

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- SHA家族的五个算法,分别是SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384、和SHA-512,由美国国家安全局(NSA)所设计,并由美国国家标准与技术研究院(NIST)发布,是美国的政府标准,后四个并称为SHA-2。
- SHA-1在许多安全协议中广为使用,但SHA-1的安全性被密码学家严重质疑;SHA-2的算法与SHA-1的基本相似,但至今未出现对SHA-2有效的攻击。
  • 2.公钥密码算法

    • 公钥加密算法包含两种密钥:公钥和私钥,公钥用 于加密数据,私钥用于解密密文。密钥生成算法利用哈希算法和其他算法为用户生成相应的公钥和私钥。公钥是公开的,任意节点可以获取;私钥必须由用 户自己秘密保存,不能被其他节点获取。根据用户公钥,不能推测或计算出相应的私钥。

    • 公钥和地址并不一样,许多人在“钱包”里找了很久,只看到“导出私钥”,以及自己钱包的地址(二维码识别即可),并没有找到公钥,但是知道钱包里有公钥和私钥,于是默认公钥=地址,这是错误的。

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  - 私钥通过单项椭圆曲线相乘得出公钥;
  - 公钥通过单项哈希函数得出比特币地址。

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**6.共识算法(共识机制):**实现网络共识(网络层)

  • 网络层的安全主要由共识机制保障,通过点对点通信模式,构建一个去中心化的分布式网络环境,网络中所有节点的地位平等,每个节点都可以作为服务器,承担区块数据传输、验证、存储工作。共识机制主要是解决分布式节点如何达成共识的问题。

7.智能合约:

  • 通过自动化脚本操作数据。(过于抽象)
    • 一种允许在没有第三方的情况下进行可信交易的协议;(传统?)
    • 是一套以数字形式定义的承诺,合约参与方可以在这上面执行这些承诺。
    • 存储在区块链中,信息不可篡改,分布式。阻止对智能合约修改,删除。

(区块链模型)

  • 一般来说,区块链系统由数据层、网络层、共识层和应用层等六层组成。

  • 数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据基本算法。

  • 网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等。

  • 共识层主要分装了网络及节点的各类共识算法。

  • 激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来,主要包括经济激励的发行机制和分配机制等。

  • 合约层主要分装各种脚本,算法和智能合约,是区块链可编程特性的基础。

  • 应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。
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  • 该模型中,基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表的创新点。

(三)、区块链的本质

1.区块链本质是一个多方参与、共同维护,持续增长的分布式数据库,也称为分布式共享账本

2.所有的节点共同维护一条不断增长的链,只能添加记录,不可修改,不可删除

3.区块链---------制作信用的机器

  • 以比特币为例,区块链通过时间戳和工作量证明机制,解决了双花和拜占庭将军问题。
  • 非对称加密机制保证私钥的安全性,时间戳保证区块顺序,工作量证明解决了如何公平分发比特币问题。
  • 区块链本质上解决了信任和价值传递,任何人没能力,也没必要质疑数据的质量和真实性。

(三)、区块链分类

  • 区块链目前被分为三类:共有区块链,联合区块链,私有区块链。其中的联合区块链和私有区块链被认为是广义的私链。共有区块链是最早的区块链,也是目前应用最广泛的区块链,各大bitcoin系列的虚拟数字货币均基于共有区块链。目前的传统金融也开始尝试私有区块链,私链的应用产品还在摸索当中。

  • 区块链按准入机制分为三类:公有链、联盟链、私有链

    1.公有链:公开透明,世界上任何个体团队都可以在公有链发送交易,且交易能获得该区块链有效确认。每个人都能竞争记账权。典型代表:比特币。

    2.联盟链:半公开。是某个群,组织内部使用的区块链,需要预选指定几个节点作为记账人。每个区块的生成由所有预选记账人共同决定,其他节点可以交易,但没有记账权。

    3.私有链:完全封闭,仅仅采用区块链技术进行记账,记账权并不公开,且只记录内部交易,公司或个人独享。

(四) 、区块链对未来的影响

1.发展脉络

  • 2015年区块链元年
    • 《华尔街日报》区块链是近500年金融领域最重要的突破
    • 建立满足经济活动赖以发展的信任生态体系
    • 1.0阶段:比特币
    • 2.0阶段:除了资产数字化,更关注智能合约,智能合约实质上就是通过编程语言把现实世界的业务逻辑用区块链技术加以实现。事实上区块链可以用来描述众多现实生活中的业务场景。
    • 2015-2016评估阶段
    • 2018-2020基于区块链的共享结构出现
    • 2021-2025年 在证明有效性后,将会有更多的金融资产转向区块链技术
    • 区块链3.0:把区块链应用范围扩展到各行各业,支持正义的资产交互和登记,进入物物互联、设备民主的”区块链+“时代
    • 区块链与其说是一种技术,不如说是一种思想或者价值观。
    • 彻底颠覆现有的生产关系,解构,变革,重塑互联网
      • 区块链源于金融,也将会与金融最深度融合
      • 去中心自组织DAO或去中心自治化公司DAC是个大胆的设想,是对现有生产关系的一大颠覆。

(五)、区块链的应用场景

1.全球最具代表的区块链技术平台

  • 比特币bitcoin:C++
  • 以太坊Ethereum:提供了多语言接口(C++、GO、JAVA等),一个开源区块链底层系统。
  • 超级账本Hyperledger Fabric:GO

2.应用领域

即使发张到现在。最好的领域还是加密数字货币。

  • 加密数字货币
  • 智能合约
  • 证券、资产管理
  • 公证防伪
  • 知识版权保护
  • 医疗记录
  • 产品供应溯源

3.知名项目

  • EverLedger

    • 成立于2015,致力于将区块链与机器视觉、物联网、人工智能等技术结合,为珠宝提供一站式追踪及鉴定平台。
    • 世界上没有俩颗钻石是完全一样的,所以EverLedger通过一种特殊设备,测量钻石上的40个点的数据,来生成一个钻石的"数字指纹",再将信息上链。所有的钻石都有真实的流通记录,保证所有钻石都有自己的来源信息。
    • 目前已有数百万个钻石在Everledger的区块链平台上通过认证。
  • 迅雷链克

    • 前生为”玩客币“,2017年8月正式发布,标志着区块链技术加入了共享计算。借助区块链技术,迅雷给通过玩客云智能硬件分享带宽、储存、计算能力等闲置资源的用户发放”链克“,建立公平、透明的奖励机制,激励普通用户参与到数据资源的分享和交换中来。
  • 阿里巴巴电商与区块链

    • 2017年3月24日,阿里巴巴与普华永道达成合作,用区块链打造透明、可追溯的跨境食品供应链,搭建更安全的食品市场。目前蚂蚁金服旗下支付宝已经将区块链技术用在慈善公益,捐助者每一笔款项的资金明细都会在区块链。
  • 其他:消除中介信用问题。数字货币领域是区块链最好的应用之一;再支付领域,区块链技术可以消除第三方而直接点对点支付,是支付更安全。溯源的特性可以监管洗钱等违法活动。区块链可以在征信、版权、公证、证券、资产管理等领域逐渐得到应用。

(六)、区块链的不足

  • 实际上区块链作为一种新技术,价值固然存在,但也显示出来一些劣势。
    1. 原始区块链效率低。写入区块链,最少等待十分钟,所有节点都要更新同步数据,更加需要时间,区块链的交易数据具有延迟性,不适合应用于小额交易和实时交易的应用场景。
    2. 储存数据量少。每个区块只有1~8M.保存数据量有限,如果扩充,数据同步太费劲。
    3. 用户钱包存在设计缺陷,用户私钥丢失导致丢失资产,如果私钥被犯罪分子窃取,则用户的区块链帐户将面临被其他人篡改的风险。
    4. 智能合约作为区块链技术中的一项关键技术, 具有安全灵活、自动执行、不可更改等优势,但是由于智能合约不可更改并且不能由第三方干预,一旦智能合约设计不合理,那么整个智能合约不仅不能提供安全的交易环境。
    5. 弱中心化下安全性无法保证。
    6. 区块链的去中心化、自治化的特点淡化了国家监管的概念。在监管无法触达的地方,市场的逐利性会导致区块链技术应用于非法领域,为黑色产业提供了庇护。
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