区块链是比特币的底层技术，但不能等同于比特币。区块链作为继互联网之后的新技术浪潮，本身是无辜的，炒币只是区块链最初级的玩法。看完这篇文章，我们可以更好地理解什么是区块链，从而远离保守主义和狭隘主义。

区块链是一种去中心化的账本

我们首先需要厘清“去中心化”和“分布式账本”这两个概念。去中心化是相对于“去中心化”而言的。以PG二买夹克和熊本熊借钱为例，我们来看看中心化系统和去中心化系统的区别。

网上购买夹克的整个过程都依赖支付宝，因此买卖过程是中心化的。不管是PG TWO还是卖家，在这一点上，我们只能完全信任支付宝和背后的马云。在更大的范围内，中心化系统得到了资金雄厚、技术实力雄厚的机构和企业的背书。

集中制具有管理高效的优点，但缺点也很明显。仍然以支付宝为例，所有的交易记录和账本都保存在支付宝的服务器上。假设有一天所有相关服务器不幸被坏人破坏，那么PG TWO的付款（或者卖家还没有收到的外套钱），以及其他买卖双方的资金，甚至是你我所有的钱在余额宝里，会消失在这个网络世界，一尘不染。

我应该和谁谈谈？哪怕我气呼呼地和支付宝对着干：“我余额宝还有5万！”但是中央账本已经全部销毁，谁能证明我的话是真的？如果拿不到有效的证据，最后只能强忍着泪水，与这一笔钱说再见。

这时候去中心化系统的优势就凸显出来了。

想象一下，如果全网有很多记账节点，可以共同记录支付宝上的每一笔交易、转账、提现，这意味着所有的支付宝账户在全球都有很多备份；即使服务器被黑了，同样的账本Replicas 也很好的保存在其他节点上。在区块链的世界里，不需要大企业做信用背书。

区块链是分布式账本

因此，我们也可以说：作为一种分布式账本，区块链是一种建立信任的工具。从字面上理解，“分布式”就是分布在不同的地方，各个节点各自独立工作。我们先把问题简单化，以借钱为例，谈谈分布式账本的工作原理。

贷款日

约定还款日

1 皮卡丘借给熊本熊10块钱。

2皮卡丘和熊本熊分别在账本上记下：“皮卡丘熊本熊：10日元”

3 皮卡丘将这笔交易信息广播给其他节点；

4 区块链上的其他节点对交易信息进行验证，确认后记录在各自的账本中。

在第2步中，借款人熊本熊为了买零食，在自己的账本上虚报了5日元怎么办？背债并不容易，因为接下来皮卡丘会将“皮卡丘熊本熊：10日元”的交易信息广播给全网节点，然后由各个节点进行验证。一旦经过验证的信息被记录在区块链上，就很难被篡改，除非——熊本熊有一台超过全网总算力51%的超级计算机（这个问题会在文末提到） .

那为什么是皮卡丘直播而不是熊本熊直播呢？节点协助记账的目的是防止债务人不兑现等损害信任的情况；一般来说，谁借钱，谁最后可能遭受财产损失，谁就播。

当约定的还款日到来时，如果熊本熊食言说他没有借钱，皮卡丘可以使用区块链与他对质账本上的交易信息。

密码学使区块链数据库（几乎）不可变

了解了去中心化的分布式账本之后，我们继续探索区块链技术中的两个密码学概念：哈希函数和非对称加密。当然，颠覆性的区块链技术远不止这些，但是入门区块链需要我们先掌握这两个概念。

只有先了解了哈希函数和非对称加密，后面加上相关定义来解释区块链的运行原理，大家才不会一头雾水。

1）哈希函数

哈希也可以写成散列。哈希函数属于密码学范畴，用于验证交易信息是否被篡改。哈希函数有以下特点（不懂的请跳过本段）：

1 若明文A对应的hash值为H(A)，则可以通过A计算出H(A)，通过H可以计算出H(A)

(A)无法逆推出A；

2 如果明文A ≠ 明文B，那么，H(A) ≠ H(B)；

3 如果对明文A做了可以忽略不计的篡改，那么，计算出的哈希值与原H(A)完全不一样。

上文中，明文好比我们登录知乎时输入的账号、密码，它们是可以看懂的一串字符。而哈希值是一个长度固定、由数字和字母组成的字符串。根据以上特征，下方的例子能帮助你理解：

借助Hash计算工具，我输入明文123456，得到相应的哈希值（按SHA256）：

8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92

目前，人类还没有办法逆推这个乱七八糟的字符串；也就是说，任何人都无法推算出这个哈希值对应明文123456。

接着我在明文框输入：1234567；虽然只增加了一个7，得到的哈希值却完全不一样了：8bb0cf6eb9b17d0f7d22b456f121257dc1254e1f01665370476383ea776df414

如果你亲自尝试，3秒钟就能明白以上内容，百度“哈希计算工具” ：输入一串明文（连“我爱你”也可以加密哦），关注第三列SHA256的结果即可；再改动其中一个字符，对比两次出现的哈希值结果。

2）非对称加密

这是相对于对称加密来说的。对称加密指你有一把密钥，通过密钥可以加密一段信息；想要破解这个信息，只有拿到你手中这把密钥。从始至终加密、解密用的是同一把密钥，因此称“对称加密”。

而在区块链世界里，每个人都拥有两把独一无二的密钥：公钥和私钥。

公钥：可以简单理解为银行卡号，这是可以给别人看的；

私钥：相当于银行卡密码，必须拼死保密，只能自己知道。

再记2条规则：

1 私钥能生成公钥和地址（有了地址，对方才能给你打钱）；

2 私钥加密，公钥解密（加密、解密不是同一把密钥，因此称“非对称加密”）；

3）无法篡改的交易数据

仍然以“比卡丘借给熊本熊10块钱”为例，我们来看看比卡丘具体是怎样向熊本熊的地址打钱的。

1 比卡丘对明文 “比卡丘 → 熊本熊：10円” 进行哈希加密，得到一个64位的字符串；

2 比卡丘用自己的私钥对这个字符串再次加密，获得另一个字符串，这叫做“数字签名”；

3 比卡丘把以下交易信息打包发给熊本熊，并广播给全网记账节点：此次交易明文、比卡丘的公钥和数字签名；

4 熊本熊和其他节点收到这条打包消息；

5 熊本熊和其他节点对明文进行哈希计算，得到哈希值字符串H(A)；

6 熊本熊和其他节点用比卡丘的公钥解密数字签名，得到字符串H(B)；

7 熊本熊和其他节点验证 H(A)＝ H(B)，交易信息为真；

8 交易完成。

比卡丘的公钥能够解开私钥加密过的数字签名，证明了这个公钥和私钥是一对，而且都属于比卡丘，这条交易信息是比卡丘创建的：也就是说，熊本熊欠的是比卡丘的钱，而不是可达鸭还是其他谁的钱；而字符串 H(A)＝ H(B)，则说明在区块链网络中传递时，交易信息未被篡改。

进行下一节前，我们总结一下，在公开、复杂的区块链网络中，哈希函数和非对称加密：

1 确保了交易记录没有被篡改

2 确保了交易记录由正确的人发起

区块链上的区块

区块链是由挖矿产生的区块按照时间顺序连接起来的，本身是一个可以不断增长的账本数据库。挖矿是指通过大量计算争夺记账权，只要找到合适的哈希值，就能抢在其他人前面拿到记账权，挖到区块。

由于系统的初始设定，不同区块链产生区块的速度不一样。比如比特币区块链大概每10分钟挖出一个区块，而以太坊区块链的出块时间约14秒。

每个区块包含这段时间内产生的所有交易记录，如一个新挖出的比特币区块就包含了前10分钟内的交易信息。除此之外，还包含时间戳和前一个区块的哈希值，等等（关于区块的组成，我们在后续文章再详细了解，这里先把握基础知识）。

这是很聪明的设计：每诞生一个新的区块，就会被盖上相应的时间戳，新产生的区块按照区块挖出的时间顺序连接到链条上去。这样，区块链无限延长，账本数据库也能无限扩大、容纳无穷尽的交易信息。

更令人拍案叫绝的是，新区块里的每一笔交易数据，都由相应的交易发起方进行数字签名，链上所有人都可以用交易发起方的公钥（上文说过，公钥是公开的）验证该数字签名的真实性。

此外，之前挖出的区块里的交易数据将永久记录在区块链上，几乎无法篡改。一个区块内含众多交易信息，然而根据哈希函数的特征，就算你只对其中一条交易数据移动一个小数点，生成的哈希值都会完全不一样，整个区块及其包含的所有交易信息都会变成无效数据。

另一方面，篡改数据难于上青天，成本极高。有意者必须足够财大气粗，并且拥有至少全网51%的算力。而要达到这样的计算能力，知乎李占亮同学表示：矿机成本＋电费＋其他，成本约5.5亿RMB。

综上， 在这样一个充满不信任感、危机四伏的网络环境里，区块链或许是当前解决信任问题的最佳方案（之一）。

总结

区块链的核心理念：

1 账本分布存储于全网的节点上，某个节点账本的破坏，不会影响任何其他节点正常运作；

2 各节点均可参与记账、共同维护区块链数据库；

3 各节点相互监督，构建trustless（免信任的）系统。

至此，我们已经讲了区块链70%的基础知识。内容有点超载，建议大家先消化。区块链网络上的陌生人出于什么承认区块的有效性？他们为什么愿意苦哈哈地帮助记账？剩下30%（包括共识机制和奖励机制等）将放在下篇中具体讲解。

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