区块链是当下的热门话题，新闻媒体大量报道，声称它将创造未来。

但是通俗易懂的入门文章很少。很少有人解释区块链是什么，它有什么特别之处。

下面，我将尝试写最好的区块链教程。毕竟这不是一件困难的事情。核心概念很简单，三言两语就能说清楚。希望看完这篇文章，你不仅能了解区块链，还能了解什么是采矿，为什么采矿越来越难。

说清楚，我不是这方面的专家。虽然我已经关注它很久了，但仔细了解区块链还是从今年年初开始的。请改正文中的错误和不准确之处。

一、区块链的本质

什么是区块链总之，它是一个特殊的分布式数据库。

首先，区块链的主要功能是储存信息。任何需要保存的信息都可以写入区块链或从中读取，所以它是一个数据库。

其次，任何人都可以建立一个服务器，加入区块链网络，成为一个节点。在区块链的世界里，没有中心节点。每个节点都是平等的，并且拥有整个数据库。您可以向任何节点写入/读取数据，因为所有节点最终都会同步，以确保区块链的一致性。

二、区块链的最大特点

分布式数据库不是新发明。这种产品在市场上已经存在很长时间了。然而，区块链有一个革命性的特点。

区块链没有管理员，完全是无中心的。其他数据库有管理员，但区块链没有。如果有人想在区块链中加入审计，那是不可能实现的，因为它的设计目标是防止出现一个中央管理机构。

因为无法管理，区块链可能无法控制。否则，一旦大公司、大集团控制了经营权，就控制了整个平台，其他用户就不得不服从。

但是，没有管理员，每个人都可以写数据过去。如何才能保证数据可信？万一被坏人改了呢？请继续读下去，这就是区块链的美妙之处。

三、区块

区块链由区块组成。块非常类似于数据库记录。每次写入数据时，都会创建一个数据块。

每个区块包含两个部分。

块头：记录当前块的元信息。

正文：实际数据

头包含当前块的多条元信息。

上升时间

实际数据的散列(即块主体)

前一个块的哈希

…

在这里，你需要理解什么是散列，这是理解区块链所必需的。

所谓哈希，就是计算机可以对任意内容计算出一个长度相同的特征值。区块链的哈希长度是256位，也就是说不管原始内容是什么，最后都会计算出一个256位的二进制数。而且可以保证，只要原始内容不一样，对应的Hash就一定不一样。

比如字符串123的Hash是a 8 FDC 205 a 9 f 19 cc 1c 7507 a 60 C4 f 01 b 13d 11d 7 FD 0(十六进制)，换算成二进制就是256位，只有123可以得到这个Hash。

因此，有两个重要的推论。

推论一：每个块的Hash不一样，可以通过Hash来识别块。

推论：如果一个块的内容发生变化，那么它的Hash一定会发生变化。

四、 Hash 的不可修改性

块与Hash一一对应，每个块的Hash都是为“块头”计算的。

Hash=SHA256(块头)

以上是块Hash的计算公式。哈希由块头唯一确定，SHA256是区块链的哈希算法。

如前所述，块头包含很多内容，包括当前块的Hash(注意是“块”的Hash，不是整个块的Hash)和前一个块的Hash。这意味着如果当前块的内容发生变化，或者前一块的Hash发生变化，一定会引起当前块的Hash发生变化。

这对区块链来说意义重大。如果有人修改了一个块，该块的散列也会改变。为了将随后的块连接到它，该人必须同时修改所有随后的块，否则被改变的块将与区块链分离。由于后面要提到的原因，Hash的计算比较耗时，同时修改多个块几乎是不可能的，除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。

正是通过这种联系机制，区块链保证了自己的可靠性。数据一旦写入，就不能被篡改。就像历史一样。发生的事情就是发生的事情，从此无法改变。

每个街区都与前一个街区相连，这也是“区块链”这个名字的由来。

五、采矿

因为必须保证节点间的同步，所以添加新块的速度不能太快。假设您刚刚同步了一个块，并准备基于它生成下一个块，但是其他节点生成了新的块。你得放弃一半的计算，重新同步。因为每个块后面只能跟一个块，所以只能在最后一个块之后生成下一个块。所以，你别无选择，只能一听到信号就同步。

因此，中本聪，区块链的发明者(这是一个笔名，其真实身份是未知的，直到现在)故意使其难以添加新的块。他的设计是平均每10分钟，全网就能生成一个新块，一个小时只有6个块。

这种输出速度不是通过命令来实现的，而是通过刻意设置海量计算来实现的。也就是说，只有通过极其大量的计算才能得到当前块的有效Hash，从而给区块链增加一个新的块。因为计算量太大，所以不能快速起来。

这个过程叫做挖掘，因为很难计算出一个有效的哈希，就像在世界的沙子里找到一粒合格的沙子一样。计算Hash的机器叫矿机，操作矿机的人叫矿工。

六、难度系数

看完这个，你可能会有一个疑问。人们都说挖掘难，但挖掘不就是用计算机算个哈希吗？这正是电脑的长处。怎么会变得计算困难和延迟呢？

事实证明，不是任何哈希都可以使用，只有满足条件的哈希才会被区块链接受。这个条件特别哈希，所以大部分哈希都不符合要求，必须重新计算。

原来块头包含了一个难度系数，决定了计算Hash的难度。例如，第100，000块的难度系数是1440.0000000000001

区块链协议规定，目标值可以通过将常数除以难度系数来获得。显然，难度系数越大，目标值越小。

哈希的有效性与目标值密切相关。只有小于目标值的哈希才有效，否则哈希无效，必须重新计算。因为目标值很小，Hash小于这个值的几率极小，可能要计算10亿次才算一次。这是采矿如此缓慢的根本原因。

头中还有一个Nonce值，它记录了哈希重新计算的次数。第100，000个块的Nonce值是274148111，即需要2.74亿次计算才能得到一个有效的Hash，该块可以加入区块链。

七、难度系数的动态调节

即使开采难度大，也不能保证。十分钟后将生产出一个块。有时候会一分钟算完，有时候可能几个小时都无果。一般来说，随着硬件设备的完善，矿机的增多，计算速度会越来越快。

为了保持十分钟的输出速度不变，中本聪还设计了难度系数的动态调整机制。他规定每两周调整一次难度系数(2016块)。如果这两周的平均块生成速度是9分钟，说明比法定速度快了10%，那么难度系数会提高10%；如果平均生成速度是11分钟，就意味着比法定速度慢了10%，那么难度系数就会下调10%。

难度系数越高(目标值越小)，挖掘难度越大。

八、区块链的分叉

即使区块链是可靠的，但是还有一个问题没有解决：如果两个人同时向区块链写数据，也就是两个块同时join，因为都连接到前一个块，就形成了一个fork。这个时候应该采用哪个区块？

当前的规则是新节点总是采用最长的区块链。如果区块链有一个分叉，它将取决于哪个分支在分叉点后面，首先到达6个新块(称为“6个确认”)。按照10分钟一个街区计算，一个小时就能确认。

由于新块的生成速度是由计算能力决定的，所以这个规则意味着计算能力最强的分支就是正宗的位链。

九、总结

区块链作为一个非托管的分布式数据库，从2009年至今已经运行了8年，没有出现大的问题。这证明是可行的。

但是，为了保证数据的可靠性，区块链也有自己的价格。第一，效率。当数据写入区块链时，至少需要等待十分钟。如果所有节点都同步数据，需要更多的时间；第二，能源消耗。区块的生成需要矿工无数次无意义的计算，非常耗费精力。

因此，区块链的适用场景实际上非常有限。

不存在所有成员都信任的管理机构。

写入的数据不需要实时使用。

采矿的收入可以弥补它自己的成本。

如果不能满足以上条件，那么传统数据库是一个较好的解决方案。

目前区块链最大的应用场景(可能是唯一的应用场景)是以比特币为代表的加密货币。下一篇文章，我会介绍比特币的基础知识。

编辑：nq1919