OPTI:一篇文章带你了解区块链的工作原理与流程

区块链这段时间相当热门，新闻媒体大量的报道，宣称它将创造未来，但啥是区块链？它是如何工作，有何特别之处，能解决什么问题，又如何使用呢？今天我们就来尝试，做一个最好懂的区块链教程，希望你看完这篇文章，不仅可以理解区块链，还会明白什么是挖矿，为什么挖矿会越来越难的问题。

区块链是什么，正如其名字所示，区块链是一串包含着信息的数据块，它是一种特殊的分布式数据库，这项技术最早由一组研究人员于1991年提出，用来给数字文档打上时间戳记，以确保人们不能回溯或篡改时间，就像一个公证人。首先区块链主要是用来存储信息，就像存储你的聊天记录一样，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，加入区块链的网络，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或者读取数据，因为所有的节点最终都会同步，保证区块链的一致性。

举个栗子，我们常用的某信就是中心化的服务器，某讯的主机就是中心节点，大家所有的聊天内容，都是通过他们的节点在发送给你想发送的人，然后聊天记录会保存在他们的服务器上，如果使用区块链，你的信息可能发送给任何一个节点，然后进行全网节点同步，这样所有的机电就都是一个数据库，其次你的电脑也可以安装程序成为一个节点，通过加密后，保存所有人的聊天记录，和某讯的服务器，拥有一样的权限和级别。

DeFi资管平台Yield App与英国支付网关Volt达成合作:5月16日消息，DeFi资管平台Yield App宣布与英国实时支付网关公司Volt达成合作，集成了Volt的泛欧开放银行解决方案，打通英镑和欧元入口，Yield App客户能够直接通过银行即时购买加密货币。（thepaypers）[2023/5/16 15:06:54]

其实，分布式数据库并非新的发明，市场上早有此类产品，但是区块链有一个革命性的特点，区块链没有管理员，它是彻底的无中心的，其它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，也是实现不了的，因为它的设计目标就是为了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，一旦被大公司大集团掌控了管理权，他们就会控制整个平台，其他使用者就必须听命于他们，但是，没有理管理员，人人都可以往里面写入数据，怎样才能保证数据是可信的呢，被坏人改了怎么办呢，区块链有一个区块组，区块很像数据库的记载，每次写入数据就是创建一个区块，每个区块包含了两个部分，区块头和区块体，区块头记录当前区块的特征值，区块提记录当前的实际数据，区块头包含了当前区块的多项特征值，生成时间、实际数据的哈希、上一个区块的哈希等等。

数据：LayerZero在4月份已完成545万笔交易，环比增长约810%:金色财经报道，据/img/2022812170146/1.jpg" />

试想一下，你刚同步了一个区块，准备基于它生成下一个区块，但这个时候别的节点又有了新的区块产生，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故意让添加新区块化变得困难，它的设计是平均每十分钟全网才能产生一个新的区块，一小时也只产生六个而已，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。也就是说只有通过这些大量的计算，才能得到当前区块的有效哈希，从而把新区快添加到区块链，由于计算量太大，所以快不起来，这个过程叫做采矿，也叫做挖矿。

Waves链上总锁仓量近17亿美元，24小时增长5.79%:6月2日消息，据DefiLlama数据显示，公链Waves总锁仓量近17亿美元，24小时增长5.79%。此外，WAVES Token达9.26美元，24小时涨幅12%。

此前报道，公链Waves已于5越27日推出“Waves DeFi 复兴计划”，旨在使所有Waves协议用户避免损失，并恢复其生态系统中DeFi协议的全部功能。[2022/6/2 3:57:32]

因为计算有效哈希的难度，好比在全世界的沙子里面找到一粒符合条件的沙子，计算哈希的机器叫做矿机，操作矿机的人叫做矿工，读到这里你可能还会有一个疑问，人们都说采矿好困难，可是采矿不就是用计算机，来计算出一个个哈希吗，这正是计算机的强项啊，怎么会变得困难呢。迟迟算不出开，原来不是任意一个哈希都可以，只有满足条件的哈希才会被区块链所接纳，这个条件特别的苛刻，使得绝大部分哈希都不能够满足要求，必须重算。

原来，哈希头包含一个难度系数，这个值决定了计算哈希的难度，举例来说，第十万个区块的难度系数是14000，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。显然，难度系数越大，目标值越小，哈希的有效性跟目标值密切相关，只有小于目标值的哈希才是有效的，否则哈希无效，必须重算，由于目标值非常小，哈希小于该值的机会极其渺茫，可能计算十亿次才能中一次，这就是采矿如此之慢的原因。

刚才说过，当前区块的哈希由区块头，唯一决定，如果要对同一个区块反复计算哈希，就意味着区块头必须不停的变化，否则不可能算出不一样的哈希，区块头里面所有的特征值都是固定的，为了让区块头产生变化，中本聪故意增加了一个随机项，叫做“Nonce” Nonce 是一个随机值，矿工的作用其实就是猜出 Nonce 的值，使得区块头的哈希可以小于目标值，从而能够写入区块链， Nonce 是非常难猜的，目前只能通过穷举的方法一个一个试错。

根据协议， Nonce 是一个32位的二进制，最大可以到2147亿，第十万个区块的 Nonce 是2.74亿，可以理解成矿工从零开始一直计算了274亿次，才得到了一个有效的 Nonce 值，使得算出的哈希能够满足条件，运气好的话也许一会就找到了 Nonce ，运气不好的话，可能算完了2147亿都没有办法发现 Nonce ，及当前趋话题不可能算出满足条件的哈希，这时协议允许矿工改变区块体，开始新的计算。

正如刚才所说，采矿具有随机性没法保证正好十分钟产出一个区块，有时一分钟就算出来，有时几个小时也没有结果。总体来说，随着硬件设备的提升，以及矿机量增长，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以及动态调整机制，它规定难度系数每两周调整一次，如果这两周里面区块的平均生成速度是九分钟，就意味着这比预定速度快了10%，因此，接下来的难度系数就要调高10%，如果平均速度升成是11分钟，就意味着与预定速度慢了10%，因此，接下来难度系数就要降低10%，难度系数越调越高，目标值越来越小，导致了采矿越来越困难，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，因为他们都连接着前一个区块，就形成了分叉，这时应该采用哪一个区块呢，现在的规则是新节点总是采用最长的那条链，如果区块链有分叉，将看哪一个分支，在分叉点后面先打到六个区块，称之为六次确认，按照十分钟一个区块计算，一小时就可以完成。

由于新区快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，就是正宗的区块链，区块链作为无人管理的分布式数据库。从2009年已经运行了11年，没有出现过大的问题，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，1.效率问题，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，2.耗能问题，区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算，这是非常浪费能源的，因此，区块链的适用场景其实有限，不存在所有成员都信任管理的当局，写入的数据不需要实时使用，挖矿的收益能够弥补本身的成本，如果无法满足上述的两个条件，那么传统的数据库将是更好的解决方案。

目前区块链最大的应用场景就是以比特币为代表的加密货币，去中心化金融和通信等行业也在快速的发展。

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