區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N新型去中心化協(xié)議，能安全地存儲(chǔ)比特幣交易或其它數(shù)據(jù)，信息不可偽造和篡改，可以自動(dòng)執(zhí)行智能合約，無(wú)需任何中心化機(jī)構(gòu)的審核。交易既可以是比特幣這樣的數(shù)字貨幣，也可以是債權(quán)、股權(quán)、版權(quán)等數(shù)字資產(chǎn)，區(qū)塊鏈技術(shù)解決了拜占庭將軍問(wèn)題，大大降低了現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)的信任成本與會(huì)計(jì)成本，重新定義了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的產(chǎn)權(quán)制度。

一 、什么是區(qū)塊鏈？

區(qū)塊鏈（Blockchain）是由節(jié)點(diǎn)參與的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[1]，它的特點(diǎn)是不可更改，不可偽造，也可以將其理解為賬簿系統(tǒng)(ledger)。它是比特幣的一個(gè)重要概念，完整比特幣區(qū)塊鏈的副本，記錄了其代幣（token）的每一筆交易。通過(guò)這些信息，我們可以找到每一個(gè)地址，在歷史上任何一點(diǎn)所擁有的價(jià)值。

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢淮褂妹艽a學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊組成的，每一個(gè)區(qū)塊都包含了上一個(gè)區(qū)塊的哈希值（hash），從創(chuàng)始區(qū)塊（genesis block）開始連接到當(dāng)前區(qū)塊，形成塊鏈。每一個(gè)區(qū)塊都確保按照時(shí)間順序在上一個(gè)區(qū)塊之后產(chǎn)生，否則前一個(gè)區(qū)塊的哈希值是未知的。這些特征使得比特幣的雙花（double-spending）非常困難。區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺暮诵膭?chuàng)新。

區(qū)塊鏈概念的出現(xiàn)，首先是在中本聰?shù)谋忍貛虐灼鳾2]中提到的，但是以工作量證明鏈（proof-of-work chain）的形式而存在，以下是中本聰對(duì)區(qū)塊鏈概念的描述：

時(shí)間戳服務(wù)器通過(guò)對(duì)以區(qū)塊(block)形式存在的一組數(shù)據(jù)，實(shí)施隨機(jī)散列而加上時(shí)間戳，并將該隨機(jī)散列進(jìn)行廣播，就像在新聞或世界性新聞組網(wǎng)絡(luò)（Usenet）的發(fā)帖一樣 。顯然，該時(shí)間戳能夠證實(shí)特定數(shù)據(jù)必然于某特定時(shí)間是的確存在的，因?yàn)橹挥性谠摃r(shí)刻存在了才能獲取相應(yīng)的隨機(jī)散列值。每個(gè)時(shí)間戳應(yīng)當(dāng)將前一個(gè)時(shí)間戳納入其隨機(jī)散列值中，每一個(gè)隨后的時(shí)間戳都對(duì)之前的一個(gè)時(shí)間戳進(jìn)行增強(qiáng)(reinforcing)，這樣就形成了一條鏈（Chain）。

節(jié)點(diǎn)始終都將最長(zhǎng)的鏈視為正確鏈，并持續(xù)工作和延長(zhǎng)它。如果有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)廣播不同版本的新區(qū)塊，那么其他節(jié)點(diǎn)在接收到該區(qū)塊的時(shí)間上，將存在先后差別。當(dāng)此情形，他們將在率先收到的區(qū)塊基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，但也會(huì)保留另外一條鏈，以防后者變成最長(zhǎng)鏈。該僵局（tie）的打破，要等到下一個(gè)工作量證明被發(fā)現(xiàn)，而其中的一條鏈被證實(shí)為是較長(zhǎng)的一條，那么在另一條分支鏈上工作的節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換陣營(yíng)，開始在較長(zhǎng)的鏈上工作。

比特幣錢包的功能依賴于與區(qū)塊鏈的確認(rèn)，一次有效檢驗(yàn)稱為一次確認(rèn)。通常一次交易要獲得數(shù)個(gè)確認(rèn)才能進(jìn)行。輕量級(jí)（SPV ）[3]比特幣錢包, 其客戶端在本地只需保存與用戶可支配交易相關(guān)的數(shù)據(jù)，而不會(huì)存儲(chǔ)完整的區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈技術(shù)是眾多加密數(shù)字貨幣的核心，包括比特幣、以太坊、萊特幣、狗狗幣等。維護(hù)區(qū)塊鏈的方式，有工作量證明（proof-of-work）、權(quán)益證明(proof-of-stake)等。

二、區(qū)塊鏈系統(tǒng)核心優(yōu)勢(shì)

區(qū)塊鏈體系結(jié)構(gòu)的核心優(yōu)勢(shì)包括：

任何節(jié)點(diǎn)都可以創(chuàng)建交易，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的確認(rèn)之后，就可以合理地確認(rèn)該交易是否為有效，區(qū)塊鏈可有效地防止雙花問(wèn)題的發(fā)生。

對(duì)于試圖重寫或者修改交易記錄而言，它的成本是非常高的。

區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)了兩種記錄：交易（transacTIons）以及區(qū)塊（blocks）。交易是被存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的實(shí)際數(shù)據(jù)，而區(qū)塊則是記錄確認(rèn)某些交易是在何時(shí)，以及以何種順序成為區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分。交易是由參與者在正常過(guò)程中使用系統(tǒng)所創(chuàng)建的（在加密數(shù)字貨幣的例子中，一筆交易是由bob將代幣發(fā)送給alice所創(chuàng)建的），而區(qū)塊則是由我們稱之為礦工（miners）的單位負(fù)責(zé)創(chuàng)建。

三、區(qū)塊鏈工作原理

3.1 什么是區(qū)塊？

數(shù)據(jù)通過(guò)稱之為區(qū)塊(block)的文件，永久記錄在數(shù)字貨幣網(wǎng)絡(luò)上。它們好比是一個(gè)股票交易賬本。新的區(qū)塊會(huì)被添加到記錄（區(qū)塊鏈）的末端，而且一旦書寫就很難修改或移除。

3.2 .區(qū)塊結(jié)構(gòu)

大小 字段 描述 4字節(jié) 區(qū)塊大小 用字節(jié)表示的該字段之后的區(qū)塊大小 80字節(jié) 區(qū)塊頭 組成區(qū)塊頭的幾個(gè)字段 1-9 （可變整數(shù)） 交易計(jì)數(shù)器 交易的數(shù)量 可變的 交易 記錄在區(qū)塊里的交易信息

3.3 區(qū)塊頭

區(qū)塊頭由三組區(qū)塊元數(shù)據(jù)組成。首先是一組引用父區(qū)塊哈希值的數(shù)據(jù)，這組元數(shù)據(jù)用于將該區(qū)塊與區(qū)塊鏈中前一區(qū)塊相連接。第二組元數(shù)據(jù)，即難度、時(shí)間戳和nonce，與挖礦競(jìng)爭(zhēng)相關(guān) 。第三組元數(shù)據(jù)是merkle樹根[4]（一種用來(lái)有效地總結(jié)區(qū)塊中所有交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。

3.4 區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)

大小 字段 描述 4字節(jié) 版本 版本號(hào)，用于跟蹤軟件/協(xié)議的更新 32字節(jié) 父區(qū)塊哈希值 引用區(qū)塊鏈中父區(qū)塊的哈希值 32字節(jié) Merkle根 該區(qū)塊中交易的merkle樹根的哈希值 4字節(jié) 時(shí)間戳 該區(qū)塊產(chǎn)生的近似時(shí)間（精確到秒的Unix時(shí)間戳） 4字節(jié) 難度目標(biāo) 該區(qū)塊工作量證明算法的難度目標(biāo) 4字節(jié) Nonce 用于工作量證明算法的計(jì)數(shù)器

?

3.4 創(chuàng)始區(qū)塊

比特幣區(qū)塊鏈的第一個(gè)區(qū)塊，創(chuàng)建于2009年，我們稱之為創(chuàng)世區(qū)塊。它是比特幣區(qū)塊鏈里所有區(qū)塊的共同祖先，這意味著你從任一區(qū)塊，循鏈向后回溯，最終都將到達(dá)創(chuàng)世區(qū)塊。

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都“知道”創(chuàng)世區(qū)塊的哈希值、結(jié)構(gòu)、被創(chuàng)建的時(shí)間和里面的一個(gè)交易。因此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都把該區(qū)塊作為區(qū)塊鏈的首區(qū)塊，從而構(gòu)建了一個(gè)安全的、可信的區(qū)塊鏈的根。

在chainparams.cpp里可以看到創(chuàng)世區(qū)塊被編入到比特幣核心客戶端里。

#FormaTImgID_2#

創(chuàng)世區(qū)塊的哈希值為：

0000000000 19d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f

你可以在任何區(qū)塊瀏覽網(wǎng)站搜索這個(gè)區(qū)塊哈希值，如區(qū)塊元（blockmeta），你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)用包含這個(gè)哈希值的鏈接來(lái)描述這一區(qū)塊內(nèi)容的頁(yè)面：

http://blockmeta.com/block/000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f

在命令行使用比特幣核心客戶端：

$ bitcoindgetblock 000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f{ "hash":"000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f", "confirmaTIons":308321, "size":285, "height":0, "version":1, "merkleroot":"4a5e1e4baab89f3a32518a88c31bc87f618f76673e2cc77ab2127b7afdeda33b", "tx":["4a5e1e4baab89f3a32518a88c31bc87f618f76673e2cc77ab2127b7afdeda33b"], "TIme":1231006505, "nonce":2083236893, "bits":"1d00ffff", "difficulty":1.00000000, "nextblockhash":"00000000839a8e6886ab5951d76f411475428afc90947ee320161bbf18eb6048"}

創(chuàng)世區(qū)塊包含一個(gè)隱藏的信息。在其Coinbase交易的輸入中包含這樣一句話“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout forbanks.”這句話是泰晤士報(bào)當(dāng)天的頭版文章標(biāo)題，引用這句話，既是對(duì)該區(qū)塊產(chǎn)生時(shí)間的說(shuō)明，也可視為半開玩笑地提醒人們 , 一個(gè)獨(dú)立的貨幣制度的重要性，同時(shí)告訴人們隨著比特幣的發(fā)展，一場(chǎng)前所未有的世界性貨幣革命將要發(fā)生。該消息是由比特幣的創(chuàng)立者中本聰嵌入創(chuàng)世區(qū)塊中。

四、區(qū)塊鏈分叉

誠(chéng)實(shí)礦工只創(chuàng)建最長(zhǎng)有效鏈上的最新區(qū)塊?！伴L(zhǎng)度”（Length）指區(qū)塊鏈的累計(jì)計(jì)算難度，而不是是區(qū)塊數(shù)目。當(dāng)包括在鏈中的所有區(qū)塊以及交易都有效，且是從創(chuàng)世區(qū)塊開始的鏈，才是被我們承認(rèn)的有效區(qū)塊鏈。

對(duì)于區(qū)塊鏈中的任意一個(gè)區(qū)塊，到達(dá)創(chuàng)世塊的路徑只有一條。然而，從創(chuàng)世塊開始，會(huì)有分叉的情況出現(xiàn)。當(dāng)創(chuàng)建兩個(gè)區(qū)塊的時(shí)間差只有幾秒時(shí)，經(jīng)常會(huì)創(chuàng)建出一個(gè)分叉[5]區(qū)塊。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，節(jié)點(diǎn)就會(huì)在他們最先接收到的那個(gè)區(qū)塊上創(chuàng)建區(qū)塊。無(wú)論哪一個(gè)區(qū)塊包含在下一個(gè)區(qū)塊中，它都會(huì)成為主鏈的一部分，因?yàn)檫@條鏈更長(zhǎng)。

短鏈（無(wú)效鏈）中的區(qū)塊沒(méi)有什么作用。當(dāng)比特幣客戶端切換至另外一條更長(zhǎng)的區(qū)塊鏈時(shí)，短鏈中的所有有效交易區(qū)塊都重新添加到序列交易池中，且會(huì)包含在下一個(gè)區(qū)塊中。短鏈中的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)不會(huì)呈現(xiàn)在最長(zhǎng)的區(qū)塊鏈中，因此實(shí)際上他們是有損失的，這就是為什么需要網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)制的100個(gè)區(qū)塊的成熟時(shí)間來(lái)讓產(chǎn)生存在。

在短鏈中的區(qū)塊，我們通常稱之為“孤兒塊”（orphans）。這是因?yàn)椋陂L(zhǎng)鏈中這個(gè)生成交易并沒(méi)有父系區(qū)塊，因?yàn)檫@些生成交易在交易PRC列表中顯示為孤兒。一些礦池誤解這些信息，聲稱他們的區(qū)塊是”孤兒“。事實(shí)上，這些區(qū)塊都有父系區(qū)塊，而且甚至可能有子系。

五、區(qū)塊鏈衍生概念

5.1 公鏈（public blockchain）

公鏈，是指全世界任何人都可讀取、發(fā)送交易且能獲得有效確認(rèn)的共識(shí)區(qū)塊鏈。公鏈的安全由工作量證明機(jī)制（pow）或權(quán)益證明機(jī)制(pos)等方式負(fù)責(zé)維護(hù)。它們是以經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)與加密數(shù)字驗(yàn)證相結(jié)合的方式而存在的，并遵循著一般原則：每個(gè)人從中可獲得的經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)，與對(duì)共識(shí)過(guò)程作出的貢獻(xiàn)成正比。這些區(qū)塊鏈通常被認(rèn)為是“完全去中心化”的。

5.2 共同體區(qū)塊鏈：（Consortium blockchains）

共同體區(qū)塊鏈，是指其共識(shí)過(guò)程受到預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈；例如，有15個(gè)金融機(jī)構(gòu)組成一個(gè)共同體，每個(gè)機(jī)構(gòu)都運(yùn)行著一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且為了使每個(gè)區(qū)塊生效需要獲得其中10個(gè)機(jī)構(gòu)的確認(rèn)。區(qū)塊鏈或許允許每個(gè)人都可讀取，或者只受限于參與者，或走混合型的路線，例如區(qū)塊的根哈希及其API（應(yīng)用程序接口）對(duì)外公開，API可允許外界用來(lái)作有限次數(shù)的查詢和獲取區(qū)塊鏈狀態(tài)的信息。這些區(qū)塊鏈可視為“部分去中心化”。

5.3 私鏈（private blockchain)，又稱無(wú)代幣區(qū)塊鏈（Token-less blockchain）

完全私有的區(qū)塊鏈 , 是指其寫入權(quán)限僅在一個(gè)組織手里的區(qū)塊鏈。讀取權(quán)限或者對(duì)外開放，或者被任意程度地進(jìn)行了限制。相關(guān)的應(yīng)用囊括數(shù)據(jù)庫(kù)管理、審計(jì)、甚至一個(gè)公司，但在很多的情形下，公共的可讀性并非是必須的。

關(guān)于沒(méi)有原生代幣的系統(tǒng)，是否能被稱為區(qū)塊鏈，仍然有著很大的爭(zhēng)議。一些人認(rèn)為，沒(méi)有代幣的區(qū)塊鏈，可以一種分布式多版本并發(fā)控制(MVCC)數(shù)據(jù)庫(kù)[6]的形式而存在。多版本并發(fā)控制，可防止兩筆交易在數(shù)據(jù)庫(kù)中修改一個(gè)單一列，而區(qū)塊鏈，則是阻止兩筆交易在區(qū)塊鏈中的單個(gè)輸出（ output）。

六、 公鏈和私鏈的特點(diǎn)

共同體區(qū)塊鏈結(jié)合了公鏈的“低信任”和私鏈的“單一高度信任” , 提供了一種混合的模式，而私鏈可以更精確地描述為帶有一定程度數(shù)字加密功能，可管理（permissioned）的傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)。

公鏈特點(diǎn)：

私鏈特點(diǎn)：

七、區(qū)塊鏈發(fā)展及應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)作為數(shù)字貨幣的底層技術(shù)，已引起了金融世界的高度重視，包括高盛、摩根大通、匯豐銀行、花旗銀行、紐約梅隆銀行、巴克萊銀行、瑞銀（UBS）、蘇格蘭皇家銀行、摩根士丹利在內(nèi)的眾多金融機(jī)構(gòu)，均與區(qū)塊鏈公司進(jìn)行了合作，研究區(qū)塊鏈技術(shù)在金融市場(chǎng)的應(yīng)用。世界經(jīng)濟(jì)論壇更是大膽預(yù)測(cè)，到2027年世界GDP的10％將被存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上[7]。

當(dāng)前，與區(qū)塊鏈相關(guān)的應(yīng)用及公司，包括但不限于：

公證防偽：公證通（factom）、Monegraph、Stampery、Bitproof、Uproov、Chronicled、Blockai;
智能合約：彩色幣（coloredcoin）、閃電網(wǎng)絡(luò)（lightning-network）、側(cè)鏈（sidechain）、Tendermint、Chronicled、SuperNET、Blocknet、Tezos、Openchain、Crypti、Rubix、MultiChain、超級(jí)賬本（hyperledger）、The DAO（the-dao）、WAVES、Synereo、WINGS、CyberMiles（cyber%e2%80%8b%e2%80%8bmiles）;
物聯(lián)網(wǎng)：ADEPT、Filament、Tilepay、Slock.it（slock-it）;
身份驗(yàn)證：BlockScore、Shocard、LaunchKey、BitNation;
預(yù)測(cè)市場(chǎng)：Augur、Truthcoin、Futarchy;
資產(chǎn)交易：比原鏈（bytom）、量子鏈（qtum）、Medici、SETL、Symbiont、DAH、SETL、SWARM、Koinify、Lighthouse、Safe Cash（safe-cash）、t?（t0）、Linq、Colu、元界（metaverse）、瑞資鏈金融（reitschain）、OpenLedger;
電子商務(wù)：OpenBazaar、Eris、BitXBay、Bitmarkets、Skuchain、Purse;
社交通訊：Gems、Codius、比特信（bitmessage）、Twister、Clucker、Diaspora;
文件存儲(chǔ)：MaidSafe、Enigma、Filecoin、公證通（factom）、Storj、Tau、Dfinity、BitCloud、IPFS、Mediachain;
數(shù)據(jù)API：Coinalytics、Blocktrail、BlockCypher、TradeBlock、Scorechain、Gem;
其它：Tierion、Safe Cash（safe-cash）、bitwage、Crypti、IPFS、DECENT、億書（ebookchain）、好撲區(qū)塊鏈（hoopox）、Energo、天算（delphy）;
銀行結(jié)算：R3CEV、Corda;
區(qū)塊鏈金融：iCube;
操作系統(tǒng)：亦來(lái)云（elastos）;

規(guī)則易于修改（交易，余額等）；

交易成本低（交易只需幾個(gè)受信節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證即可）；

讀取權(quán)限受限；

中立、開放、去中心化；

不可更改，不可撤銷；

擁有網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。

抗審查性高；

來(lái)源：挖鏈網(wǎng)