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摘要：最近了解了一些區(qū)塊鏈的東西，動(dòng)了一些深入了解的心思。同時(shí)，為了使區(qū)塊的添加速率趨于平均比特幣的設(shè)計(jì)是大約分鐘生成一個(gè)新的區(qū)塊，并不是隨便一個(gè)新建的區(qū)塊都可以被添加到鏈上。
最近了解了一些區(qū)塊鏈的東西，動(dòng)了一些深入了解的心思。
了解的過程中會(huì)不斷補(bǔ)充和完善這篇文章，理解的不一定對，隨意看看得了，每篇文章都會(huì)把閱讀過的資料列出來，也方便大家去源頭看看。
區(qū)塊鏈（blockchain）區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗?/p>
一句話，它是一種特殊的分布式數(shù)據(jù)庫
這句定義中有兩個(gè)關(guān)鍵詞分布式和數(shù)據(jù)庫.
首先，我們可以把區(qū)塊鏈看成是數(shù)據(jù)庫，但是這個(gè)數(shù)據(jù)庫并沒有管理員，也沒有中心，每個(gè)應(yīng)用鏈的人，都具有平等的權(quán)利。
區(qū)塊區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢粋€(gè)個(gè)的區(qū)塊(block)組成的, 每個(gè)區(qū)塊可以看做是一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元，每寫入一次數(shù)據(jù)，就會(huì)新建一個(gè)區(qū)塊，一個(gè)一個(gè)區(qū)塊連接起來，就成了鏈狀。
每個(gè)區(qū)塊分成兩個(gè)部分：
區(qū)塊頭(Block Head)
包含了當(dāng)前區(qū)塊的基本信息，包括 生成時(shí)間, 區(qū)塊體的 hash 值, 上一個(gè)區(qū)塊的 hash 等信息。
區(qū)塊的 hash 就是根據(jù)區(qū)塊頭的內(nèi)容來生成的。
區(qū)塊體(Block Body)
區(qū)塊體就是所含數(shù)據(jù)的真實(shí)內(nèi)容
hash區(qū)塊的根本是源于 hash, 如果把區(qū)塊鏈想象成一個(gè)真實(shí)的鏈狀結(jié)構(gòu)的話，那么 hash 就是每個(gè)元素之間的連接點(diǎn)。
關(guān)于 hash 的詳盡定義，可以在 wikipedia中查看，這里簡單總結(jié)一下 hash 的特征：
如果兩個(gè) hash 是不相同的（根據(jù)同一函數(shù)），那么這兩個(gè) hash 的原始輸入也是不相同的
hash 的輸入和輸出不是唯一對應(yīng)關(guān)系的，如果兩個(gè) hash 值相同，兩個(gè)輸入值很可能是相同的，但也可能不同，這是由具體的 hash 計(jì)算方法決定的
區(qū)塊的內(nèi)容與 hash 是一一對應(yīng)的，每個(gè)區(qū)塊的 hash 值都是不同的。同時(shí)，每一個(gè)區(qū)塊又都保存著上一個(gè)區(qū)塊的 hash 值。
按照這個(gè)邏輯，如果一個(gè)區(qū)塊的 hash 值變了的話，那么它之后的每一個(gè)區(qū)塊的 hash 值都需要進(jìn)行更新。
進(jìn)而延伸一下，如果有人想更新某一區(qū)塊上的內(nèi)容，那么他必須有能力依次更新這個(gè)區(qū)塊后面所有區(qū)塊的 hash 值才行，否則的話，被更新的區(qū)塊就會(huì)脫離整個(gè)鏈了。由于更新區(qū)塊 hash 的計(jì)算很復(fù)雜且耗時(shí)，所以除非掌握了全網(wǎng) 50% 以上的運(yùn)算能力，否則更新某一區(qū)塊的行為根本不可能成功。
正是通過這種環(huán)環(huán)相扣的機(jī)制，區(qū)塊鏈才可以保證自身數(shù)據(jù)的不可修改的特性。
區(qū)塊鏈?zhǔn)侨绾芜\(yùn)行的 挖礦由于區(qū)塊鏈?zhǔn)且粭l單一的鏈，每個(gè)區(qū)塊都依賴于上一個(gè)區(qū)塊，所以同一時(shí)間，只能向鏈上添加一個(gè)區(qū)塊。
又由于必須保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的同步，所以添加完一個(gè)區(qū)塊，各個(gè)節(jié)點(diǎn)又必須進(jìn)行同步。
也就是說，假設(shè)節(jié)點(diǎn) A 正忙著生成新的區(qū)塊，突然收到消息:“B 已經(jīng)在鏈上添加了一個(gè)區(qū)塊！”。這個(gè)時(shí)候 A 之前做的計(jì)算就都白做了，又得基于 B 新添加的節(jié)點(diǎn)，重新剛才的計(jì)算。并且計(jì)算的過程中，還會(huì)有類似的事情發(fā)生。
上面我們說過，在區(qū)塊鏈的運(yùn)行機(jī)制中，通過區(qū)塊自身的 hash 來判斷當(dāng)前區(qū)塊是否可以被加入到鏈上。
同時(shí)，為了使區(qū)塊的添加速率趨于平均（比特幣的設(shè)計(jì)是大約10分鐘生成一個(gè)新的區(qū)塊），并不是隨便一個(gè)新建的區(qū)塊都可以被添加到鏈上。
通常會(huì)設(shè)置一個(gè)準(zhǔn)入條件，只有符合該條件的區(qū)塊，才可以被添加到鏈上，設(shè)計(jì)者通過設(shè)置海量的計(jì)算，來使計(jì)算滿足加入條件的區(qū)塊 hash 值變得非常困難，這個(gè)過程就叫做挖礦，也叫（mining）, 繼續(xù)挖礦計(jì)算的機(jī)器, 我們就叫做礦機(jī), 操作機(jī)器的人(其實(shí)是程序), 我們就叫做礦工。
用 js 代碼運(yùn)行一下簡單的挖礦機(jī)制首先，每一個(gè)區(qū)塊，我們可以看成是由這幾部分組成：
這是我們這個(gè)鏈上的第一個(gè)區(qū)塊，這個(gè)區(qū)塊包括了這樣幾個(gè)信息
index: 區(qū)塊的 index 值, 這里應(yīng)該是 0
previous hash: 前一個(gè)區(qū)塊的 hash
timestamp: 區(qū)塊創(chuàng)建時(shí)的時(shí)間戳
data: 區(qū)塊包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容
hash: 區(qū)塊本身的 hash
nonce: 計(jì)算區(qū)塊 hash 的難度系數(shù)
我們先假定這個(gè)區(qū)塊的名字是 A, 接下來,我們在它后面再添加個(gè)區(qū)塊 B.
那么我的這個(gè) B 將包含以下這些信息：
index: 1
previous hash: 也就是 A 的 hash
timestamp
data: I love Blockchain
hash: ?
nonce: ?
如果要將 B 添加到鏈上，那么我們接下來的工作就是計(jì)算出 hash 和 nonce 的值，
那么就假設(shè)我們計(jì)算 hash 的算法是這樣的：
CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data + nonce)
接下來我們來計(jì)算這個(gè) hash 值是否是一個(gè)準(zhǔn)入的 hash, 代碼如下：
function isValidHashDifficulty(hash, difficulty) {
for (var i = 0, b = hash.length; i < b; i ++) {
if (hash[i] !== "0") {
break;
}
}
return i >= difficulty;
}
我們這里的準(zhǔn)入條件為 hash 中連續(xù)不為 0 的值必須不小于 difficulty.
參數(shù)中的 difficulty, 也可以稱為難度系數(shù), 通過這個(gè)系數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以維持新增區(qū)塊的平均速率。
另外，我們上面計(jì)算 hash 的算法中 index, previousHash, timestamp 和 data 都是固定的，所以重復(fù)計(jì)算出來的 hash 值也應(yīng)該是一樣的，為了使每次計(jì)算出的 hash 不同, nonce被設(shè)計(jì)成了一個(gè)變化的值, 通過 nonce值的變化, 計(jì)算出不同的 hash, 從而判斷 hash 值是否符合準(zhǔn)入條件, 用代碼表示的話. 就是這樣：
let nonce = 0;
let hash;
let input;
while(!isValidHashDifficulty(hash, difficulty)) {
nonce = nonce + 1;
input = index + previousHash + timestamp + data + nonce;
hash = CryptoJS.SHA256(input)
}
看到這里, 我們可以發(fā)現(xiàn), 其實(shí)礦工的工作就是去猜nonce的值, 因?yàn)檫@個(gè)值很大, 所以計(jì)算難道也就比較大, 挖礦也就成了一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情。
相應(yīng)的, 既然挖礦是如此費(fèi)時(shí)費(fèi)力的一件事, 那么礦工也不會(huì)是義務(wù)勞動(dòng)的, 礦工獲得的相應(yīng)收益, 會(huì)在下一部分 比特幣 中, 以比特幣的運(yùn)行規(guī)則來描述一下。
Reference區(qū)塊鏈入門教程
How does blockchain really work? I built an app to show you
Ethereum for web developers
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