区块链是什么

　 区块链是什么 分布式数据库，一个不能随便更改的数据库。关注科技的人会知道，这并不是什么新发明，只是通过技术手段将原来存储数据的中心(公司或政府)去掉而已。

　　经历了资本和市场的起起落落，区块链正在从“风口上的猪”回归到现实的尘埃。参与区块链的人群也是大道朝天，各走一边。一些人，他们从来没有相信过它将改变世界，仅仅是因为赚钱效应。一些人，他们相信它所许诺的未来，它将走进生活，改变生产和组织方式，以一种前所未有的方式，就像马车时代，无法想象汽车的样子。按键手机时代，无法想象全屏幕的样子。

　　最初，区块链的口号是颠覆世界，至少目前来看，区块链承载不了这个期望。等到资本泡沫散去，故事不再动听，需要实际落地的东西来打动人心。但是不管怎么说，区块链依然有自己的独特性。

　　区块链，顾名思义，是由一个个区块以链条(有序列表)的形式构成。其中每一个区块是由区块头(head)和区块体(body)两部分组成的数据结构容器。

一、区块

　　如下图一所示的创世区块，区块头包含 3 个区块元数据集合。

　　1、前指针，即前序区块哈希(previous block hash)，是前一个区块的哈希值，以此来链接上一个区块和本区块。

　　2、元数据集，包括难度(difficulty)、时间戳(timestamp)、随机数(nonce)。图示中，我们只看到随机数(nonce)，后面文章会做详细解释。时间戳(timestamp)就是区块链大致的创建时间，

　　3、哈希，即包含所有交易的默克尔树的根(merkle root)的哈希值。

　　区块体，就是下图中的 Tx 部分，包含所有的数据结构(即交易记录)。

二、哈希

　　哈希(hash)，是上述描述中的高频词汇，那到底什么是哈希呢 所谓的“哈希”，是计算机对任意内容，计算出的一个长度相同的特征值。

　　区块链的哈希值长度是 256 位，一般显示的是十六进制，长度是 64 位，换算成二进制就是 256 位。如下图二所示，字符串 1 的哈希值是

　　不一样的数据内容对应的哈希一定是不同的，只要原始内容一样，对应的哈希一定是相同且唯一的。

　　哈希的计算公式是 hash = SHA 256(区块头)，SHA 256 就是区块链的哈希算法。它本质上是一个加密散列函数，用来进行文件效验、数字签名和鉴权协议。

　　计算机很容易计算，但是根据哈希值反过来推导就很困难。就好比，计算 2019 乘以 1024 并得到答案很简单，不用计算机直接笔算可以轻松得到 2067456。但是，现在要你反过来根据 2067456 推导出 2019 和 1024 这两个数字，那就很困难了。由此看出，哈希算法是一种只能加密，不能解密的密码学算法。所谓“挖矿”，可以简单理解为根据结果猜 2019 和 1024这两个数字的过程，一次又一次的去猜数字。

　　每一个区块对应一个唯一的哈希，每一个区块只针对区块头进行简单的哈希计算，获得唯一的标识。因此，区块哈希并没有包含在数据结构中，即不会在区块传输时存在，也不会作为区块链的一部分保存到相关的存储设备中。实际上，区块哈希只在网络接收区块的时候才自行计算生成。

　　如图一所示，区块中还有一种标识，就是“区块高度”，意思是指每一个被加到上一区块顶部的后续区块，都要比前一区块“高”一个位置，于是，用区块高度形象的表述。虽然它同样不是数据结构的一部分，区块高度并不能作为唯一的标识符，但可以作为元数据存储的一个索引数据库，提高读取速度。

三、随机数

　　随机数(nonce)，用于查找有效哈希值的数字。由哈希介绍知道，只要原始内容一样，对应的哈希一定是相同且唯一的。每一个哈希值无法提前预知，也不能创建模式使其产生，需要不停地尝试，直到找到一个与目标值匹配的哈希值。但是，区块的内容都是一样的，产生的哈希值就是一样的，所以需要加入一个随机数，构造出一个新的数据内容产生新的哈希值，重新验证是否是所需哈希值。

四、难度(difficult)

　　如图三看出，每一个区块的哈希都是以至少 4 个 0 开头。因为一般的哈希计算耗时很短，如果只是把区块头进行哈希计算，每个人都可以轻松完成记账。为了让哈希算法更有挑战性，保证只有一个人拥有记账权，哈希的结果必须以若干个 0 开头，这就是所谓的难度(difficult)。

五、默克尔树

　　默克尔树，也被称为二叉哈希树(binary hash tree)，就是由加密哈希组成的数据分支结构。如图四所示，不同于我们理解的树，这里的默克尔树的“根”常常被放在最上面，“叶子”在下面，它的叶子就是当前所有区块的哈希值，可以理解为存储哈希值的一棵“倒立”的树。

　　默克尔树汇总区块中的所有哈希值，用来高效验证交易是否包含在区块链中。通过递归算法计算一对对节点的哈希值，直到只剩一个节点，即默克树根。证明一个特定交易包含在区块中，形成一条从交易扫根的路径，叫做默克尔路径。

　　随着交易数的增长，区块的大小增长迅速，从 4 KB、16个交易，到16 MB、65535 个交易，但是默克尔路径增长慢得多，仅仅从 128 字节增长到 512 字节。有高效的默克尔树，节点可以只下载区块头，通过其他完全节点获取一个很小的默克尔树路径，即可以判断交易是否包含在区块链中。

六、区块链的不可修改性

　　区块头包含当前区块哈希，还有上一个区块哈希，如果其中一个区块的数据发生改变，其对应的哈希也随之发生改变。如图五所示，区块 2 随意添加数据“data”，哈希值变更为非 4 个 0 开头，需要我们点击“挖矿”，运行公式 hash = SHA256(区块头)，重新计算哈希，获得匹配要求的哈希值。因此，如果区块链中其中一个区块发生变化，需要从变化的区块开始依次重新运行哈希算法，获得符合要求的哈希，以便让后序的区块重新连接起来。区块链保证了自身的可靠性，数据一旦写入，就无法被篡改。这就像历史一样，发生了就是发生了，从此再无法改变。

　　区块链作为无中心管理的分布式数据库，从2009年开始已经运行了8年，没有出现大的问题。这证明它是可行的。但是，为了保证数据的可靠性，区块链也有自己的代价。一是效率，数据写入区块链，最少要等待十分钟，所有节点都同步数据，则需要更多的时间;二是能耗，区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算，这是非常耗费能源的。因此，区块链的适用场景，其实非常有限。

　　数字化技术的特点使数字金融去掉了中间环节，以点对点的支付清算和非担保的交易交收为核心特点，区块链和数字货币是满足这些需求的最好技术方案。

　　区块链技术的特点就是足够数字化，是跨境、跨时空、跨组织的，同时也是分布式的、自组织的、去中心的。去中心不是指社会治理的去中心，而是商业活动的去中心。真正基于区块链的应用从一定程度上，都要体现上面的两个特色，这也是区块链的巨大潜力，让我们拭目以待。

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编译者/作者：比德财经

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