相信昨晚突如其来的区块链新闻让很多人都惊呆了。
10月24日下午，中共中央政治局召开第十八次集体学习会，研究区块链技术发展现状和趋势。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，区块链技术集成应用在新技术创新和产业变革中发挥重要作用。要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入，着力攻克一批关键核心技术，加快区块链技术和产业创新发展。
公众号：人民日报习近平：把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口
有读者可能会有疑问，“区块链”到底是什么？为何如此受重视？今天小编就带大家来详细了解一下。
简介首先，区块链是一种电子数据存储方式。数据以块的形式出现。想象一下有许多块存储数字数据。这些块链接在一起，赋予它们内部数据的不变性。当一个数据块链接到这条链上时，它的内部数据就不能再被改变。一旦一个区块被添加到链上，其中的数据对任何人都是公开可见的。这项技术极具创新性，几乎可以用来记录我们能想到的任何数据（例如产权、身份、余额、医疗记录等），而不存在篡改记录的风险。假设我买了一套房子，拍了产权证的照片，上传到区块链上。我可以证明那一刻我拥有该房产。换句话说，区块链是一种存储数据并保证数据不被篡改的方法。这听起来不错，但出现的问题是：我们如何实施这样的技术？
（校对注：说得挑剔一点，这个说法并不是无可挑剔，但暂时可以这样记住。）
第一级—— 交易数据好吧，我们以比特币区块链为例。比特币区块链是现有最古老的区块链。在比特币区块链上，每个区块的大小约为1 MB。截至撰写本文之日，该链上已积累了525,000 个区块，链上存储的数据总量约为525,000 MB。 （校对注：其实离525,000MB还很远，因为早期很多块都没有填满1MB。）
只有比特币交易数据存储在比特币区块链上。它就像一个庞大的交易记录库，可以追溯到第一笔比特币交易。在本文中，我们假设有一个存储交易数据的区块链，例如比特币区块链。
二阶—— 个（通过哈希）链接的块想象一下存储交易数据的三个块（如图1 所示）。
这三个区块中存储了一些交易数据。没什么特别的。就像三个独立的word文档，分别描述了交易内容和余额变化。文档1将从第一笔交易开始按时间顺序记录，直到数据大小达到1MB，后续交易将记录在文档2中，直到数据大小达到1MB，以此类推。这些文件是数据块。它们一一链接（链接）在一起。为此，每个块都会根据其内部数据字符串生成一个特殊的（数字）签名。如果该区块中的任何数据发生变化，即使只有一个数字发生变化，该区块的签名也会发生变化。这是如何实现的？有关更多信息，请阅读第三步中的哈希部分。
（校对注：如上所述，实际情况中并非所有区块都接近区块大小的上限。实际数据大小取决于打包区块并上链的矿工记录的交易数量）他们不会等到有1MB 的交易数据才开始（参见下面的实际情况）。
假设区块1中记录了两笔交易，即交易1和交易2，这两笔交易的总数据量达到1MB（实际上一个区块所包含的交易数量远不止这个）。将根据该块中的数据字符串生成签名。假设这个签名是“X32”。如下图：
请记住，如果存储在块1 中的数据仅更改一个数字，您将获得完全不同的签名！只需将块1 的签名添加到块2 上，就可以将块1 的数据与块2 关联起来。块1 的签名也包含在块2 的数据串中，因此该签名与块2 中的其他数据一样，成为数据基础用于区块2的签名。如下图：
正是这些签名将区块链接在一起形成区块链。现在添加区块3，整个链如下图：
现在，假设块1 中的数据已更改。假设达米安和乔治之间的交易发生了变化。 Damian 向George 发送了500 个比特币，而不是100 个。由于区块1 中的数据字符串发生了变化，因此其签名也相应发生了变化。更改数据后，块1的签名不再是“X32”，而是变成“W10”，如下图所示：
-请访问r/BlockchainSchool查看更多区块链科普知识-
结果，块1的新签名“W10”与先前添加到块2的数据串中的旧签名“X32”冲突。块1和块2之间的链接被破坏。链上的其他用户会知道区块1中的数据已被更改。为了保持区块链的不变性，其他用户将拒绝同步改变的交易信息，仍然保持原始交易记录（即Damian发送100 BTC给George）不变，整个链保持完整。这意味着，为了在不留下任何痕迹的情况下篡改交易，区块2数据串中区块1的旧签名必须替换为新签名。然而，一旦区块2中的数据串发生变化，区块2的签名也会发生变化。假设块2的签名从“9BZ”变为“PP4”。然后块2 和块3 之间的链接就断开了！
区块链上的区块对每个人都是可见的。因此，如果篡改者真的想不留痕迹地篡改交易，就必须保证篡改后的区块仍然是连通的（否则人们很容易发现哪个区块没有与其他区块相连，进而判断哪个区块未连接到其他块）。该块已被修改）。换句话说，更改一个块需要为所有后续块计算新的签名。可以说这几乎是不可能的，但要了解原因，请参见下文。
第三阶段——生成签名（哈希值）。那么，我们以区块1为例，再画一张示意图。假设区块1只记录一笔交易，即Thomas向David发送了100 BTC。需要根据该数据串生成签名。在区块链上，该签名是通过加密哈希函数生成的。加密哈希函数是一个极其复杂的数学公式：将任何数据字符串插入公式中都会产生唯一的64 位输出值。例如，您可以将单词“Jinglebells”插入此哈希函数（哈希函数有多种类型，这只是一个示例），输出将是：
761A7DD9CAFE34C7CDE6C1270E17F773025A61E511A56F700D415F0D3E199868
如果仅更改此输入中的一个字符，包括更改大小写或添加空格或标点符号，您将得到完全不同的输出。如果在此输入后添加一个句点以变为“Jinglebells.”，则生成的输出将变为：
B9B324E2F987CDE8819C051327966DD4071ED72D998E0019981040958FEC291B
如果我们删除句点，我们仍然得到与之前相同的输入：
761A7DD9CAFE34C7CDE6C1270E17F773025A61E511A56F700D415F0D3E199868
对于同一个加密哈希函数，相同的输入一定会得到相同的输出，不同的输入一定会得到不同的输出。比特币区块链使用哈希函数来生成区块签名。区块中的数据作为输入，输出是区块的签名。我们看一下区块1 的图，它只包含一笔交易（Thomas 向David 发送了100 BTC）。
假设块1中的数据串如下：
第1 区托马斯-100 大卫+100
将此数据字符串输入哈希函数，您得到的输出（签名）如下所示：
BAB5924FC47BBA57F4615230DDBC5675A81AB29E2E0FF85D0C0AD1C1ACA05BFF
这个签名会被添加到区块2中。假设现在David转账100个BTC给Jimi，这笔交易包含在区块2中。则如下图所示：
块2的数据串如下：
2座大卫-100吉米+100 BAB5924FC47BBA57F4615230DDBC5675A81AB29E2E0FF85D0C0AD1C1ACA05BFF
将此数据字符串输入哈希函数，您得到的输出（签名）如下所示：
25D8BE2650D7BC095D3712B14136608E096F060E32CEC7322D22E82EA526A3E5
这是区块2的签名。每个区块通过这个加密哈希函数生成一个数字签名。哈希函数有多种类型，比特币区块链使用SHA-256 哈希算法。
但是，（仅靠上述措施显然是不够的）如果有人想篡改区块中的数据，TA可以在篡改后生成新的签名，塞到下一个区块中，然后逐块生成新的签名。这些变化后续的区块仍然形成一条链，其他人无法看出数据已经改变。如何预防这种情况呢？
答案是，只有满足一定要求的哈希值（签名）才会被区块链接受。这是第四关介绍的挖矿。
4 级—— 什么是合格签名？谁签署区块？并非所有签名都符合要求。区块链协议会预先确定一些要求。例如，在比特币区块链上，只有以连续零开头的数字签名对应的区块才能上链。例如，只有数字签名以不少于10个连续零开头，才能将相应的区块上链。
但从第三节可以看出，每个数据串对应的哈希值是唯一的。如果块的签名（哈希）以少于10 个零开头怎么办？为了获得合格的块签名，需要反复改变输入数据串，直到生成以10个连续0开头的签名。然而，由于交易数据和元数据（区块号、时间戳等）需要保持完整（否则意义就会改变），因此每个区块中都会添加特定长度的可更改的数据。当人们想要向链上添加一个区块时，人们可以不断改变这个数据，直到找到一个合格的签名，然后确定这个数据的具体值。该数据是块的随机数。 nonce不是预先确定的数据，而是根据实际需要找到的一串完全随机的数字（注：图中显示的其他数据可以由任意字符组成，而nonce只能由数字组成）。
综上所述，区块包含：1）交易数据； 2）前一个区块的签名； 3）随机数。这种反复更改随机数、对区块数据进行哈希处理并找到合格签名的过程称为挖矿，这就是矿工所做的。矿工投入大量电力，转化为算力，不断替代随机数进行哈希运算，直到找到合格的签名（输出）。矿工手中的算力越多，哈希运算的速度就越快，首先找到合格签名的可能性就越高。这是一个试错的过程，如下图：
-注意：nonce必须是数字（详细请阅读r/BlockchainSchool上的解释）-
区块链网络上的任何用户都可以通过下载并启动挖矿软件来参与挖矿，该软件实际上使用他们的硬件计算能力来计算区块的随机数。以比特币区块链上的区块#521,477为例：
-来自区块链浏览器blockchain.com –
可以看出，该块的哈希（签名）和前一个块的哈希都以相同数量的零开头。找到这样的哈希值并不容易，需要大量的计算能力和时间，或者需要很大的运气。是的，有时幸运的矿工可以在几分钟内计算出合格的签名，并且花费很少的计算能力。区块#523034 是一个极其罕见的例子。一个算力很少的小矿工很快就找到了合格的签名，而其他矿工加起来的算力是他的7万亿倍。相比之下，强力球彩票中奖的几率是2.92亿分之一，而这位幸运儿中奖的几率是中奖的1/24,000。
不要低估这些零。本节的要点是找到合格的签名很困难。
第五级——区块链的不变性是如何实现的？正如第三级中提到的，更改一个区块会导致其签名发生变化，并与后续区块中记录的签名不一致，从而断开与后续区块的链接。为了让网络中的其他参与者接受更改后的块，必须将其重新链接到后续块。换句话说，如果一个区块的签名发生变化，那么它后面的所有区块的签名也必须发生变化，才能让其他人认为这是一条一致的链。
你还记得什么吗？
正如第4节所述，签名必须符合要求！尽管更改所有区块的签名似乎可行，但其成本非常高且耗时，因此被认为是不可能的，原因如下：
假设某个矿工恶意篡改了某个区块中的交易，然后根据哈希运算为该区块及其后面的所有区块生成了新的签名，以便网络中的其他参与者可以接受。交易被篡改。问题在于网络中的其他矿工也在不断计算原始链上新区块的签名。当新区块添加到链中时，恶意矿工必须重新计算这些区块的签名。他必须确保所有区块都链接在一起，包括不断添加到链中的新区块。除非这个矿工比网络中的其他矿工拥有更多的计算能力，否则他将永远无法赶上其他矿工。
（校对注：这一段的实际意思是，只要矿工在他们看到的最长的区块链上挖矿，随着时间的推移，所有算力都会自然地汇聚到一条主链上，而攻击者只能创建一条比这条主链更长的链当前的主链能够成功改变大家都同意的交易记录，这种始终使用最长链作为主链（有效链）的原则就是所谓的“最长链规则”，这就是中本聪共识机制。 ）。另外，并非所有区块链都采用中本聪共识）。
现在有数百万用户在比特币区块链上挖矿，因此可以推断，恶意参与者或实体不可能拥有比整个网络剩余算力更多的算力。这意味着网络中的其他参与者不可能接受对区块链的任何修改，从而实现了区块链的不变性。数据一旦添加到区块链中，就无法修改。
只有一个例外，那就是恶意参与者的算力确实超过了整个网络中其他人算力的总和。理论上来说，这种情况下篡改区块链是有可能的（即改变大家都认可的历史记录）。这被称为51% 攻击（我写了另一篇文章解释了这种情况），许多区块链过去都遭受过这种攻击。
（校对注：到目前为止，遭受过51%攻击的著名区块链包括bitGold、Verge、Ethereum Classic。）
事实上，对比特币区块链发起51%攻击的好处远不及攻击的高昂成本。为了获得足够的算力，除了要承担硬件、散热设备和存储空间的成本之外，还要承担被诟病的风险。更重要的是，会对被攻击的区块链生态系统造成极大的破坏。如果伤害较大，攻击所获得的收益也会大幅贬值。 51%攻击实际上是利用自己的力量对抗区块链上的其他用户。这就是为什么参与挖矿的用户越多，整个链的安全性就越高。
恭喜你，你已经达到了另一个层次！现在您应该明白为什么（大型）区块链被认为是不可变的。但现在一个非常重要的问题出现了：如何防止矿工将伪造的交易数据添加到区块链上？从技术上来说这是不可能的。区块链交易的详细解释可以在这篇文章中找到。
（校对注：只有私钥的拥有者才能花费对应地址中的资金，而矿工并不知道你的私钥。其他人只能用你的公钥来验证一笔交易是否是你发起的。所以伪造交易不可行）
Level 6 —— 如何治理区块链？规则由谁决定？ ……区块链协议自动将最长链上的交易记录作为代表绝大多数参与者的交易记录。构建最长的链需要整个网络的大部分计算能力。被篡改的区块与最长链断开，因此会被全网绝大多数节点自动拒绝。
在比特币区块链上，所有交易历史记录和钱包余额都是公开可见的（blockchain.info）。任何人都可以查看自第一笔交易（2009 年1 月3 日）以来任何钱包或所有交易的余额。虽然任何人都可以查看钱包余额，但这些钱包的所有者大多不为人所知。例如，在撰写本文时，持有69,000 个比特币的钱包价值约为5 亿美元。该钱包于2015年4月使用过一次，此后就没有用于交易。
（校对注：这部分实际上并没有回答“谁决定规则”的问题，而只是粗略地解释了“根据现有规则，这个技术是可以实现的”。公链治理是一个复杂的问题，超出了本篇的范围文章需要解释）。
7 级—— 这对加密货币意味着什么？加密货币本质上是比特币的变体。大多数加密货币都是根据自己的区块链协议构建的，并遵循与比特币不同的规则。比特币应该被归类为一种货币，这意味着它显然具有货币的功能。门罗币也是一种具有相同功能的加密货币，但其区块链协议还添加了一些规则来增强隐私（使交易更难以追踪）。
然而，使用区块链发行的资产可以被赋予许多不同的用途，这是由发行者决定的。通过这种方式发行的资产通常被称为“代币”。这些代币可以赋予其所有者一定的权利，例如社交媒体渠道、水和电等。所有这些资产交易都记录在不同的区块链上，并且可以通过像币安这样的交易所进行在线交易。
代币实际上是一种新型的互联网货币，可能会影响一些行业。一个典型的例子是股票市场。未来，公司股份等产权很可能以代币的形式存储在区块链上。区块链不仅限于以代币形式表示物理价值，还可以安全地记录医疗记录、身份、历史记录、税务记录等数据。
原文链接： https://blog.goodaudience.com/blockchain-for-beginners-what-is-blockchain-519db8c6677a
作者： 吉米S.
翻译校对： 敏敏阿健
来源：以太坊爱好
编辑：贝
