每个人都可以说说区块链是什么样的（第 1 部分）

继人工智能之后，区块链可谓是风投（和赚钱）最热门的领域。 一时间，“三点钟团”、“币圈”等新标签引起了大家的关注。 甚至在很多人眼里，区块链就像今天的互联网，是未来最重要的基础技术之一，重塑着几乎每一个可以产生“交易”的领域，而基于区块链的数字货币（目前以比特币为首）和以太坊）被视为货币发展的必然趋势。

在各种刷文章的影响下，很多人对区块链和比特币可以说一二三四五，比如中心化、工作量证明、双重支付、数字签名、挖矿、智能货币等等。 . 但我想从区块链最重要的基本技术原理出发，清楚地描述区块链长什么样子比特币长啥样，如何实现“交易”功能，同时看看目前的区块链有哪些局限性。 但是，整个行业正在做出怎样的努力来突破和克服这些局限性，区块链在这个过程中有、正在、能够开展什么样的应用等等，都不是一件容易的事情。 小程想试试系列周报。

由于比特币是区块链技术的第一个大规模应用，因此在这一系列的周报中，小程经常会以比特币为例介绍区块链，进而衍生到其他实现区块链的方法。

抛开比特币是不是“货币”的哲学问题，我们暂且把比特币看成是一个纯粹的转账系统（事实上，中本聪在发明比特币时，将其定义为“点对点的现金转账系统”） ”）。 且看他是如何实现“转”的。

我们习惯于谈论银行账户里有多少钱。 其实本质上就是银行账户上的一个号码，银行认可这个号码可以到银行兑换现金。 这和比特币系统是一样的，一个地址（可以看成是一个账户）上有一个BTC（比特币）的数字，只不过通常银行账户上的数字和现金是1:1关系（相同的货币），而比特币系统则不是。

因此，转账实际上是“减去一个账户的数量，相应地增加另一个账户的数量”。 对于银行来说，自然有交易双方的银行和中央银行（统称银行系统）作为可信赖的机构记录上述操作。 对于比特币系统来说，区块链的设计是让很多用户共同参与来记录以上操作（也就是记账）。

在这里，小程首先讨论“多个用户”如何协调记账。 首先，我们来看看这本“书”长什么样子：

每个区块相当于一页记账纸，记录了这一页的记账时间和一批转账记录（即交易）。 同时，每个块都包含其前一个块（如下所述）的哈希值作为指针，从而形成一个连接块链。 从创世块（历史上第一个区块）开始，最长链上的每一张“账本纸”都被“钉”在一起，成为大家公认的账本。

在详细介绍之前，先介绍一下上图中出现的几个重要的基本技术原理：

哈希算法/哈希算法（Hash）

即任意长度的输入通过一定的方式转化为固定长度的输出，输出为哈希值（Hash value）：Y = H(X)。 例如：

当然，上面的算法太简单了。 如果要应用于支付这样的高安全场景，哈希算法必须具备以下特点（注：以下并非精确定义，只是为了便于理解）：

常见的哈希算法有MD5、SHA-256、SHA-512等，比特币采用SHA-256算法，生成的哈希值相当于一个256位的二进制数串（或64位的十六进制数）：

Hash在比特币区块链中有大量的应用，比如利用防碰撞特性，将一个区块或交易的信息作为原文得到哈希值，可以作为区块的唯一标识或交易（因为不同区域的区块或交易信息会得到不同的哈希值），比如利用secret特性将公钥（下文提到）转换为地址，比如利用puzzle-friendly特性实现工作量证明（后续周报会提到）等。

默克尔树

从上面的区块链结构图中可以看出，每个区块中记录了很多交易。 如何方便地整理和验证这些交易信息？ 一种可能的方法是哈希列表：

比特币区块链使用另一种方法——Merkle Tree：

显然，如果采用哈希表的方式，需要获取所有交易的哈希值来验证一笔交易是否存在，因为只有这样，根哈希的重新计算和比较才能相同。 而如果采用默克尔树的方式，只需要少数几个节点（认证路径）与目标交易重新计算，比较根哈希是否相同。

公钥加密算法

现在常用的加密方式是对称加密算法，即加密使用的算法不是保密的，而是保密算法使用的密钥（比如算法是把每个文本和后面的第N个文本倒过来）转，N 是关键）。 实际的对称加密算法要比这复杂和安全得多，常见的算法有DES和RC4。 但问题是这类算法使用相同的密钥进行加密和解密。 如果要在开放的网络上进行通信，如何才能安全地将密钥告知对方呢？

公钥加密通过配对两个密钥（私钥和公钥）巧妙地解决了这个问题：

这样，只要通信双方妥善保管好自己的私钥，公开自己的公钥，就可以安全地进行通信。 例如，如果发送信息的一方用指定接收者的公钥对发送的信息进行加密比特币长啥样，则只有指定接收者拥有解密这条信息的私钥。

常见的公钥加密算法有RSA、ECC（椭圆曲线算法）、ElGamal等，比特币使用的是ECC算法。 使用比特币钱包的用户可以随机生成一对私钥/公钥对，然后将公钥通过哈希转换为钱包地址，并使用私钥对从该地址发出的转账交易进行签名（如下所述）。 可以证明转账交易确实是用户本人所为（具体工作方式将在后续周报中提及）。

那么具有这种特性的公钥私钥对是如何生成的呢？ 不重要……跟区块链没关系，不过如果你真的有兴趣，可以参考下图：

电子签名

在现实生活中，小程签署了一份文件，说明了两件事：

数字世界中的数字签名是通过结合哈希算法和公钥加密算法来实现的：

好了，以上就是小程认为了解区块链最重要的基础技术。 后续小程将真正展开区块链的样貌，看看一笔交易是如何从发起到被接受的。 记录。

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