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可是#xf…前些天发现了一个巨牛的人工智能学习网站通俗易懂风趣幽默忍不住分享一下给大家。点击跳转到教程。
区块链blockchain是眼下的大热门新闻媒体大量报道宣称它将创造未来。
可是简单易懂的入门文章却很少。区块链到底是什么有何特别之处很少有解释。 下面我就来尝试写一篇最好懂的区块链教程。毕竟它也不是很难的东西核心概念非常简单几句话就能说清楚。我希望读完本文你不仅可以理解区块链还会明白什么是挖矿、为什么挖矿越来越难等问题。
需要说明的是我并非这方面的专家。虽然很早就关注但是仔细地了解区块链还是从今年初开始。文中的错误和不准确的地方欢迎大家指正。
一、区块链的本质
区块链是什么一句话它是一种特殊的分布式数据库。 首先区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息都可以写入区块链也可以从里面读取所以它是数据库。
其次任何人都可以架设服务器加入区块链网络成为一个节点。区块链的世界里面没有中心节点每个节点都是平等的都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点写入/读取数据因为所有节点最后都会同步保证区块链一致。
二、区块链的最大特点
分布式数据库并非新发明市场上早有此类产品。但是区块链有一个革命性特点。
区块链没有管理员它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核也实现不了因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。
正是因为无法管理区块链才能做到无法被控制。否则一旦大公司大集团控制了管理权他们就会控制整个平台其他使用者就都必须听命于他们了。
但是没有了管理员人人都可以往里面写入数据怎么才能保证数据是可信的呢被坏人改了怎么办请接着往下读这就是区块链奇妙的地方。
三、区块
区块链由一个个区块block组成。区块很像数据库的记录每次写入数据就是创建一个区块。 每个区块包含两个部分。 区块头Head记录当前区块的元信息区块体Body实际数据区块头包含了当前区块的多项元信息。 生成时间实际数据即区块体的 Hash上一个区块的 Hash...这里你需要理解什么叫 Hash这是理解区块链必需的。 所谓 Hash 就是计算机可以对任意内容计算出一个长度相同的特征值。区块链的 Hash 长度是256位这就是说不管原始内容是什么最后都会计算出一个256位的二进制数字。而且可以保证只要原始内容不同对应的 Hash 一定是不同的。
举例来说字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0十六进制转成二进制就是256位而且只有123能得到这个 Hash。
因此就有两个重要的推论。 推论1每个区块的 Hash 都是不一样的可以通过 Hash 标识区块。推论2如果区块的内容变了它的 Hash 一定会改变。四、 Hash 的不可修改性
区块与 Hash 是一一对应的每个区块的 Hash 都是针对区块头Head计算的。 Hash SHA256(区块头) 上面就是区块 Hash 的计算公式Hash 由区块头唯一决定SHA256是区块链的 Hash 算法。
前面说过区块头包含很多内容其中有当前区块体的 Hash注意是区块体的 Hash而不是整个区块还有上一个区块的 Hash。这意味着如果当前区块的内容变了或者上一个区块的 Hash 变了一定会引起当前区块的 Hash 改变。
这一点对区块链有重大意义。如果有人修改了一个区块该区块的 Hash 就变了。为了让后面的区块还能连到它该人必须同时修改后面所有的区块否则被改掉的区块就脱离区块链了。由于后面要提到的原因Hash 的计算很耗时同时修改多个区块几乎不可能发生除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。
正是通过这种联动机制区块链保证了自身的可靠性数据一旦写入就无法被篡改。这就像历史一样发生了就是发生了从此再无法改变。 每个区块都连着上一个区块这也是区块链这个名字的由来。
五、采矿
由于必须保证节点之间的同步所以新区块的添加速度不能太快。试想一下你刚刚同步了一个区块准备基于它生成下一个区块但这时别的节点又有新区块生成你不得不放弃做了一半的计算再次去同步。因为每个区块的后面只能跟着一个区块你永远只能在最新区块的后面生成下一个区块。所以你别无选择一听到信号就必须立刻同步。
所以区块链的发明者中本聪这是假名真实身份至今未知故意让添加新区块变得很困难。他的设计是平均每10分钟全网才能生成一个新区块一小时也就六个。
这种产出速度不是通过命令达成的而是故意设置了海量的计算。也就是说只有通过极其大量的计算才能得到当前区块的有效 Hash从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大所以快不起来。
这个过程就叫做采矿mining因为计算有效 Hash 的难度好比在全世界的沙子里面找到一粒符合条件的沙子。计算 Hash 的机器就叫做矿机操作矿机的人就叫做矿工。 六、难度系数
读到这里你可能会有一个疑问人们都说采矿很难可是采矿不就是用计算机算出一个 Hash 吗这正是计算机的强项啊怎么会变得很难迟迟算不出来呢
原来不是任意一个 Hash 都可以只有满足条件的 Hash 才会被区块链接受。这个条件特别苛刻使得绝大部分 Hash 都不满足要求必须重算。
原来区块头包含一个难度系数difficulty这个值决定了计算 Hash 的难度。举例来说第100000个区块的难度系数是 14484.16236122。 区块链协议规定使用一个常量除以难度系数可以得到目标值target。显然难度系数越大目标值就越小。 Hash 的有效性跟目标值密切相关只有小于目标值的 Hash 才是有效的否则 Hash 无效必须重算。由于目标值非常小Hash 小于该值的机会极其渺茫可能计算10亿次才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。
区块头里面还有一个 Nonce 值记录了 Hash 重算的次数。第 100000 个区块的 Nonce 值是274148111即计算了 2.74 亿次才得到了一个有效的 Hash该区块才能加入区块链。
七、难度系数的动态调节
就算采矿很难但也没法保证正好十分钟产出一个区块有时一分钟就算出来了有时几个小时可能也没结果。总体来看随着硬件设备的提升以及矿机的数量增长计算速度一定会越来越快。
为了将产出速率恒定在十分钟中本聪还设计了难度系数的动态调节机制。他规定难度系数每两周2016个区块调整一次。如果这两周里面区块的平均生成速度是9分钟就意味着比法定速度快了10%因此难度系数就要调高10%如果平均生成速度是11分钟就意味着比法定速度慢了10%因此难度系数就要调低10%。
难度系数越调越高目标值越来越小导致了采矿越来越难。
八、区块链的分叉
即使区块链是可靠的现在还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说同时有两个区块加入因为它们都连着前一个区块就形成了分叉。这时应该采纳哪一个区块呢 现在的规则是新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉将看哪个分支在分叉点后面先达到6个新区块称为六次确认。按照10分钟一个区块计算一小时就可以确认。 由于新区块的生成速度由计算能力决定所以这条规则就是说拥有大多数计算能力的那条分支就是正宗的比特链。
九、总结
区块链作为无人管理的分布式数据库从2009年开始已经运行了8年没有出现大的问题。这证明它是可行的。
但是为了保证数据的可靠性区块链也有自己的代价。一是效率数据写入区块链最少要等待十分钟所有节点都同步数据则需要更多的时间二是能耗区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算这是非常耗费能源的。
因此区块链的适用场景其实非常有限。 不存在所有成员都信任的管理当局写入的数据不要求实时使用挖矿的收益能够弥补本身的成本如果无法满足上述的条件那么传统的数据库是更好的解决方案。 目前区块链最大的应用场景可能也是唯一的应用场景就是以比特币为代表的加密货币。下一篇文章我将会介绍比特币的入门知识。
十、参考链接
How does blockchain really work?, by Sean HanBitcoin mining the hard way: the algorithms, protocols, and bytes, by Ken Shirriff
