-.z區(qū)塊鏈〔blockchain〕是眼下的大熱門，新聞媒體大量報道，宣稱它將創(chuàng)造未來?？墒牵唵我锥娜腴T文章卻很少。區(qū)塊鏈到底是什么，有何特別之處，很少有解釋。下面，我就來嘗試，寫一篇最好懂的區(qū)塊鏈教程。畢竟它也不是很難的東西，核心概念非常簡單，幾句話就能說清楚。我希望讀完本文，你不僅可以理解區(qū)塊鏈，還會明白什么是挖礦、為什么挖礦越來越難等問題。需要說明的是，我并非這方面的專家。雖然很早就關注，但是仔細地了解區(qū)塊鏈，還是從今年初開場。文中的錯誤和不準確的地方，歡迎大家指正。區(qū)塊鏈是什么.一句話，它是一種特殊的分布式數(shù)據(jù)庫。首先，區(qū)塊鏈的主要作用是儲存信息。任何需要保存的信息，都可以寫入?yún)^(qū)塊鏈，也可以從里面讀取，所以它是數(shù)據(jù)庫。其次，任何人都可以架設效勞器，參加區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，成為一個節(jié)點。區(qū)塊鏈的世界里面，沒有中心節(jié)點，每個節(jié)點都是平等的，都保存著整個數(shù)據(jù)庫。你可以向任何一個節(jié)點，寫入/讀取數(shù)據(jù)，因為所有節(jié)點最后都會同步，保證區(qū)塊鏈一致。分布式數(shù)據(jù)庫并非新創(chuàng)造，市場上早有此類產(chǎn)品。但是，區(qū)塊鏈有一個革命性特點。區(qū)塊鏈沒有管理員，它是徹底無中心的。其他的數(shù)據(jù)庫都有管理員，但是區(qū)塊鏈沒有。如果有人想對區(qū)塊鏈添加審核，也實現(xiàn)不了，因為它的設計目標就是防止出現(xiàn)居于中心地位的管理當局。正是因為無法管理，區(qū)塊鏈才能做到無法被控制。否則一旦大公司大集團控制了管理權(quán)，他們就會控制整個平臺，其他使用者就都必須聽命于他們了。但是，沒有了管理員，人人都可以往里面寫入數(shù)據(jù)，怎么才能保證數(shù)據(jù)是可信的呢.被壞人改了怎么辦.請接著往下讀，這就是區(qū)塊鏈奇妙的地方。區(qū)塊鏈由一個個區(qū)塊〔block〕組成。區(qū)塊很像數(shù)據(jù)庫的記錄，每次寫入數(shù)據(jù)，就是創(chuàng)立一個區(qū)塊。每個區(qū)塊包含兩個局部。區(qū)塊頭〔Head〕：記錄當前區(qū)塊的特征值區(qū)塊體〔Body〕：實際數(shù)據(jù)區(qū)塊頭包含了當前區(qū)塊的多項特征值。生成時間實際數(shù)據(jù)〔即區(qū)塊體〕的哈希上一個區(qū)塊的哈希...這里，你需要理解什么叫哈希〔hash〕，這是理解區(qū)塊鏈必需的。所謂"哈希"就是計算機可以對任意容，計算出一個長度一樣的特征值。區(qū)塊鏈的哈希長度是256位，這就是說，不管原始容是什么，最后都會計算出一個256位的二進制數(shù)字。而且可以保證，只要原始容不同，對應的哈希一定是不同的。舉例來說，字符串123的哈希是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0〔十六進制〕，轉(zhuǎn)成二進制就是256位，而且只有123能得到這個哈希。〔理論上，其他字符串也有可能得到這個哈希，但是概率極低，可以近似認為不可能發(fā)生?！骋虼?，就有兩個重要的推論。推論1：每個區(qū)塊的哈希都是不一樣的，可以通過哈希標識區(qū)塊。推論2：如果區(qū)塊的容變了，它的哈希一定會改變。區(qū)塊與哈希是一一對應的，每個區(qū)塊的哈希都是針對"區(qū)塊頭"〔Head〕計算的。也就是說，把區(qū)塊頭的各項特征值，按照順序連接在一起，組成一個很長的字符串，再對這個字符串計算哈希。Hash=SHA256(區(qū)塊頭)上面就是區(qū)塊哈希的計算公式，SHA256是區(qū)塊鏈的哈希算法。注意，這個公式里面只包含區(qū)塊頭，不包含區(qū)塊體，也就是說，哈希由區(qū)塊頭唯一決定，前面說過，區(qū)塊頭包含很多容，其中有當前區(qū)塊體的哈希，還有上一個區(qū)塊的哈希。這意味著，如果當前區(qū)塊體的容變了，或者上一個區(qū)塊的哈希變了，一定會引起當前區(qū)塊的哈希改變。這一點對區(qū)塊鏈有重大意義。如果有人修改了一個區(qū)塊，該區(qū)塊的哈希就變了。為了讓后面的區(qū)塊還能連到它〔因為下一個區(qū)塊包含上一個區(qū)塊的哈?！?，該人必須依次修改后面所有的區(qū)塊，否則被改掉的區(qū)塊就脫離區(qū)塊鏈了。由于后面要提到的原因，哈希的計算很耗時，短時間修改多個區(qū)塊幾乎不可能發(fā)生，除非有人掌握了全網(wǎng)51%以上的計算能力。正是通過這種聯(lián)動機制，區(qū)塊鏈保證了自身的可靠性，數(shù)據(jù)一旦寫入，就無法被篡改。這就像歷史一樣，發(fā)生了就是發(fā)生了，從此再無法改變。每個區(qū)塊都連著上一個區(qū)塊，這也是"區(qū)塊鏈"這個名字的由來。由于必須保證節(jié)點之間的同步，所以新區(qū)塊的添加速度不能太快。試想一下，你剛剛同步了一個區(qū)塊，準備基于它生成下一個區(qū)塊，但這時別的節(jié)點又有新區(qū)塊生成，你不得不放棄做了一半的計算，再次去同步。因為每個區(qū)塊的后面，只能跟著一個區(qū)塊，你永遠只能在最新區(qū)塊的后面，生成下一個區(qū)塊。所以，你別無選擇，一聽到信號，就必須立刻同步。所以，區(qū)塊鏈的創(chuàng)造者中本聰〔這是假名，真實身份至今未知〕成心讓添加新區(qū)塊，變得很困難。他的設計是，平均每10分鐘，全網(wǎng)才能生成一個新區(qū)塊，一小時也就六個。這種產(chǎn)出速度不是通過命令達成的，而是成心設置了海量的計算。也就是說，只有通過極其大量的計算，才能得到當前區(qū)塊的有效哈希，從而把新區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈。由于計算量太大，所以快不起來。這個過程就叫做采礦〔mining〕，因為計算有效哈希的難度，好比在全世界的沙子里面，找到一粒符合條件的沙子。計算哈希的機器就叫做礦機，操作礦機的人就叫做礦工。讀到這里，你可能會有一個疑問，人們都說采礦很難，可是采礦不就是用計算機算出一個哈希嗎，這正是計算機的強項啊，怎么會變得很難，遲遲算不出來呢.原來不是任意一個哈希都可以，只有滿足條件的哈希才會被區(qū)塊受。這個條件特別苛刻，使得絕大局部哈希都不滿足要求，必須重算。原來，區(qū)塊頭包含一個難度系數(shù)〔difficulty〕，這個值決定了計算哈希的難度。舉例來說，第100000個區(qū)塊的難度系數(shù)是14484.16236122。區(qū)塊鏈協(xié)議規(guī)定，使用一個常量除以難度系數(shù)，可以得到目標值〔target〕。顯然，難度系數(shù)越大，目標值就越小。哈希的有效性跟目標值密切相關，只有小于目標值的哈希才是有效的，否則哈希無效，必須重算。由于目標值非常小，哈希小于該值的時機極其渺茫，可能計算10億次，才算中一次。這就是采礦如此之慢的根本原因。前面說過，當前區(qū)塊的哈希由區(qū)塊頭唯一決定。如果要對同一個區(qū)塊反復計算哈希，就意味著，區(qū)塊頭必須不停地變化，否則不可能算出不一樣的哈希。區(qū)塊頭里面所有的特征值都是固定的，為了讓區(qū)塊頭產(chǎn)生變化，中本聰成心增加了一個隨機項，叫做Nonce。Nonce是一個隨機值，礦工的作用其實就是猜出Nonce的值，使得區(qū)塊頭的哈希可以小于目標值，從而能夠?qū)懭雲(yún)^(qū)塊鏈。Nonce是非常難猜的，目前只能通過窮舉法一個個試錯。根據(jù)協(xié)議，Nonce是一個32位的二進制值，即最大可以到21.47億。第100000個區(qū)塊的Nonce值是274148111，可以理解成，礦工從0開場，一直計算了2.74億次，才得到了一個有效的Nonce值，使得算出的哈希能夠滿足條件。運氣好的話，也許一會就找到了Nonce。運氣不好的話，可能算完了21.47億次，都沒有發(fā)現(xiàn)Nonce，即當前區(qū)塊體不可能算出滿足條件的哈希。這時，協(xié)議允許礦工改變區(qū)塊體，開場新的計算。正如上一節(jié)所說，采礦具有隨機性，沒法保證正好十分鐘產(chǎn)出一個區(qū)塊，有時一分鐘就算出來了，有時幾個小時可能也沒結(jié)果。總體來看，隨著硬件設備的提升，以及礦機的數(shù)量增長，計算速度一定會越來越快。為了將產(chǎn)出速率恒定在十分鐘，中本聰還設計了難度系數(shù)的動態(tài)調(diào)節(jié)機制。他規(guī)定，難度系數(shù)每兩周〔2021個區(qū)塊〕調(diào)整一次。如果這兩周里面，區(qū)塊的平均生成速度是9分鐘，就意味著比法定速度快了10%，因此接下來的難度系數(shù)就要調(diào)高10%；如果平均生成速度是11分鐘，就意味著比法定速度慢了10%，因此接下來的難度系數(shù)就要調(diào)低10%。難度系數(shù)越調(diào)越高〔目標值越來越小〕，導致了采礦越來越難。即使區(qū)塊鏈是可靠的，現(xiàn)在還有一個問題沒有解決：如果兩個人同時向區(qū)塊鏈寫入數(shù)據(jù)，也就是說，同時有兩個區(qū)塊參加，因為它們都連著前一個區(qū)塊，就形成了分叉。這時應該采納哪一個區(qū)塊呢.現(xiàn)在的規(guī)則是，新節(jié)點總是采用最長的那條區(qū)塊鏈。如果區(qū)塊鏈有分叉，將看哪個分支在分叉點后面，先到達6個新區(qū)塊〔稱為"六次確認"〕。按照10分鐘一個區(qū)塊計算，一小時就可以確認。由于新區(qū)塊的生成速度由計算能力決定，所以這條規(guī)則就是說，擁有大多數(shù)計算能力的那條分支，就是正宗的區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈作為無人管理的分布式數(shù)據(jù)庫，從2021年開場已經(jīng)運行了8年，沒有出現(xiàn)大的問題。這證明它是可行的。但是，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，區(qū)塊鏈也有自己的代價。一是效率，數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈，最少要等待十分鐘，所有節(jié)點都同步數(shù)據(jù)，則需要更多的時間；二是能耗，區(qū)塊的生成需要礦工進展無數(shù)無意義的計算，這是非常消耗能源的。因此，區(qū)塊鏈的適用場景，其實非常有限。不存在所有成員都信任的管理當局寫入的數(shù)據(jù)不要時使用挖礦的收益能夠彌補本身的本錢如果無法滿足上述的條件，則傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是更好的解決方案。目