浅说区块链基础
# 1. 到底什么才是区块链？
这一章主要聊一下区块链是什么，以及它的发展历程。
# 1.1 区块链和区块链行业
区块链是一个崭新的行业，这个行业是通过比特币形成的，比特币的代码通过 fork 修改再发布形成了莱特币、点点币等，早些时候这些币种被称为"山寨币"。除了比特币之外，一些大神，比如以太坊的创始人 V 神（Vitalik），再比如比特股、Steem 和 EOS 的创始人丹（ Dan ）等觉得比特币这棵树不够自己发挥的，于是相继种下了自己的"树"，树变树林，最终形成了一个崭新的行业，称为区块链行业。
区块链让两类人趋之若鹜：
- 具有理想主义情怀的极客提出的去中心化
- 以赚钱为目标的投资人和生意人
前者为后者提供了极佳的赚钱土壤，后者为前者注入了赖以生存的资金。这两个也就是区块链行业通常所说的链圈和币圈。现在这两个圈子逐渐融合，也就形成了目前的区块链行业。
# 1.2 区块链究竟是什么
简单来说，区块链首先是一个分布式网络。比如你和你朋友异地开黑就可以看成一个分布式网络，朋友喊你开团战，你参与了团战，这就是达成共识并同意共识的过程。
区块链也是一样，让所有的独立节点想要达成共识去做同一件事情，是区块链在技术上首先要解决的问题，这就是我们常说的共识过程，也是“去中心化”这个概念的直接来源。
区块链在整个系统本身具有一个自己的 Token（"通证"、"代币"等），其实最简单的理解就是“虚拟资产凭证”，它可以是我们的股权，也可以是票据，也可以是游戏积分，凡是需要资产记账的地方都可以用 Token 来做。下面用一个例子来解释这个 Token：
回头看上面那个例子。如果你参与了团战，你的朋友就要支付你 1 元，请问这个系统怎么做？注意，我这里说的不是银行卡转账，我就是指在游戏里面，你所在的这个分布式网络中，在你参加团战之后，对方通过这个分布式网络直接支付 1 元给你。
很多人就会说：“直接做到 App 里面呗”，可是你要知道，我并没有说支付“1 元人民币”啊，也有可能是 1 游戏积分，这个游戏积分未必是王者荣耀发行的，你有没有想过这个积分是你的朋友发行的？
你肯定会说，那我要这个积分有什么用呢？好，假设你的朋友是个超级富豪，他说你陪我玩游戏，但我不想支付你法币，我用我自己发的游戏积分给你，你看我老爸在国外开游戏积分交易所的，我的游戏积分在上面交易，你每次帮我开团，我就给你积分，你拿去自己交易换成其他资产，美元啊什么都可以。
想象一下，你的土豪朋友每次语音说“谢谢你帮我开团成功”，你就拿到 1 游戏积分，而这 1 游戏积分和腾讯没半毛钱关系，却又让这个语音与这 1 游戏积分同步生效，区块链其实就是在解决类似的事情。这里的积分可以理解为具有流动性的虚拟资产，但流动性又没有虚拟货币好，而且它不属于虚拟货币。
说了这么多，现在总结一下区块链是什么：
- 区块链是一个分布式网络；
- 区块链可以帮助多个节点达成共识去记录和 Token 相关的事情；
- 区块链可以帮助所有人无门槛地构建属于自己的小经济系统。
# 2. 区块链到底是怎么运行的？
这篇文章将以比特币区块链为例来讲解区块链到底是如何运行的。
# 1）中心化记账的问题
我们借鉴了一个区块链描述中的经典情景来模拟中心化记账。
假设有一个有百户居民的村子，其中有一位德高望重的村长，村长有一个儿子。村民们都把钱存到村长家，村长负责记账。比如，张三用 1000 买了李四家的牛，村长就把张三名下的存款减去 1000，李四家加上 1000。这就是中心化的记账，村民都相信村长，才愿意把钱存到村长家。
可惜好景不长，老村长由于操劳过度，驾鹤西去了。新上任的村长儿子铁蛋却会私下篡改账本，人们对他不信任。这时候有个叫中本聪的人站了出来，他说他设计了一套系统，可以不依赖任何人记账，于是，众人开始将目光集中到他的身上，分布式记账到来了。
# 2）公开记账
中本聪说他的系统稍微麻烦一点，需要干三件事儿。
- 每家每户都派发一只信鸽。这就是 P2P 网络，是一个点对点的分布式网络，如果不好理解，你先不用理会，我会在后面讲到。
- 每家每户都发一个特殊的印章和一个扫描器。这个扫描器有两个功效，一是识别他人的交易是否真实有效，二是识别这个交易是不是自己账号的，同时识别并解锁未花费的余额。这就是非对称加密。
- 每家每户可以参与记账，不过不再记余额，而是记交易本身的内容。这就是区块链中的交易，这个“交易”对应的英文单词是“Transaction”，这是个专有名词，专指一笔账，不同于金融交易的 Trade。
这三条总体来说其实是干一件事情，就是：
每家每户都记账，账簿上不再记载每户村民的余额，而只记载每一笔 Transaction，即记载每一笔交易的付款人、收款人和付款金额。
为了不让账本混乱，需要大家统一账本，保证大家的账本都是一致的，这就需要广播机制。
中本聪说，其实很简单，我们现在先把全村所有人的资产都加起来。还真巧了，刚好 100 万。
中本聪接着说：“只要账簿的初始状态确定，并且每一笔交易可靠并按照物理时间自然记录，并且只加不改不删，这样，当前每户持有多少资产是可以推算出来的。”
中本聪说我现在把我的印章给你们看，这个印章很特殊，盖的章有两块标记，第一块是一个可以识别的标记，比如我往纸上一敲，可识别的标记是 1MsTg2。这就是你们的代号，由于我们账本是公开的，使用真实姓名会很危险，所以你们记账的交易单上收款人、付款人都填这个码，不用写姓名。你的扫描器和你的印章生成的代号是关联的，有且仅有持有对应扫描器的人才能花费金额，这一步即为“解开交易”。
刚刚说印章有两块，这第二块内容配合这个扫描器才能看，肉眼看则都是乱码，扫描器一扫就知道第二块内容是否有效，这一步也就是“交易验证”。
并且所有交易大家都能接收，都能看到，但却解不开印章乱码部分的内容，仅仅收款方才能解开，因为你的扫描器和你印章生成的代号是关联的，有且仅有持有对应扫描器的人才能解开交易。
以上就是区块链中公开记账的过程。公开记账就是全网所有人都可以随时查看一套账本，然后按照规则透明公开地进行记账。
# 3）创建创世区块
创世区块是我们生成全村公开账本的第一笔交易的第一个信封，好比一篇文章总得有个开头一样。
于是乎，中本聪说我先生成第一个 Transaction，这个交易单的付款人为空，收款人是村长，付款金额是 100 万，因为是创世区块，产出多少个是可以随意规定的，由于我们上面统计了全村的账目情况，所以我就写了 100 万，待会儿付款给村长以后，我们可以按照原来的账本给大家发送对应的金额过去。
好了，我们有了第一笔交易，第一个信封也已经做好了。现在让村长把信封传给张三，张三复印一份，然后传给李四，李四继续传下去，一传十，十传百，直到传给全村人，这个步骤也就是“同步区块”，也就是全网都拿到这个信封，以及信封里面的 Transaction。
# 4）交易
由于上一节我们的创世区块把 100 万交给了村长，那么我们假设张三在村长那里的存款余额是 10 万，这时候村长要根据原来的旧账本，把这 10 万发送给张三，然后把旧账本上的账划掉。下面我们讨论一下如何构造这笔交易。
中本聪开始教村长写交易单，把 100 万分成两部分，第一部分 10 万，收款人是张三；第二部分是 90 万，收款人是自己；这样一个 Transaction 就做成啦：
100 万 10 万，张三
90 万，自己
2
前面我们说了，不能直接写名字，要写代号，这个代号也就是你的钱包地址，我们需要把收款人写名字的地方，让收款人拿出自己印章，把代号读出来，然后告诉村长即可。村长写好 Transaction 以后，还需要拿出自己的印章，在 Transaction 上盖章，这个盖章的过程也就相当于区块链中的签名。这个章，全村人都可以拿扫描器扫一下验证是否有效，即验证付款人的章是否有效。
100 万 10 万，张三的印章（1s25vR）
90 万，村长的印章（13gYip）
2
就这样，村长一共写了 10 份 Transaction，分别代表了发送给不同人的交易，张三一笔 10 万，李四一笔 1 万，等等。
# 5）打包 Transaction（挖矿）
现在我们有了 Transaction，但是还需要东西把 Transaction 装起来，我们用一个特殊的信封把 Transaction 装起来，这个信封就是区块链中的“区块”，这个封装过程就是“打包交易”。
为什么要封装起来呢？是为了让打包交易的人能够在信封上署名，表示这次打包是由某某某打包的，其次全村的交易可能非常多，需要装配标号，方便大家查询。
我们看到上述的 Transaction 虽然已经生成，但是有个问题，就是没有规定谁有权利把 Transaction 封装到信封里。我们在开篇的故事中看到了中心化操作肯定是不行的，假设在全村人中，这时候如何筛选出这些打包的人呢？
中本聪这时候说了，由于我们村的人口增长，100 万未来可能不够，我们暂定 150 万，那多余的 50 万，我们就当奖励给这些装信封的人了，当然不能一次性给，谁装一次信封就领 3 个币。
这时候大家伙儿来劲了呀，只要装信封就能够领钱了，我们在这里把符合条件的人称作矿工。
但是中本聪又说了，要获得这个装信封的权利，是有条件的。我给大家出一个难题，谁先解出这个难题的答案，谁就有权利把 Transaction 装到一个信封中，并且要在此信封上盖上自己的章。
这个难题是这样的，它有两大特性，第一是容易验证，第二是计算过程非常复杂。
例如，有种棋牌类游戏叫作“24 点”，玩法就是给出任意 4 个整数，通过整数运算得到 24，比如现在给出 2、9、1、5 四个数，答案是（5-2）*（9-1）= 24。当然，本处仅是举例，“24 点”游戏的答案空间非常小，是远远不够生成信封的。
答案非常好验证，但是计算过程是一个尝试的过程，需要耗费大量的精力。而在真实的比特币中，采用的是寻找符合条件的目标哈希，这也就是比特币矿工所做的事情。
好了，这时候大家开始计算给出的难题，刚好李四第一个计算出来，那么这次装信封的操作就由李四完成，李四把 10 份 Transaction 装到信封中，也就是打包 Transaction，并且要在信封背面写上一个信封的摘要信息。
比如上一个信封中的第一个交易是什么、信封封面长什么样，最后要在信封上盖上章，也就是“签名”，矿工签名的目的是为了领币，也就是 Coinbase 交易。
以上过程在区块链领域称作“打包 Transaction”，也就是大名鼎鼎的“挖矿”。
# 6）广播交易
来说说上文提到的广播交易，广播是为了让全村人知道当前时刻你产生了一笔 Transaction，或者是你装好了一个信封。
广播的内容分两种，一种是广播 Transaction，一种是广播信封。第一种广播是意味着还有未被打包的 Transaction，而第二种广播信封则意味着这个 Transaction 已经被某个矿工确认。
收到了广播的通知后，大家先验证信封上难题的答案是否正确，这样便可以验证出信封是否被伪造，接着验里面的每笔交易，最后还要验证信封背面的内容，即上一个信封的摘要是否正确。因为上一个信封大家都已经确认，所以这样可以极大地规避作弊的可能。如果觉得没问题，就可以存入本地数据库中了。
至此，全村人的记账问题就差不多解决啦。