比特币与区块链原理分析

一、什么是区块链？

块：信息数据的集合。区块中包含一些特殊的信息，它们前后相互连接，称为“区块链”

块和区块链

官方定义：区块链本质上是一种特殊的分布式数据存储系统。因此，区块链技术也被称为分布式账本技术，是一种互联网数据存储技术。

从数据上看：这里体现的分布式不仅仅是数据的分布式存储，还有数据的分布式记录（即：整个系统由参与者共同维护）

从技术角度看：区块链不是单一的技术，它是多种技术融合的结果，以一种新的结构组合在一起，形成了一种新的数据操作、记录、存储和表达方式。

3.区块链分类

公链：任何人都可以自由参与和退出

私有链：权限完全控制在一个组织中

联盟链：加入和退出需要联盟授权

4.区块链的特点

开放共识：任何人都可以参与区块链网络，每个设备都可以充当一个节点，每个节点都可以获取数据的完整副本。基于共识机制，节点通过竞争计算共同维护整个区块链。任一节点发生故障后，其余节点仍可正常工作。

去中心化和去信任化：区块链由许多节点组成一个P2P网络，没有中心化的设备和管理机构。节点之间的数据交换通过数字签名技术进行验证比特币算法原理，无需相互信任。只要按照系统既定的规则进行，节点就不能也不能欺骗其他节点。

交易透明、双方匿名：区块链的运行规则公开透明，所有数据信息也是公开的，因此每一笔交易对节点都是可见的。由于节点之间没有信任，每个参与节点都是匿名的，因为节点之间不需要公开身份。

不可变、可追溯：单个甚至多个节点对数据的修改不能影响其他节点的数据信息，除非可以控制全网51%以上的节点同时修改，难度很大. 区块链中的每笔交易都通过密码学方法与相邻的区块连接起来，因此可以追溯这些信息。

二、区块链的由来

1. 背景：区块链技术起源于中本聪2008年的《比特币：一种点对点的电子现金系统》。区块链技术与金融有着内在的紧密联系。

我们先来看看传统支付系统和区块链支付系统的区别：

传统支付系统

区块链支付系统

2.区块链与比特币：区块链技术是比特币的底层技术，抽象比特币技术，我们称之为“区块链技术”。从某种角度来说，比特币是区块链技术的顶级应用。

比特币区块每十分钟打包一次，矿工是打包游戏中争夺区块记账权的人。谁能最快解出SHA256的数学计算，谁先得到一定十分钟内的交易记录。帐户权利。

我们来看看区块链支付系统的交易流程：

3.区块链解决的问题：区块链解决的最重要的就是中介信用问题。过去，两个互不相识、互不信任的人，很难达成合作。他们不得不依靠第三方权威，通过区块链技术实现互信传递行为是可能的。

怀疑？

分叉问题

即使区块链是可靠的，但仍然有一个问题没有解决：如果两个人同时向区块链写入数据，也就是同时添加两个区块，因为它们都连接到区块链上。上一个区块，形成了一个分叉。此时应该采用哪个区块？

目前的规则是新节点总是最长的链。如果区块链有分叉，则取决于分叉后面是哪个分叉，并首先到达 6 个新区块（称为“六次确认”）。按10分钟一个区块计算，1小时即可确认。

由于新区块的生成速度是由算力决定的比特币算法原理，所以这条规则意味着算力最大的分支就是正常的比特链。

区块链基础技术架构

技术架构分析

应用层：主要完成客户端记账、转账等功能

激励层：以比特币为例，所有比特币都是通过奖励获得出块权的矿工产生的。另一种奖励方式是所有交易都需要向记录区块的矿工支付费用。

共识层：使用某种共识算法处理事物。由于点对点网络中的高网络延迟，每个节点观察到的交易顺序不可能完全一致。因此，区块链系统需要设计一种机制，就相似时间段内发生的交易顺序达成共识。这种在时间窗口内对交易顺序达成共识的算法称为“共识机制”。（常用共识算法：PoW、PoS）

网络层：P2P网络，也称为点对点技术，没有中央服务器。由于服务器分布在各个节点之间，一个节点的损坏对其他部分影响不大。

数据层：P2P网络中的每个节点都以区块链的形式保存所有的交易记录，每个节点都有唯一的私钥。

三、区块链的未来应用

区块链1.0————数字货币和去中心化交易（如比特币等）

区块链2.0————数字资产和智能合约（例如：以太坊、Hyperledger）

区块链3.0————DAO，DAC（区块链自治组织，区块链自治公司）---->区块链社会（科学、医疗、教育等，区块链）链+人工智能，区块链+物联网）

四、区块链的缺点

参考源代码

github.com/dvf/blockchain（来源）

hacknoon.com/learn-blockchains-by-building-one-117428612f46（教程）

github.com/anders94/blockchain-demo/（来源）