區塊鏈技術：初學者指南

區塊鏈技術對大多數人來說仍然是個謎。 有些人覺得很刺激，有些人覺得很嚇人，還有一些人對此一無所知

我明白這一點，因為它仍處於早期開發階段，還有很多東西需要學習和實施。

本文旨在向您介紹區塊鏈技術的基礎知識、其工作原理及其應用。

對於初學者來說，想像一下如果您可以在幾分鐘內將錢寄給千里之外的家人，而無需支付高額的銀行手續費，生活會變得多麼輕鬆。

現在，考慮完全控制您的資金而無需銀行的任何許可即可查看或轉移資金。 你可以在沒有銀行監管的情況下將錢以數字方式存儲在錢包中。

所有這些都不是夢想； 它們可以通過提供許多功能和優勢的區塊鏈實現。 這就是為什麼人們有興趣學習區塊鏈並擁抱它的原因。 據估計，到 2022 年，企業對區塊鏈的投資可能達到 124 億美元。

但區塊鏈到底是什麼？

讓我們找出答案！

什麼是區塊鏈技術？

區塊鍊是一種不可變（不可更改）和共享的數字分類賬，可在計算機網絡的多個位置存儲記錄或交易。 在這裡，每個經過驗證的交易都被添加到一個稱為塊的空間中，該塊在密碼學的幫助下與其他後續塊鏈接，形成一條鏈。

如果這個定義讓您摸不著頭腦，那麼讓我們用更簡單的術語來理解區塊鏈技術。

區塊鍊是一種以電子方式在計算機上存儲數據（記錄）的數據庫。

塊 = 包含記錄的空間

Chain = 連接記錄的鏈接

因此，包含記錄的鏈接塊鏈稱為區塊鏈。

所有的區塊鏈都是數據庫，但不是所有的數據庫都是區塊鏈。 數據庫和區塊鏈之間的區別在於它們存儲數據的方式。

區塊鏈與數據庫

數據庫收集大量信息並將其以表格格式排列，以允許用戶輕鬆地同時修改數據。 此外，更廣泛的數據庫使用具有強大計算機的服務器來容納海量數據並執行計算。 公司或個人通常擁有一個數據庫； 因此，他們控制和管理其訪問權限。

另一方面，區塊鏈以特定存儲容量的組或塊收集數據。 當一個區塊的容量被填滿時，它會附加到另一個區塊，形成一條鏈。 隨後的新添加塊之後的所有新記錄都被編譯到新塊中。

與傳統數據庫不同，區塊鏈沒有單一所有者； 相反，每個人都可以在獲得許可的情況下訪問它。 這就是為什麼它也被稱為去中心化系統，因為沒有中央集線器來控制區塊鏈。 同樣，區塊鏈技術被稱為分佈式賬本技術（DLT） 。 它是一個分佈式記錄分類賬，允許用戶在沒有中央授權的情況下共享數據或執行點對點交易。

區塊鏈技術是由一個不知名的實體——中本聰（2008 年的一個人或一群人）發明的，作為一種公共的比特幣交易賬本。 它旨在為數字文檔加上時間戳，並確保沒有人可以篡改它。 它有助於解決與雙重記錄相關的問題，並在不涉及政府或銀行等第三方中介的情況下進行資產安全交易。

該技術在互聯網上運行，包括不同的部分，如數據庫、連接的計算機或節點、軟件應用程序等。

示例：一家公司可以在其簿記中利用區塊鏈技術來記錄所有交易。 簿記涉及交易的複式記賬，這些交易可能會混淆並且難以被其他方驗證記錄。 這些記錄也很容易被篡改，例如編輯、刪除或添加新記錄； 因此，它們可能不准確。

這就是區塊鏈可以通過在密碼學的幫助下保護交易來幫助他們的地方。 它提供了一種以塊的形式存儲交易的防篡改方式。

區塊鏈的組成部分是什麼？

區塊鏈架構包括多個層，例如基礎設施或硬件、數據、網絡（如節點）、驗證、信息分發和應用程序。 讓我們了解它的一些組件。

堵塞

如上所述，區塊鍊是指包含數據或記錄的不同區塊鏈。 每個區塊中的數據基於區塊鏈的種類。 例如，銀行區塊鏈將包含包含帳號、賬戶持有人姓名、分行名稱等信息的區塊。

區塊鏈中的第一個塊稱為創世塊，所有塊都包含經過編碼和哈希處理的有效記錄。 每個區塊都有自己的加密哈希和同一區塊鏈中前一個區塊的加密哈希，將它們鏈接起來形成一條鏈。 此迭代過程使用數字簽名驗證先前塊的完整性。

哈希

哈希就像是每個區塊唯一的指紋。 它是一種使用數學函數創建的代碼，可將數字數據轉換為一長串字母和數字。 這個 64 位十六進制數標識每個塊及其內容，一旦創建，塊中的任何修改都會更改哈希值。 區塊鏈技術使用安全哈希算法 (SHA) 256 哈希，對於檢測交易中的任何更改非常有用。 它還使其安全，因為所有塊都包含前一個塊的哈希值。

因此，如果攻擊者更改了塊中的數據，則其哈希值會發生變化，而下一個塊仍具有受損塊的舊哈希值。 因此，所有後續塊都變得無效，可以輕鬆跟踪。

資產

資產可以是有形的或無形的。 有形資產是土地、房屋、設備等實物，而無形資產是知識產權合同、版權、專利等非實物。有趣的是，金錢既可以是有形的，也可以是無形的。

分佈式對等 (P2P) 網絡

區塊鏈中的每筆交易都在分佈式對等 (P2P) 網絡中進行，該網絡沒有中央權限來控制數據。 它允許每個人（有訪問權限）加入區塊鏈，每台添加到網絡的計算機都是一個節點。

因此，當用戶創建一個新塊時，它會發送給網絡上的每個用戶，每個節點都必須驗證這個新塊以確保沒有人更改過它。 驗證完成後，每個節點開始將新塊直接添加到其區塊鏈中。

網絡中存在的所有節點達成共識，確認塊的有效性並拒絕被篡改的塊。

區塊鏈的類型

區塊鏈有不同的類型，用戶根據其類型將這項技術用於許多用例。 因此，不同類型的區塊鍊是：

公共區塊鏈

區塊鏈促進了一個分散的、開放的多台計算機網絡，任何人都可以訪問該網絡來請求或驗證交易的準確性。 它允許用戶創建新塊、訪問區塊鏈中的所有塊並驗證數據。

由於它們是開放的並且需要出色的安全性，因此它們使用權益證明或工作證明等概念。 驗證交易的區塊礦工將獲得經濟獎勵。 公共區塊鍊主要用於挖掘和交換加密貨幣。

示例：比特幣、萊特幣和以太坊區塊鏈。

私人區塊鏈

私有區塊鏈由決定誰可以訪問區塊鏈、添加為節點並驗證記錄的個人或組織集中管理。 與公共區塊鏈不同，私有區塊鏈不開放並提供訪問限制。 如果任何人想加入私有區塊鏈，他們必須獲得管理員的許可。

示例：B2B 虛擬貨幣交易所，如 Hyperledger。

聯盟區塊鏈

一組公司或組織管理這些許可的區塊鏈，而不是一個人。 它們比私有區塊鏈更分散，享有更多安全性。 它允許有限的訪問，當前的節點決定共識過程。

此外，它構成驗證者節點來發起、接收和驗證交易，而成員節點有權發起或接受交易。 在這裡，用戶可以以更高的效率和可擴展性將數字資產從一個區塊鏈轉移到另一個區塊鏈。

示例：聯盟區塊鏈用於支付和銀行業務，例如 Quorum 和 Corda。

混合區塊鏈

混合區塊鏈結合了私有和公共區塊鏈的屬性。 它們可以是中心化的或去中心化的，並允許組織建立一個基於許可的私有區塊鍊和一個公共區塊鏈。 因此，組織可以控制區塊鏈中的數據訪問以及公開訪問哪些數據。

示例：用於房地產和零售行業，例如 IBM Food Trust。

區塊鏈交易如何運作？

這是區塊鏈中典型交易的發生方式：

第一步：交易請求

首先，個人請求涉及房地產、銀行、加密貨幣、記錄、合同等的交易。

第二步：分發

請求的交易通過遍布全球的節點在點對點網絡中廣播。

第 3 步：驗證

網絡中的節點使用算法和求解複雜方程來驗證交易。 如果他們發現交易合法，則將記錄輸入塊內。

第 4 步：將塊添加到區塊鏈

交易完成後，新創建的區塊將通過密碼學和加密與前一個區塊鏈接起來。 它有一個哈希碼，並包含前一個塊的哈希碼。 一旦這個塊填滿了它分配的空間，下一個塊就開始填充並附加到前一個塊； 因此形成了一條長長的交易鏈。 這對區塊鏈中的每個人都是不可變和透明的。

區塊鏈如何保障交易安全？

區塊鏈有多種技術來確保交易的安全，例如密碼學、散列、工作量證明等。一些安全技術如下：

不變性

區塊鏈中的不變性意味著沒有人可以操縱輸入到區塊鏈中的數據。 這是因為每個塊都有一個唯一的哈希碼和另一個引用前一個塊的哈希碼。 加密哈希碼不是反向工程的。 如果交易數據有誤，您可以輸入新的記錄進行更正。 在這種情況下，它將同時顯示這兩條記錄。 因此，不可能出現錯誤或重複輸入。

時間結構

區塊鏈中的每個區塊都按時間順序和線性順序存儲，這意味著它們始終附加在區塊鏈的末尾。 每個塊都有一個哈希值和前一個塊的哈希值。 在可能包含數千個塊的整個區塊鏈中都遵循這種方式。 因此，一路撤退以更改記錄具有挑戰性。

即使有人設法改變了一個區塊，他們也必須為所有其他區塊做同樣的事情，這需要相當大的努力、資源、計算能力和時間。 這使用戶有時間驗證該塊並確定它是否已被破壞。 這種黑客攻擊的成本可能高得令人望而卻步，而且大多數時候是徒勞的。

工作量證明 (PoW)

儘管散列是減輕篡改的極好方法，但攻擊者仍然可以使用強大的計算機來破解區塊鏈以更改塊並重新計算後續塊，並使整個區塊鏈有效。

為了解決這個問題，區塊鏈使用工作量證明，這是一種減緩新塊創建的機制。 這是一項複雜的計算，需要付出一些努力才能解決。 而且解決問題的時間也比驗證結果的時間長。 因此，計算工作量證明和添加新塊變得比更改塊和它之後的其餘塊更具挑戰性。 這就是工作證明如何使區塊鏈安全。

很多時候，人們混淆了 PoW 和 PoS，所以很快就理解了。

股權證明（PoS）

股權證明使用加密算法來驗證交易。 例如，在挖礦中，驗證是由選定的驗證者根據他們佔用的硬幣數量來完成的，這被稱為他們的股份。

用戶在技術上不是挖礦或獲得獎勵而是偽造區塊。 參與者在這個過程中獲得硬幣，並且擁有更多權益的人具有更大的挖礦能力。 這增加了他們被選為驗證者的機會。

區塊鏈的優點和局限性

優點

區塊鏈的好處是：

準確性

所有交易都由區塊鍊網絡上的數千個節點驗證。 它功能強大，足以消除錯誤並提供更高的數據準確性。 即使出現錯誤，其他計算機也能迅速發現。 如果這個錯誤佔上風，網絡中至少 51% 的計算機將不得不犯同樣的錯誤，這幾乎是不可能的，尤其是當涉及像比特幣這樣的大規模區塊鏈時。

權力下放

沒有中央集線器控製或管理區塊鏈； 相反，它是去中心化的。 這意味著一個由數千台計算機組成的網絡可以訪問它，而沒有一個人或組織來管理它。 區塊鏈中的任何更改都會立即反映到每個節點上，並獲得網絡中的許可。

成本效益

區塊鏈不涉及任何第三方批准交易及其處理成本。 例如，銀行或支付處理商收取少量費用來處理交易。 因此，使用比特幣等區塊鏈技術進行支付交易的企業可以節省大量成本。

速度

傳統的銀行系統需要很長時間來處理付款，從付款開始到金額反映在您的賬戶上。 此外，金融機構只能在其指定的營業時間和日期營業。 因此，可能需要幾天時間才能最終將金額反映在您的銀行中。 另一方面，區塊鏈勢不可擋。 它是 24/7/365 活躍的，交易可能需要幾分鐘才能完成。 這對國際支付也非常有利。

不變性

由於可靠的加密機制、密碼哈希和塊的時間順序鏈接，所有記錄在區塊鏈上都是不可變或不可更改的。 因此，無法修改或刪除數據。

安全

將交易添加到區塊鏈後，成千上萬台強大的計算機會在將記錄添加到區塊之前驗證記錄的真實性。 區塊鏈技術使用複雜的計算和算法進行驗證，並為每個塊分配一個唯一的哈希值以進行識別。

即使攻擊者更改了某些內容，它也會立即對所有節點可見，從而可以識別錯誤並使塊無效並使塊跟隨它。 因此，它提供了高級別的安全性。

透明度

由於沒有中央權威，大多數區塊鏈，如公共區塊鏈，都是開源軟件。 它允許每個人訪問代碼和審計員審查安全性。 網絡中的任何人都可以提出升級或更改的建議，如果大多數用戶同意，則可以接受。 這樣，區塊鏈提供了比傳統系統更高的透明度。 此外，您還可以保持匿名以保護您的隱私。

限制

非法活動

儘管為用戶提供了安全和隱私，但區塊鏈還是吸引了大量的非法活動和交易。 有許多與基於區塊鏈的貨幣和服務相關的盜竊和違規案例。

環境問題

比特幣等區塊鍊網絡消耗大量電力來挖掘和驗證交易，這會影響環境。

可擴展性問題

儘管區塊鏈比傳統金融機構更快，但可擴展性仍然是一個問題。 它們很難在全球範圍內擴展，並且這樣做可能會導致效率低下。 然而，最近出現了新的發展以提高可擴展性，例如以太坊的創新第 2 層 (L2)。

然而，許多人仍然認為區塊鏈的優點掩蓋了缺點，因此，區塊鏈在全球範圍內的各種應用程序和行業中得到越來越多的採用。

區塊鏈與比特幣

關於區塊鏈存在很多混淆和誤解。 許多人將區塊鏈與比特幣混淆，認為它們是一樣的。

好吧，他們絕對不一樣！

區塊鍊是一種技術，而比特幣是區塊鏈的一種應用。 區塊鏈允許記錄和分發數據，但不允許編輯，從而確保比特幣和其他金融科技服務的安全。

談到比特幣，它是一種基於區塊鏈技術的數字貨幣（cryptocurrency）。 它是一個沒有第三方或管理機構的點對點系統，並使用區塊鏈來存儲交易（或支付）的分類賬。 目前，挖掘比特幣和管理交易是在網絡中集體完成的。

世界上最大的加密貨幣比特幣 (BTC) 擁有一個公開的開源分類賬。 它允許您在不涉及銀行或向他們支付費用的情況下發送和接收比特幣付款。

區塊鏈的用途

區塊鏈現在正在各個垂直行業中傳播，為他們提供安全、透明、隱私等方面的好處。 已經採用區塊鏈的領先公司有 IBM、西門子、沃爾瑪等。

讓我們看看區塊鏈的一些用途。

加密貨幣

比特幣並不是唯一的加密貨幣。 加密貨幣是使用強加密技術將交易記錄安全地存儲在賬本（區塊鏈）中的數字貨幣。 中央機構不發行它，它的控制是分散的。

除了比特幣之外，還有許多其他加密貨幣，例如以太坊 (ETH)、萊特幣 (LTC)、Namecoin (NME)、狗狗幣 (DOGE)、Ripple (XRP)、TRON (TRX) 等。

智能合約

智能合約是基於區塊鏈的數字擬議合約。 它們可以在不涉及人際互動的情況下強制執行或執行。 它消除了兩個締約方之間的中間人的需要； 區塊鏈會處理它。 因此，它提供了交易自動化並減少了各方之間的摩擦。

銀行和金融

由於交易速度更快和成本更低，瑞銀等一些銀行對實施區塊鏈很感興趣。 此外，各種股票的代幣化正在發生，新的金融服務如首次代幣發行 (ICO) 和證券代幣發行 (STO) 也正在浮出水面。 這些服務可以幫助將房地產等有形資產代幣化。

供應鏈

區塊鏈正在供應鏈領域實施，例如食品供應、家具、軟件開發和開採鑽石等貴重商品。

衛生保健

據《華爾街日報》報導，安永正在使用區塊鏈幫助政府、航空公司、雇主和其他機構追踪對冠狀病毒免疫的人和接受過抗體測試的人。 中國還使用區塊鏈來加速健康保險交易。

其他用途：區塊鏈還用於視頻遊戲，如 CryptoKitties、P2P 能源交易、域名以及文件、貨運和產品的驗證。

區塊鏈的歷史

區塊鍊是一項新技術，但這個概念的某些元素已經存在了很長時間。 某些值得注意的事件導致了區塊鏈技術的基礎。 讓我們簡要了解一下此類重大事件的時間表。

2008年

• 比特幣是一種點對點的電子現金系統，由中本聰發行。

2009

• 中本聰 (Satoshi Nakamoto) 和計算機科學家哈爾芬尼 (Hal Finney) 之間首次成功進行了比特幣 (BTC) 交易。

2010

• 佛羅里達州的程序員 Laszlo Hanycez 通過使用比特幣完成了第一次正式購買。 他當時通過轉賬價值 60 美元的 10,000 BTC 購買了兩個 Papa John's Pizzas。 目前，它們價值 4.38 億美元。
• 目前，比特幣的官方市值為 8300 億美元。

2011年

• Wikileaks、Electronic Frontier Foundation 等多個組織開始接受比特幣作為捐贈。

2012

• 比特幣開發者 Vitalik Buterin 推出了比特幣雜誌。
• 在熱門電視劇《傲骨賢妻》中，區塊鍊和加密貨幣首次被提及。 所以，這是第一次將區塊鏈引入流行文化。

2013

• 比特幣的市值超過了 10 億美元。
• BTC 的價格首次超過 100 美元。
• Vitalik Buterin 發表了一篇名為“以太坊項目”的論文，提出除了比特幣之外，區塊鏈還可以有其他幾種應用。

2014

• Overstock.com、The D Las Vegas Hotel 和著名遊戲公司 Zynga 等公司開始接受比特幣付款。
• PayPal 宣布將他們的系統與比特幣集成。
• 由 200 多家區塊鏈公司組成的小組組成了一個名為 R3 的小組，旨在尋找在不同領域實施區塊鏈的新方法。
• Buterin 的以太坊項目通過 ICO 成功獲得眾籌，籌集了超過 1800 萬美元。 這是區塊鏈歷史上最重要的事件，因為它為區塊鏈技術開闢了新的途徑。

2015年

• 有超過 100,000 家商家通過 BTC 接受付款。
• 納斯達克和舊金山區塊鏈公司齊聚一堂，測試私營公司股票交易技術。

2016年

• IBM 作為科技巨頭，宣布了一項區塊鏈戰略，以提供更好的基於雲的業務解決方案。
• 區塊鍊和加密貨幣在日本合法化。

2017年

• BTC 價格首次突破 1000 美元。
• 加密貨幣的市值超過 1500 億美元。
• 迪拜政府宣布他們將在 2020 年之前採用區塊鏈技術。
• BTC 價格達到歷史新高 19,783.21 美元。
• 摩根大通首席執行官傑米戴蒙表示，他相信區塊鏈技術的未來。 這給了整個華爾街對區塊鏈系統的信任投票。

2018

• 巴克萊銀行和花旗銀行等大型銀行簽署了由 IBM 開發的基於區塊鏈的銀行平台。
• Facebook 承諾成立一個區塊鏈小組，並暗示未來隨時可能出現 Facebook 自己的加密貨幣。

2019

• 紐約證券交易所 (NYSE) 宣布成立 Bakkt——一家用於加密貨幣交易的數字錢包公司。
• 中國國家主席季新平公開接受區塊鏈技術，而中國中央銀行宣布他們正在努力創建自己的加密貨幣。
• Twitter 和 Square 的首席執行官 Jack Dorsey 宣布，他們將在 Square 招聘區塊鏈工程師，以製定加密行業的一些未來計劃。

2020

• 在 PayPal 上購買、出售和持有加密貨幣成為可能。
• “Sand Dollar”成為巴哈馬發行的全球首個央行數字貨幣。
• 到 2020 年底，比特幣能夠漲到 30,000 美元的水平。
• 在 COVID-19 場景中，區塊鏈技術成為存儲患者信息和研究數據的最重要技術。

區塊鏈不僅僅與比特幣有關。 儘管比特幣是早些年區塊鏈大受歡迎的原因，但現在，它的意義遠不止於此。 目前，區塊鏈技術在各個領域都有大量應用。

結論

區塊鍊是一種具有高度安全性和透明度的先進技術。 隨著人們對區塊鏈的認識不斷提高，越來越多的組織正在跨行業採用它。 因此，這項技術很可能會保留下來，並在未來找到更多用途。

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