区块链介绍

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区块链是什么

顾名思义，区块链是一种数据以区块为单位产生和存储，并按照一定顺序首尾相连形成链式结构的一种存储方式，但是区块链同时具有几个关键的特点：去中心化，防篡改，可回溯，可靠，匿名。正因为这些特点，似的区块链成为了既大数据、云计算、人工智能后的新一代信息技术。

区块链是怎么实现的

先了解一个概念，区块。区块是链式结构的基本数据单元，聚合了所有相关信息，主要包含区块头和区块主体两部分。区块头主要由父区块哈希值(Previous Hash)、时间戳(Timestamp)、默克尔树根(Merkle TreeRoot)等信息构成；区块主体一般包含一系列需要记录的数据。

区块是如何产生的？

区块链是去中心化的，想在区块链上记录数据，首先要连接至少一台服务器，把我们希望上链的数据上传上去，每台服务器通过广播的方式把自己收到的数据发送给已知的其他服务器，通过不断地广播，每一台服务器最终都会收到完整的数据。同时每台服务器每隔一段时间，比如15分钟会把收到的数据通过一定的运算生成一个区块，并且追加到已有区块链的尾部，并广播给其他服务器其他服务器会验证这个区块的有效性，如果有效也会追加到自己已有区块链的尾部，这样一个区块就成功的加入到了区块链上

但是有几个关键的问题需要解决

第一个问题，哪台服务器有资格记录数据并广播呢？

我们通常的存储部署方式是主从的结构，但区块链不是，区块链是去中心化的，要求所有服务器都有平等的，就是说任何人都可以记录。那怎么保证记录的数据不会被覆盖或者冲突呢。为了解决这个问题，区块链都会有一个共识算法，这个算法其实就有一套哈希算法，但是他有约束条件，比如算出来的哈希值必须小于一个值。因为有了这个约束，给算哈希值就增加了难度，每台服务器就会不断地基于收到的每条数据进行计算，并且把计算的结果两两结合在进行计算，最后得到一个最终的哈希值，这种结果就是默克尔树，

默克尔树根的哈希值就是最终的结果。看谁先算出来符合条件的哈希值谁就有资格记录数据。当第一个算出来的服务器算出来后就会负责记录和广播，而其他服务器就负责验证这个值是不是正确的就可以了。这个过程好比不对称加密，验证密码是否正确很简单，但是破解缺很难。正是这种不对称的算力才得以让这种机制能够运行。这个过程通俗讲叫挖矿。

但是这种算法只能减低冲突的概率并不能完全避免，试想假如真的有两台服务器在几乎同一时间（不用完全相同，因为还有广播的时间）算出来正确的值记录并广播，那数据不也会不一致吗？

区块链为了解决这个问题，提出了分叉和最长链的概念。也就是说如果一台服务器同时接收到两条正确的数据，那都会进行记录，但是会分叉，如下图所示，

这种情况下这两个区块都是正确的。但是接下来服务器就会基于较长链的尾部区块作为父区块继续添加其他的区块，因为冲突的概率很低，在加上产生一个区块的周期也比较久，这样只要时间够长，总会有一个比较长的链产生，而短的那条链上的数据就自动变成无效数据。所以在区块链的世界里，并不是被写入就有效，而是要至少连续确认几个区块之后再算真正的写入了区块链里。

去中心化的系统安全吗

同时因为采用这种实现，想要改变一个区块链上的数据，就必须要在要改变的区块前进行分叉，并且要不断添加新的区块让这个篡改数据的分叉变成最长的分叉才可以，要达成这个条件至少要拥有51%的算力才可以，而如果一个区块链的服务器足够多，那这件事就成了一件不可能完成的任务。也正因为如此区块链才是不可篡改，可信任的

而且写入区块链之前只需要有一对私钥和公钥即可，用私钥签名，用公钥验签，让区块链系统知道确实是你在写入数据即可，并且一个私钥写入的数据只会不断通过区块的形式进行追加，并不能对之前写入的数据进行更改。

所以区块链就具备了去中心化、防篡改、可回溯、可靠而又匿名的特点

区块链的弊端

看完了区块链的实现，区块链最大的弊端就是效率问题，因为共识算法的计算难度，导致每一个区块生成的效率是很低的，互联网普遍是高并发的场景，区块链的吞吐量和效率问题就导致很多场景无法落地。虽然目前已经在不断优化共识算法，最早使用的pow工作量证明，目前已更新的pos和dpos算法，比如以太坊去年就升级为pos算法解决它的拥堵问题。但效率依然是区块链比较大的问题区块链的共识算法也会造成大量的资源浪费，算力背后就是资源，很多算力其实是无效的，无效的算力就意味着无意义的资源浪费而且区块链要正常运行，必须要鼓励大量的算力加入并进行这种共识运算才能保证安全，为了鼓励大量的算力加入，目前的做法就是发币并且可以交易，那每次写入区块链就必须要付出一定的成本，所以使用区块链不是免费的