解密区块链：从基本概念到技术实现的高级策略

“比特币”一词具有三种含义。首先，比特币特指加密数字货币，是最早、规模最大的加密数字货币。其次，比特币协议可以看作是一种基于区块链的“价值转移协议”，可以用来描述数字资产是如何在区块链上转移的。最后，比特币系统是指底层共享区块链技术平台，包括去中心化公共账本、比特币钱包等软件和系统。

比特币的概念最早由中本聪在2008年11月发表的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》中提出。与数字货币不同，比特币是完全去中心化的，不依赖于特定的机构发行，而是根据特定算法通过大量计算生成的。比特币系统采用由整个P2P网络中众多节点组成的分布式数据库来确认和记录所有交易，并采用密码学设计来保证货币流通各个环节的安全。

包括哈希算法（Hash）、Merkle树结构、签名方式、交易验证、地址格式等常用结构：包括消息、变长整数、变长字符串、网络地址、库存向量（Inventory Vectors） , 块头格式等

是一个分布式公共权威分类账，包含发生在比特币网络上的所有交易。虽然比特币 P2P 网络中的节点是平等的，但每个节点根据提供的功能可能会有不同的分工。每个比特币节点都是路由、区块链数据库、挖矿和钱包服务的功能集合。全节点包括钱包、完整区块链、矿工、网络路由节点四个功能。

数据库的技术解决方案。该技术方案允许参与系统的任意数量的节点通过密码学算法计算一段时间内系统中的所有交易并将其记录到一个数据块中，并生成该数据块的哈希以链接下一个数据块。所有参与节点共同验证记录是否真实比特币矿工节点概念，每个区块的内容由后续子链上的区块保证，确保其内容不可篡改。每个参与节点可以就新区块的确认和奖励的分配达成共识，从而逐步形成一个庞大的去中心化公共账本。链上的每个区块都可以用来记录货币、股权、债券、数字签名、数字合约或任何其他数字内容。在全球网络下，由无数独立的计算机维护、更新和验证，确保会计结果的公平、公正和公开透明，无需任何中心化组织的审计和维护。

“矿工”的竞争平均每 10 分钟产生一个新区块，此期间的多笔交易记录在这个新区块中。一笔交易写入比特币区块链至少需要 10 分钟。

目前，每个区块大小限制为 1MB，最多可记录约 4000 笔交易。比特币区块链的最大写入性能仅为每秒 7 笔左右。

为了防止区块因为子链太短而被其他节点抛弃，需要等待6个新的后续区块产生后，才能最终确认交易已经可靠写入区块链确保可靠写入大约需要 60 分钟。

每个参与节点都可以保留整个区块链的副本。只要有参与节点，区块链数据就不会丢失。那么，在这种去信任的场景下，谁来完成账本的记录（即新区块的产生）。为了解决这个问题，必须建立共识机制来保证价值的唯一性和不可复制性。目前常见的有PoW（Proof of Work，解密区块链：从基础开始的工作量证明）、PoS（Proof of Stake，权益证明）、DPoS（Delegate Proof of Stake，股权证明机制）和以此类推。

•PoW 比特币区块链主要使用PoW来达成共识。使用单向函数挖掘，矿工必须经过公共算法的计算才能得到正确的计算结果，结果的验证速度非常快。通过验证这个结果，其他矿工可以确认它是通过执行一定的计算工作得到的。

•PoSPoS权益证明可以看作是PoW的升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间来降低挖矿难度，从而加快寻找随机数的速度。创建 PoS 区块时，矿工需要创建代币权益交易，交易会按照设定的比例向矿工发送一些币。

PoS 权益证明方式在一定程度上缩短了达成共识的时间，但仍需要挖矿过程达成共识。 PoS币的规则会产生富人越富的问题。 PoS币的利息越高，产生的不公平性就越高。

•DPoSDPoS 类似于董事会投票。它的原则是让每个持有比特股的人都可以投票，产生101个代表，可以理解为101个超级节点或矿池，超级节点之间的权利是完全平等的。 DPoS 有点像美国的议会制，如果代表不履行职责（无法出块），即被退市，网络会选举出新的超级节点来替代。

•公链、私链、联盟链中本聪巧妙结合以下成熟技术和理论，在此基础上构建区块链技术。

联盟链介于两者之间，可视为联盟成员内部的私有链。这里主要介绍公链和私链。公链是指世界上任何人都可以阅读、任何人都可以发送交易并获得有效确认、任何人都可以参与共识过程的区块链。共识过程确定哪些块可以添加到区块链并定义当前状态。作为中心化或准中心化信任的替代方案，公链的安全性由加密数字经济来维护。加密数字经济采用工作量证明机制或权益证明机制比特币矿工节点概念，将经济奖励与加密数字验证相结合，遵循一般原则：每个人从中获得的经济奖励与对共识过程的贡献成正比。 这些区块链通常被认为是完全去中心化的。

私有链是指写入权限仅掌握在一个组织手中的区块链。读取权限要么对外界开放，要么受到限制。相关应用包括数据库管理、审计，甚至是公司，虽然在某些情况下希望具有公共可审计性，但在许多情况下，公共可读性并不是必需的。

比特币区块链目前每秒可以完成7笔交易，而私链目前可以达到每秒10万笔交易，还有提升的空间。显然后者更适合现实世界金融事务的需要。 2！

这对于中心化机构也很重要，在某些情况下，某些交易会因错误或法律问题而需要修改或撤销。 3.

目前公链的交易手续费为每笔交易10美元，随着时间的推移币值趋于升值，导致交易手续费增加。另一方面，私有链上的交易费用将降低一到两个数量级。 4？ .

：由于其透明的共享账本设计，公共区块链本身不提供隐私保护。私链可以限制读取权限，提供更好的隐私保护。 6.

节点之间连接良好，故障可以通过人工干预快速修复，并允许使用共识算法来减少出块时间，从而加快交易速度。

2.它的参与者需要被审计和验证，这严重限制了它的规模并且它的安全性很脆弱。因此，私有区块链更适合传统机构。

不受开发者影响——公有区块链用户越来越多，程序开发者无权干涉用户的使用方式。反过来，区块链保护使用这些程序的用户。

——公共区块链是开放的，因此有可能被许多外部用户使用，并具有一定的网络效应。而公链上运行的应用越多，节点越多，区块链的可信度就越高。

区块链1.0的主要应用领域是“加密数字货币”，包括货币发行机制、分配机制、币值调整机制等。

比特币可以说是区块链在金融支付领域的第一个应用。比特币产生和使用的区块链是最早、使用最广泛的公有区块链。

区块链成为“可信机器”，通过自我限制和安全加密，确保机器能够安全可靠地自动执行预设逻辑。

主要应用领域

区块链2.0 是智能合约。智能合约使各方能够自动执行操作，结果由软件验证，而不是由人类充当中介。

区块链3.0 目前没有严格的定义。一般来说，有两类应用：1.货币、经济、市场之外的公平应用。

Ethereum Ethereum 是一个在区块链技术上运行的开放平台，使开发人员能够构建和发布下一代分布式应用程序 DApp。

以太坊可用于编程、去中心化、保护和交易任何事物：投票、通过技术实现的高级策略域名、金融交易、众筹、公司管理、合同、知识产权、硬件集成的智能资产。

•应用场景示例 自行车的车主将在他们的自行车上安装一个Slock（智能锁），并在以太坊区块链上为自行车注册一个智能合约（一段程序代码）。接下来，任何人都可以向智能合约发送请求以发送一定数量的数字货币。合约收到这个请求后，会自动将数字货币转发给自行车的车主，让发送者获得2小时的使用时间。

采矿一词来自加密货币和黄金之间的类比。黄金或贵金属很稀有，电子代币也很稀有，增加总量的唯一途径就是挖矿；同时，挖矿通过在区块链中创建、验证、发布和传播区块来保护网络。

与所有区块链技术一样，以太坊使用激励驱动的安全模型。共识基于选择总难度最高的区块。矿工创建区块，其他人检查有效性。

以太坊区块链上的所有操作都是由外部账户的交易触发的。每当合约账户收到一笔交易时，它就会按照输入参数的指示执行。合约代码由以太坊虚拟机在参与网络的每个节点上执行。

执行代码的唯一上下文是区块在区块链上的位置和所有可见数据。区块链的区块代表时间单位，区块链本身就是时间维度，代表链上区块指定的离散时间点上状态的整个历史。

) 以太坊中的交易是指一个签名的数据包，它存储了从外部账户发送到区块链上另一个账户的消息。

) 合约可以向其他合约发送消息。消息是无法序列化的虚拟对象，只能存在于以太坊的执行环境中。可以认为是函数调用。

GAS 当一条消息或交易触发合约执行时，每条指令都会在每个网络节点执行。这是有代价的：执行的每项操作都有特定的成本，以一定数量的气体单位表示。

Gas 是交易发送者需要为以太坊区块链上发生的每项操作支付的执行费用。 Gas 这个名字的灵感来自这样一种想法，即这种费用就像驱动智能合约运行的加密燃料。 Gas 从执行代码的矿工那里购买以太币。

Gas 和 Ether 被有意分离，因为 Gas 单位的工作原理与自然成本相似，而 Ether 的价格根据市场波动。

gas价格实际上是由矿工决定的，矿工可以拒绝低于最低gas价格的交易。

以太坊协议对每个合约执行或每笔交易的操作步骤收取费用，以防止对以太坊网络的蓄意攻击或滥用。

每笔交易都必须包含 gas 限制和支付 gas 费用的意愿。如果交易产生并用于操作步骤的总gas，包括原始消息和可能的子消息，小于或等于gas limit，则交易将继续；如果总数超过限制，所有更改将被还原，但交易仍然有效，矿工可以收取花费，多余的气体会以以太币偿还给发送者。

以太坊虚拟机上的每个操作都分配了一定量的 gas 消耗。 gasUsed 是执行所有操作所需的气体总量。有一个电子表格可以查看其背后的一些统计数据。

•EVMEVM：在底层，以太坊基于区块链技术，实现了数据的去中心化、分布式存储和信息交换的信任。同时，以太坊实现了一个运行环境，叫做以太坊虚拟机（EVM），类似于JVM，其主要工作是执行智能合约的字节码（下面会介绍这个概念）。

工作流程：以太坊的基本单位是账户，账户跟踪每个账户的状态，以太坊区块链上的所有状态转换都是账户之间价值和信息的转移。

外部帐户由人类用户控制，因为人类用户可以控制私钥，而私钥反过来控制外部帐户。合约账户由内部代码控制。智能合约是指合约账户中的代码：当交易发送到该账户时运行的程序。用户可以通过在区块链中部署代码来创建新合约。

只有当外部账户发出交易时，合约账户才会执行相应的操作，合约账户无法自发执行。因为以太坊要求节点与运算结果一致，这就需要保证严格的确定性执行。

以太坊用户必须向网络支付少量交易费用。这使以太坊区块链免受微不足道或恶意计算任务的影响，例如分布式拒绝服务 (DDoS) 攻击或无限循环。交易的发送方必须在激活合约账户的每一步付款，包括计算和数据存储。费用通过 Ethereum Gas 结算并以 Ether 支付。

交易费用由节点收取，节点是以太坊网络中收集、传播、确认和执行交易的节点。矿工分组交易：以太坊区块链中账户状态的更新被分成分组存储在区块（Blocks）中，矿工之间相互竞争，以便将各自的区块（Blocks）添加到下一个节点的区块链中。矿工每挖出一个成功的区块都会获得以太币奖励，这为矿工向以太坊网络贡献硬件和电力创造了经济激励。

矿工的任务是解决复杂的数学问题，以成功开采区块。这称为工作证明（PoW）。一个计算问题需要更多资源来通过算法解决而不是验证解决方案是工作证明的最佳候选者。为了防止比特币网络中出现的由专用硬件（如专用集成电路）引起的中心化，以太坊选择了计算难存储的问题。这使得以太坊的工作量证明是反 ASIC 的，与比特币的区块链相比，比特币的区块链更加分散和安全，在比特币区块链中，采矿是由专门的硬件控制的。

进入 Homestead 阶段后，Go 客户端（geth）占主导地位，所以我们也使用 go-ethereum 来完成测试网络的搭建。

初始块是区块链的开始：第一个块，块 0，是唯一不指向前一个块的块。该协议确保这些节点不会与区块链达成一致，除非它们与其他节点具有相同的初始块。这使得创建任意私有测试网区块链成为可能。

1. --nodiscover：使用此命令确保您的节点不会被没有手动添加您的人发现。否则，如果陌生人的初始文件和网络 ID 与您相同，您的节点可能会被无意添加到陌生人的区块链中。

3. --rpcapi：此命令确定允许通过 RPC 进入的 API。默认情况下，geth 可以通过 RPC 激活 web3 接口。

先将合约test赋值给变量source，然后使用solidity编译器编译，将返回的结果赋值给contract。

确保有未锁定的账户和资金，一旦部署，将在区块链上创建合约。此步骤需要付款。一旦交易成功进入区块，账户余额将根据以太坊虚拟机的gas规则进行扣除。

与合约交互的典型方式是使用 tract() 函数的抽象层，该函数返回一个 java 对象。描述合约可用功能的标准方法是 ABI 定义。

调用sendTransaction时，通过发送事务来执行函数调用。发送需要 Ether，并且该记录永久记录在区块链上。该方法返回交易哈希。

调用call时，函数在以太坊虚拟机本地执行。以这种方式进行的调用不会记录在区块链上，因此不会改变合约的内部状态。这种调用方式称为常量函数调用，不需要以太币。

比特币区块链的大小约为 84.9GB。现在以太坊区块链还比较小。第一次同步大概需要十个小时左右，跟网速有关。

短时间内可能会有分叉，但最终不会有分叉。例如，比特币“为了防止区块因为子链太短而被其他节点抛弃，必须等待生成 6 个新的。后续的区块才能最终确认交易已经可靠写入区块链。也就是保证可靠写入大约需要60分钟。“版本升级时，可能会出现分叉问题，因为有些矿工不愿意升级。

由于合约可以通过消息调用，代码可以单独拆解部署。当然，前提是有这么大的合同。

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