區塊鏈是什麼？一句話，它是一種特殊的分佈式數據庫。
首先，區塊鏈的主要作用是儲存信息。任何需要保存的信息，都可以寫入區塊鏈，也可以從裡面讀取，所以它是數據庫。
其次，任何人都可以架設服務器，加入區塊鏈網絡，成為一個節點。區塊鏈的世界裡面，沒有中心節點，每個節點都是平等的，都保存著整個數據庫。你可以向任何一個節點，寫入/讀取數據，因為所有節點最後都會同步，保證區塊鏈一致。
二、區塊鏈的最大特點
分佈式數據庫並非新發明，市場上早有此類產品。但是，區塊鏈有一個革命性特點。
區塊鏈沒有管理員，它是徹底無中心的。其他的數據庫都有管理員，但是區塊鏈沒有。如果有人想對區塊鏈添加審核，也實現不了，因為它的設計目標就是防止出現居於中心地位的管理當局。
正是因為無法管理，區塊鏈才能做到無法被控制。否則一旦大公司大集團控制了管理權，他們就會控制整個平臺，其他使用者就都必須聽命於他們了。
但是，沒有了管理員，人人都可以往裡面寫入數據，怎麼才能保證數據是可信的呢？被壞人改了怎麼辦？請接著往下看，這就是區塊鏈奇妙的地方。
三、區塊
區塊鏈由一個個區塊（block）組成。區塊很像數據庫的記錄，每次寫入數據，就是創建一個區塊。
每個區塊包含兩個部分。
區塊頭（Head）：記錄當前區塊的元信息
區塊體（Body）：實際數據
區塊頭包含了當前區塊的多項元信息。
生成時間
實際數據（即區塊體）的 Hash
上一個區塊的 Hash
…
這裡，你需要理解什麼叫 Hash，這是理解區塊鏈必需的。
所謂 Hash 就是計算機可以對任意內容，計算出一個長度相同的特徵值。區塊鏈的 Hash 長度是256位，這就是說，不管原始內容是什麼，最後都會計算出一個256位的二進制數字。而且可以保證，只要原始內容不同，對應的 Hash 一定是不同的。
舉例來說，字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（十六進制），轉成二進制就是256位，而且只有123能得到這個 Hash。因此，就有兩個重要的推論。
推論1：每個區塊的 Hash 都是不一樣的，可以通過 Hash 標識區塊。
推論2：如果區塊的內容變了，它的 Hash 一定會改變。
四、 Hash 的不可修改性
區塊與 Hash 是一一對應的，每個區塊的 Hash 都是針對”區塊頭”（Head）計算的。
Hash = SHA256(區塊頭)
上面就是區塊 Hash 的計算公式，Hash 由區塊頭唯一決定，SHA256是區塊鏈的 Hash 算法。
前面說過，區塊頭包含很多內容，其中有當前區塊體的 Hash（注意是”區塊體”的 Hash，而不是整個區塊），還有上一個區塊的 Hash。這意味著，如果當前區塊的內容變了，或者上一個區塊的 Hash 變了，一定會引起當前區塊的 Hash 改變。
這一點對區塊鏈有重大意義。如果有人修改了一個區塊，該區塊的 Hash 就變了。為了讓後面的區塊還能連到它，該人必須同時修改後面所有的區塊，否則被改掉的區塊就脫離區塊鏈了。由於後面要提到的原因，Hash 的計算很耗時，同時修改多個區塊幾乎不可能發生，除非有人掌握了全網51%以上的計算能力。
正是通過這種聯動機制，區塊鏈保證了自身的可靠性，數據一旦寫入，就無法被篡改。這就像歷史一樣，發生了就是發生了，從此再無法改變。
每個區塊都連著上一個區塊，這也是”區塊鏈”這個名字的由來。
五、挖礦
由於必須保證節點之間的同步，所以新區塊的添加速度不能太快。試想一下，你剛剛同步了一個區塊，準備基於它生成下一個區塊，但這時別的節點又有新區塊生成，你不得不放棄做了一半的計算，再次去同步。因為每個區塊的後面，只能跟著一個區塊，你永遠只能在最新區塊的後面，生成下一個區塊。所以，你別無選擇，一聽到信號，就必須立刻同步。
所以，區塊鏈的發明者中本聰（這是假名，真實身份至今未知）故意讓添加新區塊，變得很困難。他的設計是，平均每10分鐘，全網才能生成一個新區塊，一小時也就六個。
這種產出速度不是通過命令達成的，而是故意設置了海量的計算。也就是說，只有通過極其大量的計算，才能得到當前區塊的有效 Hash，從而把新區塊添加到區塊鏈。由於計算量太大，所以快不起來。
這個過程就叫做挖礦（mining），因為計算有效 Hash 的難度，好比在全世界的沙子裡面，找到一粒符合條件的沙子。計算 Hash 的機器就叫做礦機，操作礦機的人就叫做礦工。
六、難度係數
你可能會有一個疑問，人們都說挖礦很難，可是挖礦不就是用計算機算出一個 Hash 嗎，這正是計算機的強項啊，怎麼會變得很難，遲遲算不出來呢？
原來不是任意一個 Hash 都可以，只有滿足條件的 Hash 才會被區塊鏈接受。這個條件特別苛刻，使得絕大部分 Hash 都不滿足要求，必須重算。
原來，區塊頭包含一個難度係數（difficulty），這個值決定了計算 Hash 的難度。舉例來說，第100000個區塊的難度係數是 14484.16236122。
區塊鏈協議規定，使用一個常量除以難度係數，可以得到目標值（target）。顯然，難度係數越大，目標值就越小。
Hash 的有效性跟目標值密切相關，只有小於目標值的 Hash 才是有效的，否則 Hash 無效，必須重算。由於目標值非常小，Hash 小於該值的機會極其渺茫，可能計算10億次，才算中一次。這就是挖礦如此之慢的根本原因。
區塊頭裡面還有一個 Nonce 值，記錄了 Hash 重算的次數。第 100000 個區塊的 Nonce 值是274148111，即計算了 2.74 億次，才得到了一個有效的 Hash，該區塊才能加入區塊鏈。
七、難度係數的動態調節
就算採礦很難，但也沒法保證，正好十分鐘產出一個區塊，有時一分鐘就算出來了，有時幾個小時可能也沒結果。總體來看，隨著硬件設備的提升，以及礦機的數量增長，計算速度一定會越來越快。
為了將產出速率恆定在十分鐘，中本聰還設計了難度係數的動態調節機制。他規定，難度係數每兩週（2016個區塊）調整一次。如果這兩週裡面，區塊的平均生成速度是9分鐘，就意味著比法定速度快了10%，因此難度係數就要調高10%；如果平均生成速度是11分鐘，就意味著比法定速度慢了10%，因此難度係數就要調低10%。
難度係數越調越高（目標值越來越小），導致了挖礦越來越難。
八、區塊鏈的分叉
即使區塊鏈是可靠的，現在還有一個問題沒有解決：如果兩個人同時向區塊鏈寫入數據，也就是說，同時有兩個區塊加入，因為它們都連著前一個區塊，就形成了分叉。這時應該採納哪一個區塊呢？
現在的規則是，新節點總是採用最長的那條區塊鏈。如果區塊鏈有分叉，將看哪個分支在分叉點後面，先達到6個新區塊（稱為”六次確認”）。按照10分鐘一個區塊計算，一小時就可以確認。
由於新區塊的生成速度由計算能力決定，所以這條規則就是說，擁有大多數計算能力的那條分支，就是正宗的比特鏈。
區塊鏈作為無人管理的分佈式數據庫，從2009年開始已經運行了9年，沒有出現大的問題。這證明它是可行的。
但是，為了保證數據的可靠性，區塊鏈也有自己的代價。一是效率，數據寫入區塊鏈，最少要等待十分鐘，所有節點都同步數據，則需要更多的時間；二是能耗，區塊的生成需要礦工進行無數無意義的計算，這是非常耗費能源的。
九、區塊鏈的10大應用場景
☞ 金融服務：在一些私募與眾籌項目上，利用區塊鏈交易流程可以縮短週期。
☞ 醫療健康：應用於醫院掛號、數字病例。將這些數據記錄在鏈上，可以保證我們的健康數據不被侵犯。
☞ IP版權：有利於維權。利用區塊鏈技術，把數字資產記錄在鏈上，第三方繼續使用IP版權的時候，就可以通過技術追溯到誰在用，什麼時候發生的。
☞ 教育：學籍證明、檔案管理、學生徵信、成績證明、產學合作等。利用區塊鏈都可以把教育上的數據通過一種資產的方式存儲在分佈式的數據庫當中，可以永久保留。
☞ 物聯網：物品的溯源、防偽、認證，還有網絡效率提升，可以把每個物品當成一個節點進行存儲流轉。
☞ 共享經濟：租車租房、智能硬件租賃、知識技能租賃。它可以把這些資產本身放在區塊鏈的鏈條當中，對於使用權，進行流轉，享受一些使用權的費用。
☞ 通信：區塊鏈技術可以讓每個人的社交ID進行確權，比如在運營商的社交數據，它可以變成一種資產進行管理。
☞ 社會管理：身份認證、檔案管理、公證遺產繼承、個人及社會信用等。以區塊鏈技術進行記錄，放在分佈式數據庫當中，永久保存。
☞ 慈善公益：可以實現整個捐助流程的陽光化。
☞ 文化娛樂：視頻版權、音樂版權、軟件防偽數字等。它們本身屬於數字資產，容易被追訴，容易被記錄，容易被進行透明化改造。
我國在2017年上半年已經發布國內首個區塊鏈標準，這為我國搶佔國際先機奠定堅實基礎。在已納入《“十三五”國家信息化規劃》的基礎上，專家建議著力細化區塊鏈技術發展路徑，明確具體的發力點、攻堅領域、對標方向。
十、區塊鏈的分類
信息上網，價值上鍊，互聯網傳遞信息，區塊鏈傳遞價值。目前區塊鏈的項目可以大致分為三類：
1）公有區塊鏈：世界上任何個體或者團體都可以發送交易，且交易能夠獲得該區塊鏈的有效確認，任何人都可以參與其共識過程。公有區塊鏈是最早的區塊鏈，也是目前應用最廣泛的區塊鏈，各大bitcoins系列的虛擬數字貨幣均基於公有區塊鏈，世界上有且僅有一條該幣種對應的區塊鏈。
2）行業區塊鏈：由某個群體內部指定多個預選的節點為記賬人，每個塊的生成由所有的預選節點共同決定（預選節點參與共識過程），其他接入節點可以參與交易，但不過問記賬過程(本質上還是託管記賬，只是變成分佈式記賬，預選節點的多少，如何決定每個塊的記賬者成為該區塊鏈的主要風險點），其他任何人可以通過該區塊鏈開放的API進行限定查詢。
3）私有區塊鏈：僅僅使用區塊鏈的總賬技術進行記賬，可以是一個公司，也可以是個人，獨享該區塊鏈的寫入權限，本鏈與其他的分佈式存儲方案沒有太大區別。保守的巨頭（傳統金融）都是想實驗嘗試私有區塊鏈，而公鏈的應用例如bitcoin已經工業化，私鏈的應用產品還在摸索當中。
現在關於區塊鏈的項目成千上萬，儘管沒幾個是成熟的，但人們更願意相信，這就是1995-1996年的重現，那時候誰能想到互聯網給人類帶來的巨大改變呢？
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