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黎跃春区块链技术博客

初学者的区块链教程:从0到1理解区块链技术

什么是区块链

区块链是包含一系列有序数据区块连接而成的链条,它是具有改变世界潜力额颠覆性新兴技术。

什么不是区块链?

比特币不等于区块链

  • 区块链不是比特币,而是比特币的底层技术。
  • 比特币是数字令牌,而区块链是分类账,以跟踪谁拥有数字令牌。
  • 比特币是区块链的第一个项目,没有区块链就不能拥有比特币,但是没有比特币区块链也客观存在。

区块链架构

让我们通过了解其各个组成部分来研究区块链架构:

什么是区块?

什么是区块(Block)

区块链是包含一系列有序区块信息的数据链。存储在区块内的数据取决于区块链的类型。

例如,一个比特币块包含发件人,接收者以及要转移的比特币数量的信息。

比特币区块案例

链中的第一个区块称为Genesis Block。链中的每个新块都链接到前一个块。

理解SHA256 - Hash

区块也具有哈希。可以理解为每个区块唯一的指纹。它标识一个块及其所有内容,并且始终是唯一的,就像指纹一样。因此,一旦创建了块,块内的任何更改都将导致哈希值发生变化。

HASH是区块的唯一身份标识

因此,当您要检测区块的变化时,哈希非常有用。如果一个块的指纹发生变化,则不会说明当前区块的数据发生了变化。

每个块都有:

  1. 交易数据
  2. 上一个区块的哈希
  3. 当前区块的指纹(哈希值)

我们一起看看下面的示例,这是一个包含有3个区块的链。Block1是创世区块,没有前身,因此,它不包含具有先前块的HASH。Block 2包含Block 1的哈希,Block 3包含Block 2的哈希。

由上可知,所有块都包含先前块的哈希,这是使区块链如此安全的技术,让我们看看它是如何工作的。

假设攻击者能够更改数据Block 2中的数据,相应地,数据Block 2的哈希也会发生变化。并且,因为Block 3仍然包含Block 2的旧哈希。这使Block 3以及所有后续Block均无效,因为它们在前一个Block中的Hash和当前BlockPrevious Hash 不再一致。

因此,更改单个Block可以迅速使随后的所有Block无效。

工作量证明(POW)

HASH是防止区块被攻击的一种极好的机制,但是如今的计算机速度很快,每秒可以计算成千上万的HASH值。在几分钟之内,攻击者即可篡改一个区块,然后重新计算其他区块的所有哈希值,以使区块链再次有效。

为了避免这个问题,区块链使用了工作量证明的概念,它是一种减慢新块创建速度的机制。

工作量证明是需要一定努力才能解决的计算问题。但是,与解决计算问题本身所花费的精力相比,验证计算问题的结果所需的时间要少得多。

对于比特币,计算将链中添加新区块所需的工作量证明需要大约10分钟的时间。以我们的案例为例,如果黑客要在第2个块中更改数据,则他需要执行工作量证明(这需要10分钟),然后才在第3块和所有后续块中继续进行更改。

这种机制使得篡改区块非常困难,因此,即使您篡改了单个区块,也将需要重新计算以下所有区块的工作量证明。因此,哈希和工作量证明机制使区块链变得安全。

分布式P2P网络

但是,区块链还使用了另一种方法来保护自己,那就是通过分发。区块链不使用中央实体来管理链,而是使用分布式对等网络,每台计算机都可以加入。当某台计算机进入该网络时,他将获得区块链的完整副本,每台计算机称为一个节点。

让我们看看当任何节点创建一个新块时会发生什么。这个新的块会被发送到网络上的所有节点。每个节点都需要验证该块,以确保它没有被更改。完成检查后,每个节点将此块添加到其区块链中。

该网络中的所有这些节点都建立了共识。他们同意哪些块有效,哪些无效。网络中的节点将拒绝被篡改的块。

因此,要成功篡改区块链

  1. 您将需要篡改链上的所有区块。
  2. 重做每个块的工作量证明。
  3. 控制超过50%的对等网络。
  4. 完成所有这些操作后,您的篡改区块将被其他所有节点接受。这是不可能完成的任务。因此,区块链是如此安全。

区块链交易如何运作?

步骤1) 有人要求交易,交易可能涉及加密货币,合约,记录或其他信息。

步骤2) 在节点的帮助下,将请求的事务广播到P2P网络。

步骤3) 节点网络借助已知算法验证交易和用户状态。

步骤4) 交易完成后,新区块将添加到现有区块链中,以这种方式这将永久不可改变。

为什么我们需要区块链?

这是区块链技术如此受欢迎的一些原因。

弹性: 区块链通常是可复制的架构,在对系统进行大规模攻击时,大多数节点仍会继续维护该区块链正常运行。

减少时间: 在金融行业中,区块链可以通过允许更快地结算交易而发挥至关重要的作用,因为它不需要冗长的验证,结算和清算流程。

可靠性: 区块链认证并验证有关各方的身份,这将删除重复记录,降低费率并加快交易速度。

不可更改的交易: 通过按时间顺序注册交易,区块链可证明所有操作的不可更改性,这意味着当任何新区块已添加到分类账链中时,都无法删除或修改。

防止欺诈: 共享信息和共识的概念可防止由于欺诈或挪用公款而可能造成的损失,在基于物流的行业中,区块链作为一种监控机制,可以降低成本。

安全性: 攻击传统数据库就是降低特定目标,在分布式分类帐技术的帮助下,每一方都拥有原始链的副本,因此,即使有大量其他节点被攻击,系统仍可正常运行。

透明性: 所有人都可以公开查看公共区块链的更改,这提供了更大的透明度,并且所有交易都是不可变的。

协作: 允许各方直接进行彼此之间的交易,而无需第三方中介。

去中心化: 关于每个节点如何交换区块链信息的标准规则,此方法可确保所有交易均得到验证,并且所有有效交易均被一一添加。

区块链版本

  • 区块链1.0:货币

DLT(分布式分类帐技术)的实施见证了它的第一个显而易见的应用:加密货币。这允许基于区块链技术的金融交易,它用于货币和付款,比特币是数字货币领域最突出的案例。

  • 区块链2.0:智能合约

新的关键概念是智能合约,即“实时”存在于区块链中的小型计算机程序。它们是自动执行的计算机程序,可检查先前定义的条件,例如:简化,验证或强制执行,它可被用来代替传统合约。

  • 区块链3.0:DApps

DApps是分布式应用程序的缩写。它的后端代码在分散的对等网络上运行,DApp可以使用可以调用其后端的任何语言编写的前端代码和用户界面,例如:传统的Apps。

区块链分类

  • 公有链:

在这种类型的区块链中,分类帐对互联网上的所有人都是可见的。它允许任何人验证并向区块链添加交易块,公共网络激励人们加入并免费使用,任何人都可以使用公共区块链网络。

  • 私有链:

私有区块链位于单个组织内,它仅允许组织中的特定人员验证和添加事务块,但是,通常允许Internet上的每个人查看。

  • 联盟链

在此区块链变体中,只有一组组织可以验证和添加交易。在此,分类帐可以打开或限制为选择组,联盟区块链用于跨组织,它仅由预授权节点控制。

区块链用例

下表列出了区块链技术在不同领域中的广泛应用。

领域 概述
供应链 企业区块链网络创建了一个共享的IT基础架构,可简化供应链中利益相关者的工作流程。促进准确的资产跟踪,增强服务,产品和软件的许可,并最终提高从采购到消费的整个消费品来源的透明度。
体育和电子竞技 体育组织,团队和球迷可以使用各种区块链用例。智能合约可以简化现有运营,提供新的收入模型,并通过增强的忠诚度计划和激励机制来增强粉丝的参与度。
零售时尚与奢侈品 随着消费者需求的不断变化,零售时装和奢侈品行业的步伐正在迅速加快。区块链技术将通过改善数据管理工具,增强供应链运作并降低假冒和灰色市场风险来应对长期的行业挑战。
法律 减轻了劳动密集的手动流程,同时为法律行业提供了可访问性,透明性,成本节省,速度,效率和数据完整性
金融 为金融服务带来信任,简单和增强的客户体验。
数字身份 基于区块链的数字身份管理系统提供了统一,可互操作且防篡改的基础架构,为企业,用户和物联网管理系统带来了关键优势。
能源与可持续性 石油和天然气公司涉及透明度,效率和优化的多个问题的困扰。
国际贸易与商品 贸易融资和商品交易系统严重依赖容易产生欺诈,人为错误和延误的书面记录。
政府与公共部门 确保数据管理以保护公民信息,保持信任并确保公共记录的准确性。
医疗保健与生命科学 简化组织中的临床数据,使患者能够控制其医学数据以提高护理质量。
媒体和娱乐 建立围绕数字内容使用的信任生态系统-音乐,电影,电视,广告,忠诚度积分等。
房地产 消除中介机构和优化流程来增强房地产运营。 此外,区块链技术使行业可以数字化资产和金融工具。这样可以实现所有权的零碎化,增加的流动性以及使获得房地产投资机会的途径民主化。

区块链 VS 共享数据库

参量 区块链 共享数据库
运作方式 插入 创建/读取/更新和删除
复写 在每个对等节点上可完全复制 主从,多主机
共识 大多数节点都同意交易的结果 分两个阶段进行的分布式事务commit和Paxos
验证方式 在整个区块链系统上执行定义好的统一规则 仅提供本地完整性约束
去中介 允许 不允许
保密 完全保密 并不完全保密
稳定性 完全健壮的技术 并不完全健壮

区块链技术的局限性

更高的成本: 节点按照供需原则完成业务交易时会寻求更高的收益回报。

较慢的交易: 节点将获得更高奖励的交易置于优先地位,会造成交易积压。

较小的分类账: 不可能完整复制区块链,这可能会影响不变性,共识等。

交易成本,网络速度: 在头几年被吹捧为“几乎免费”后,比特币的交易成本相当高。

错误的风险: 只要涉及人为因素,总是存在错误的风险。如果将区块链用作数据库,则所有传入数据都必须是高质量的。但是,人为干预可以快速解决该错误。

浪费: 每个运行区块链的节点都必须在整个区块链上保持共识。这提供了非常低的停机时间,并使存储在区块链上的数据永远不可更改。但是,所有这些都是浪费的,因为每个节点都重复执行一项任务以达成共识。

小结

  • 区块链是包含一系列有序数据区块连接而成的链条。
  • 区块链不是比特币,而是比特币背后的底层技术。
  • 每个区块都包含一个独一无二的哈希值。
  • 每个区块都有前一个区块的哈希。
  • 区块链需要工作证明才能添加新区块。
  • 区块链数据库在多个对等节点之间受到干扰,并且没有集权化。
  • 区块链的三个版本是区块链1.0:货币,区块链2.0:智能合约和区块链3.0:DApp。
  • 区块链有三种变体可用1)公有链 2)私有链 3)联盟链
  • 使用此技术的某些缺点是成本较高,交易速度较慢。
  • 比特币使用不受任何中央机构或银行监管的区块链技术。
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