区块链技术：初学者指南

区块链技术对大多数人来说仍然是个谜。 有些人觉得很刺激，有些人觉得很吓人，还有一些人对此一无所知

我明白这一点，因为它仍处于早期开发阶段，还有很多东西需要学习和实施。

本文旨在向您介绍区块链技术的基础知识、其工作原理及其应用。

对于初学者来说，想象一下如果您可以在几分钟内将钱寄给千里之外的家人，而无需支付高额的银行手续费，生活会变得多么轻松。

现在，考虑完全控制您的资金而无需银行的任何许可即可查看或转移资金。 你可以在没有银行监管的情况下将钱以数字方式存储在钱包中。

所有这些都不是梦想； 它们可以通过提供许多功能和优势的区块链实现。 这就是为什么人们有兴趣学习区块链并拥抱它的原因。 据估计，到 2022 年，企业对区块链的投资可能达到 124 亿美元。

但区块链到底是什么？

让我们找出答案！

什么是区块链技术？

区块链是一种不可变（不可更改）和共享的数字分类账，可在计算机网络的多个位置存储记录或交易。 在这里，每个经过验证的交易都被添加到一个称为块的空间中，该块在密码学的帮助下与其他后续块链接，形成一条链。

如果这个定义让您摸不着头脑，那么让我们用更简单的术语来理解区块链技术。

区块链是一种以电子方式在计算机上存储数据（记录）的数据库。

块 = 包含记录的空间

Chain = 连接记录的链接

因此，包含记录的链接块链称为区块链。

所有的区块链都是数据库，但不是所有的数据库都是区块链。 数据库和区块链之间的区别在于它们存储数据的方式。

区块链与数据库

数据库收集大量信息并将其以表格格式排列，以允许用户轻松地同时修改数据。 此外，更广泛的数据库使用具有强大计算机的服务器来容纳海量数据并执行计算。 公司或个人通常拥有一个数据库； 因此，他们控制和管理其访问权限。

另一方面，区块链以特定存储容量的组或块收集数据。 当一个区块的容量被填满时，它会附加到另一个区块，形成一条链。 随后的新添加块之后的所有新记录都被编译到新块中。

与传统数据库不同，区块链没有单一所有者； 相反，每个人都可以在获得许可的情况下访问它。 这就是为什么它也被称为去中心化系统，因为没有中央集线器来控制区块链。 同样，区块链技术被称为分布式账本技术（DLT） 。 它是一个分布式记录分类账，允许用户在没有中央授权的情况下共享数据或执行点对点交易。

区块链技术是由一个不知名的实体——中本聪（2008 年的一个人或一群人）发明的，作为一种公共的比特币交易账本。 它旨在为数字文档加上时间戳，并确保没有人可以篡改它。 它有助于解决与双重记录相关的问题，并在不涉及政府或银行等第三方中介的情况下进行资产安全交易。

该技术在互联网上运行，包括不同的部分，如数据库、连接的计算机或节点、软件应用程序等。

示例：一家公司可以在其簿记中利用区块链技术来记录所有交易。 簿记涉及交易的复式记账，这些交易可能会混淆并且难以被其他方验证记录。 这些记录也很容易被篡改，例如编辑、删除或添加新记录； 因此，它们可能不准确。

这就是区块链可以通过在密码学的帮助下保护交易来帮助他们的地方。 它提供了一种以块的形式存储交易的防篡改方式。

区块链的组成部分是什么？

区块链架构包括多个层，例如基础设施或硬件、数据、网络（如节点）、验证、信息分发和应用程序。 让我们了解它的一些组件。

堵塞

如上所述，区块链是指包含数据或记录的不同区块链。 每个区块中的数据基于区块链的种类。 例如，银行区块链将包含包含帐号、账户持有人姓名、分行名称等信息的区块。

区块链中的第一个块称为创世块，所有块都包含经过编码和哈希处理的有效记录。 每个区块都有自己的加密哈希和同一区块链中前一个区块的加密哈希，将它们链接起来形成一条链。 此迭代过程使用数字签名验证先前块的完整性。

哈希

哈希就像是每个区块唯一的指纹。 它是一种使用数学函数创建的代码，可将数字数据转换为一长串字母和数字。 这个 64 位十六进制数标识每个块及其内容，一旦创建，块中的任何修改都会更改哈希值。 区块链技术使用安全哈希算法 (SHA) 256 哈希，对于检测交易中的任何更改非常有用。 它还使其安全，因为所有块都包含前一个块的哈希值。

因此，如果攻击者更改了块中的数据，则其哈希值会发生变化，而下一个块仍具有受损块的旧哈希值。 因此，所有后续块都变得无效，可以轻松跟踪。

资产

资产可以是有形的或无形的。 有形资产是土地、房屋、设备等实物，而无形资产是知识产权合同、版权、专利等非实物。有趣的是，金钱既可以是有形的，也可以是无形的。

分布式对等 (P2P) 网络

区块链中的每笔交易都在分布式对等 (P2P) 网络中进行，该网络没有中央权限来控制数据。 它允许每个人（有访问权限）加入区块链，每台添加到网络的计算机都是一个节点。

因此，当用户创建一个新块时，它会发送给网络上的每个用户，每个节点都必须验证这个新块以确保没有人更改过它。 验证完成后，每个节点开始将新块直接添加到其区块链中。

网络中存在的所有节点达成共识，确认块的有效性并拒绝被篡改的块。

区块链的类型

区块链有不同的类型，用户根据其类型将这项技术用于许多用例。 因此，不同类型的区块链是：

公共区块链

区块链促进了一个分散的、开放的多台计算机网络，任何人都可以访问该网络来请求或验证交易的准确性。 它允许用户创建新块、访问区块链中的所有块并验证数据。

由于它们是开放的并且需要出色的安全性，因此它们使用权益证明或工作证明等概念。 验证交易的区块矿工将获得经济奖励。 公共区块链主要用于挖掘和交换加密货币。

示例：比特币、莱特币和以太坊区块链。

私人区块链

私有区块链由决定谁可以访问区块链、添加为节点并验证记录的个人或组织集中管理。 与公共区块链不同，私有区块链不开放并提供访问限制。 如果任何人想加入私有区块链，他们必须获得管理员的许可。

示例：B2B 虚拟货币交易所，如 Hyperledger。

联盟区块链

一组公司或组织管理这些许可的区块链，而不是一个人。 它们比私有区块链更分散，享有更多安全性。 它允许有限的访问，当前的节点决定共识过程。

此外，它构成验证者节点来发起、接收和验证交易，而成员节点有权发起或接受交易。 在这里，用户可以以更高的效率和可扩展性将数字资产从一个区块链转移到另一个区块链。

示例：联盟区块链用于支付和银行业务，例如 Quorum 和 Corda。

混合区块链

混合区块链结合了私有和公共区块链的属性。 它们可以是中心化的或去中心化的，并允许组织建立一个基于许可的私有区块链和一个公共区块链。 因此，组织可以控制区块链中的数据访问以及公开访问哪些数据。

示例：用于房地产和零售行业，例如 IBM Food Trust。

区块链交易如何运作？

这是区块链中典型交易的发生方式：

第一步：交易请求

首先，个人请求涉及房地产、银行、加密货币、记录、合同等的交易。

第二步：分发

请求的交易通过遍布全球的节点在点对点网络中广播。

第 3 步：验证

网络中的节点使用算法和求解复杂方程来验证交易。 如果他们发现交易合法，则将记录输入块内。

第 4 步：将块添加到区块链

交易完成后，新创建的区块将通过密码学和加密与前一个区块链接起来。 它有一个哈希码，并包含前一个块的哈希码。 一旦这个块填满了它分配的空间，下一个块就开始填充并附加到前一个块； 因此形成了一条长长的交易链。 这对区块链中的每个人都是不可变和透明的。

区块链如何保障交易安全？

区块链有多种技术来确保交易的安全，例如密码学、散列、工作量证明等。一些安全技术如下：

不变性

区块链中的不变性意味着没有人可以操纵输入到区块链中的数据。 这是因为每个块都有一个唯一的哈希码和另一个引用前一个块的哈希码。 加密哈希码不是反向工程的。 如果交易数据有误，您可以输入新的记录进行更正。 在这种情况下，它将同时显示这两条记录。 因此，不可能出现错误或重复输入。

时间结构

区块链中的每个区块都按时间顺序和线性顺序存储，这意味着它们始终附加在区块链的末尾。 每个块都有一个哈希值和前一个块的哈希值。 在可能包含数千个块的整个区块链中都遵循这种方式。 因此，一路撤退以更改记录具有挑战性。

即使有人设法改变了一个区块，他们也必须为所有其他区块做同样的事情，这需要相当大的努力、资源、计算能力和时间。 这使用户有时间验证该块并确定它是否已被破坏。 这种黑客攻击的成本可能高得令人望而却步，而且大多数时候是徒劳的。

工作量证明 (PoW)

尽管散列是减轻篡改的极好方法，但攻击者仍然可以使用强大的计算机来破解区块链以更改块并重新计算后续块，并使整个区块链有效。

为了解决这个问题，区块链使用工作量证明，这是一种减缓新块创建的机制。 这是一项复杂的计算，需要付出一些努力才能解决。 而且解决问题的时间也比验证结果的时间长。 因此，计算工作量证明和添加新块变得比更改块和它之后的其余块更具挑战性。 这就是工作证明如何使区块链安全。

很多时候，人们混淆了 PoW 和 PoS，所以很快就理解了。

股权证明（PoS）

股权证明使用加密算法来验证交易。 例如，在挖矿中，验证是由选定的验证者根据他们占用的硬币数量来完成的，这被称为他们的股份。

用户在技术上不是挖矿或获得奖励而是伪造区块。 参与者在这个过程中获得硬币，并且拥有更多权益的人具有更大的挖矿能力。 这增加了他们被选为验证者的机会。

区块链的优点和局限性

优点

区块链的好处是：

准确性

所有交易都由区块链网络上的数千个节点验证。 它功能强大，足以消除错误并提供更高的数据准确性。 即使出现错误，其他计算机也能迅速发现。 如果这个错误占上风，网络中至少 51% 的计算机将不得不犯同样的错误，这几乎是不可能的，尤其是当涉及像比特币这样的大规模区块链时。

权力下放

没有中央集线器控制或管理区块链； 相反，它是去中心化的。 这意味着一个由数千台计算机组成的网络可以访问它，而没有一个人或组织来管理它。 区块链中的任何更改都会立即反映到每个节点上，并获得网络中的许可。

成本效益

区块链不涉及任何第三方批准交易及其处理成本。 例如，银行或支付处理商收取少量费用来处理交易。 因此，使用比特币等区块链技术进行支付交易的企业可以节省大量成本。

速度

传统的银行系统需要很长时间来处理付款，从付款开始到金额反映在您的账户上。 此外，金融机构只能在其指定的营业时间和日期营业。 因此，可能需要几天时间才能最终将金额反映在您的银行中。 另一方面，区块链势不可挡。 它是 24/7/365 活跃的，交易可能需要几分钟才能完成。 这对国际支付也非常有利。

不变性

由于可靠的加密机制、密码哈希和块的时间顺序链接，所有记录在区块链上都是不可变或不可更改的。 因此，无法修改或删除数据。

安全

将交易添加到区块链后，成千上万台强大的计算机会在将记录添加到区块之前验证记录的真实性。 区块链技术使用复杂的计算和算法进行验证，并为每个块分配一个唯一的哈希值以进行识别。

即使攻击者更改了某些内容，它也会立即对所有节点可见，从而可以识别错误并使块无效并使块跟随它。 因此，它提供了高级别的安全性。

透明度

由于没有中央权威，大多数区块链，如公共区块链，都是开源软件。 它允许每个人访问代码和审计员审查安全性。 网络中的任何人都可以提出升级或更改的建议，如果大多数用户同意，则可以接受。 这样，区块链提供了比传统系统更高的透明度。 此外，您还可以保持匿名以保护您的隐私。

限制

非法活动

尽管为用户提供了安全和隐私，但区块链还是吸引了大量的非法活动和交易。 有许多与基于区块链的货币和服务相关的盗窃和违规案例。

环境问题

比特币等区块链网络消耗大量电力来挖掘和验证交易，这会影响环境。

可扩展性问题

尽管区块链比传统金融机构更快，但可扩展性仍然是一个问题。 它们很难在全球范围内扩展，并且这样做可能会导致效率低下。 然而，最近出现了新的发展以提高可扩展性，例如以太坊的创新第 2 层 (L2)。

然而，许多人仍然认为区块链的优点掩盖了缺点，因此，区块链在全球范围内的各种应用程序和行业中得到越来越多的采用。

区块链与比特币

关于区块链存在很多混淆和误解。 许多人将区块链与比特币混淆，认为它们是一样的。

好吧，他们绝对不一样！

区块链是一种技术，而比特币是区块链的一种应用。 区块链允许记录和分发数据，但不允许编辑，从而确保比特币和其他金融科技服务的安全。

谈到比特币，它是一种基于区块链技术的数字货币（cryptocurrency）。 它是一个没有第三方或管理机构的点对点系统，并使用区块链来存储交易（或支付）的分类账。 目前，挖掘比特币和管理交易是在网络中集体完成的。

世界上最大的加密货币比特币 (BTC) 拥有一个公开的开源分类账。 它允许您在不涉及银行或向他们支付费用的情况下发送和接收比特币付款。

区块链的用途

区块链现在正在各个垂直行业中传播，为他们提供安全、透明、隐私等方面的好处。 已经采用区块链的领先公司有 IBM、西门子、沃尔玛等。

让我们看看区块链的一些用途。

加密货币

比特币并不是唯一的加密货币。 加密货币是使用强加密技术将交易记录安全地存储在账本（区块链）中的数字货币。 中央机构不发行它，它的控制是分散的。

除了比特币之外，还有许多其他加密货币，例如以太坊 (ETH)、莱特币 (LTC)、Namecoin (NME)、狗狗币 (DOGE)、Ripple (XRP)、TRON (TRX) 等。

智能合约

智能合约是基于区块链的数字拟议合约。 它们可以在不涉及人际互动的情况下强制执行或执行。 它消除了两个缔约方之间的中间人的需要； 区块链会处理它。 因此，它提供了交易自动化并减少了各方之间的摩擦。

银行和金融

由于交易速度更快和成本更低，瑞银等一些银行对实施区块链很感兴趣。 此外，各种股票的代币化正在发生，新的金融服务如首次代币发行 (ICO) 和证券代币发行 (STO) 也正在浮出水面。 这些服务可以帮助将房地产等有形资产代币化。

供应链

区块链正在供应链领域实施，例如食品供应、家具、软件开发和开采钻石等贵重商品。

卫生保健

据《华尔街日报》报道，安永正在使用区块链帮助政府、航空公司、雇主和其他机构追踪对冠状病毒免疫的人和接受过抗体测试的人。 中国还使用区块链来加速健康保险交易。

其他用途：区块链还用于视频游戏，如 CryptoKitties、P2P 能源交易、域名以及文件、货运和产品的验证。

区块链的历史

区块链是一项新技术，但这个概念的某些元素已经存在了很长时间。 某些值得注意的事件导致了区块链技术的基础。 让我们简要了解一下此类重大事件的时间表。

2008年

• 比特币是一种点对点的电子现金系统，由中本聪发行。

2009

• 中本聪 (Satoshi Nakamoto) 和计算机科学家哈尔芬尼 (Hal Finney) 之间首次成功进行了比特币 (BTC) 交易。

2010

• 佛罗里达州的程序员 Laszlo Hanycez 通过使用比特币完成了第一次正式购买。 他当时通过转账价值 60 美元的 10,000 BTC 购买了两个 Papa John's Pizzas。 目前，它们价值 4.38 亿美元。
• 目前，比特币的官方市值为 8300 亿美元。

2011年

• Wikileaks、Electronic Frontier Foundation 等多个组织开始接受比特币作为捐赠。

2012

• 比特币开发者 Vitalik Buterin 推出了比特币杂志。
• 在热门电视剧《傲骨贤妻》中，区块链和加密货币首次被提及。 所以，这是第一次将区块链引入流行文化。

2013

• 比特币的市值超过了 10 亿美元。
• BTC 的价格首次超过 100 美元。
• Vitalik Buterin 发表了一篇名为“以太坊项目”的论文，提出除了比特币之外，区块链还可以有其他几种应用。

2014

• Overstock.com、The D Las Vegas Hotel 和著名游戏公司 Zynga 等公司开始接受比特币付款。
• PayPal 宣布将他们的系统与比特币集成。
• 由 200 多家区块链公司组成的小组组成了一个名为 R3 的小组，旨在寻找在不同领域实施区块链的新方法。
• Buterin 的以太坊项目通过 ICO 成功获得众筹，筹集了超过 1800 万美元。 这是区块链历史上最重要的事件，因为它为区块链技术开辟了新的途径。

2015年

• 有超过 100,000 家商家通过 BTC 接受付款。
• 纳斯达克和旧金山区块链公司齐聚一堂，测试私营公司股票交易技术。

2016年

• IBM 作为科技巨头，宣布了一项区块链战略，以提供更好的基于云的业务解决方案。
• 区块链和加密货币在日本合法化。

2017年

• BTC 价格首次突破 1000 美元。
• 加密货币的市值超过 1500 亿美元。
• 迪拜政府宣布他们将在 2020 年之前采用区块链技术。
• BTC 价格达到历史新高 19,783.21 美元。
• 摩根大通首席执行官杰米戴蒙表示，他相信区块链技术的未来。 这给了整个华尔街对区块链系统的信任投票。

2018

• 巴克莱银行和花旗银行等大型银行签署了由 IBM 开发的基于区块链的银行平台。
• Facebook 承诺成立一个区块链小组，并暗示未来随时可能出现 Facebook 自己的加密货币。

2019

• 纽约证券交易所 (NYSE) 宣布成立 Bakkt——一家用于加密货币交易的数字钱包公司。
• 中国国家主席季新平公开接受区块链技术，而中国中央银行宣布他们正在努力创建自己的加密货币。
• Twitter 和 Square 的首席执行官 Jack Dorsey 宣布，他们将在 Square 招聘区块链工程师，以制定加密行业的一些未来计划。

2020

• 在 PayPal 上购买、出售和持有加密货币成为可能。
• “Sand Dollar”成为巴哈马发行的全球首个央行数字货币。
• 到 2020 年底，比特币能够涨到 30,000 美元的水平。
• 在 COVID-19 场景中，区块链技术成为存储患者信息和研究数据的最重要技术。

区块链不仅仅与比特币有关。 尽管比特币是早些年区块链大受欢迎的原因，但现在，它的意义远不止于此。 目前，区块链技术在各个领域都有大量应用。

结论

区块链是一种具有高度安全性和透明度的先进技术。 随着人们对区块链的认识不断提高，越来越多的组织正在跨行业采用它。 因此，这项技术很可能会保留下来，并在未来找到更多用途。

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