区块链是如何运作的？

在过去的几年里，很难避开“区块链”这个词。十年前，只有懂技术的人才会关心它是什么，如今这个词已经到处可见，但我们大多数人对这项技术仍然只有一个模糊的概念。让我们来了解一下区块链是什么，以及它是如何运作的。 

什么是区块链？

先从定义它不是什么开始，因为进入区块链和加密世界的人，大多都会犯同样的错误。 

区块链不是一种编程语言，也不是密码学编码，更不是 Python 或其他语言的框架。重要的是，它也不等同于加密货币，尽管这些术语之间关系密切。 

区块链是一项全新的技术。它是一种特殊的数据库，保存着带时间戳、不可篡改的数据序列，由计算机网络而不是单一的中心化实体来管理。所有信息都经过密码学加密。区块链被设计成几乎不可能被黑客攻击。 

区块链常被解释为一种分布式账本技术，其中账本被理解为交易记录的集合。例如，记录操作的计算机可以被视为一个账本。所有账本汇聚成一个网络，并记录交易，这些交易几乎可以被编程用来追踪任何东西。从第一笔交易开始，每一笔交易都会被永久记录在区块链上。 

区块链上的数据不能由中央机构控制，而且网络上的所有操作对网络中的所有参与者都是可见的，就像一个多人同时编辑的在线电子表格。不过在区块链中，我们说的是成千上万台计算机。 

虽然很难确切说是谁创造了区块链，但这项技术的最早描述可以在 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 于 1991 年出版的《Journal of Cryptography》一书中找到。 他们将这项技术视为一种给数字文档添加时间戳、以验证其真实性的方法。

什么是区块，以及它如何存储数据？

与数据以列、表或文件形式存储的传统数据库不同，区块链上的所有信息都被组织成相互连接的序列或批次，称为区块。它们合在一起形成一条链——一条连续的区块链。每个区块本质上都是账本中的一页，记录着一定数量的交易。 

区块链不属于某台中心计算机，而是由区块链节点管理——这些节点是联合在点对点网络中的计算机。 

每个区块有三个主要组成部分： 

• 数据——会根据区块链的具体用途而不同。它可以包含交易详情（数据、金额、接收方和发送方）、产品信息（在供应链中），或者例如医疗记录。 
• 哈希值——是一种密码学函数，可将所有输入数据转换为固定长度的数字字符串。换句话说，它是一个唯一的数字签名，用于标识该区块及其内容。
• 前一区块的哈希值——这一部分构成了区块链；因为每个后续区块都包含前一个区块的哈希值，所以网络会变得非常安全。 

区块链如何运作？

区块链的运行是一个多步骤过程。

1. 1. 双方决定交换一个价值单位，其中一方输入数据以发起交易。  
2. 2. 交易由该技术进行认证。  
3. 3. 区块链上会创建一个新块，其中包含一批交易，包括该笔交易。
4. 4. 这个区块会发送到网络中的每个节点。
5. 5. 授权节点验证该交易，如果正确，就将其添加到现有区块链中。节点也可以被称为矿工（在工作量证明网络中）或质押者（在权益证明区块链中）。 
6. 6. 通过更新在整个网络中的分发，交易最终完成。 

区块链如何得到保护？

区块链网络中哈希的特性使其不可篡改。区块 A 指向区块 B，区块 B 指向区块 C，依此类推。这个系统使得若不改变整条链，就不可能伪造其中一个区块。如果你更改区块中的任何内容，都会影响该区块的哈希值，而原本应该指向前一个区块的后续区块将变为无效。 

但仅靠哈希并不能充分保护网络。现代计算机速度非常快，每秒能够计算成千上万次哈希，所以理论上，恶意行为者可以篡改一个区块的哈希，然后再计算并修改后续区块的哈希来掩盖伪造行为。 

共识机制 

为了防止这种篡改，每条区块链都会使用一种特定的验证流程，称为共识机制。这意味着，网络上任何事情要发生，用户都必须达成一致或共识。 

最常见的共识协议是工作量证明和权益证明。在这两种机制中，节点都需要判断新区块是否满足所选批准机制的要求，才能将其加入链中。如果条件有效，该区块就会成为链的一部分，节点会继续添加更多区块。如果无法达成共识，新区块的添加过程就会停止，直到问题的原因被发现并解决。 

有时不同节点会把不同的区块视为有效，在这种情况下，最长的链会被视为主区块链，而较短的那条则会被丢弃。 

这个过程并不耗时，因为所有计算都由计算机完成。例如，在 Bitcoin 区块链上，计算证明并添加区块大约需要 10 分钟。验证频率使得篡改资产变得更加困难。在像 Bitcoin 或 Ethereum 这样拥有几十万区块的大型网络中，几乎不可能操纵这条链。  

大型区块链唯一可能被伪造的方式，是超过 51% 的验证过程参与者决定重写账本。在这种情况下，他们将能够输入并批准任何数据，并对交易做任何事，甚至对同一批代币进行双花，或者将它们从链上移除。 

结论 

区块链技术使人们能够创建可靠的系统来记录任何类型的数据，并将这些操作中的各类权威移除。用户完全依赖数据和技术来确保数据的真实性。 

世界各地不同的社会机构正在开始认识到区块链的力量，并采用区块链技术。它主要用于金融机构、政府、医疗和技术领域，以安全传输个人信息。