区块链是当下的热门话题，新闻媒体大量报道，声称它将创造未来。
但是通俗易懂的入门文章很少。很少有人解释区块链是什么，它有什么特别之处。
下面，我将尝试写最好的区块链教程。毕竟这不是一件困难的事情。核心概念很简单，三言两语就能说清楚。希望看完这篇文章，你不仅能了解区块链，还能了解什么是采矿，为什么采矿越来越难。
说清楚，我不是这方面的专家。虽然我已经关注它很久了，但仔细了解区块链还是从今年年初开始的。请改正文中的错误和不准确之处。
一、区块链的本质
什么是区块链？总之，它是一个特殊的分布式数据库。
首先，区块链的主要功能是储存信息。任何需要保存的信息都可以写入区块链或从中读取，所以它是一个数据库。
其次，任何人都可以建立一个服务器，加入区块链网络，成为一个节点。在区块链的世界里，没有中心节点。每个节点都是平等的，并且拥有整个数据库。您可以向任何节点写入/读取数据，因为所有节点最终都会同步，以确保区块链的一致性。
二、区块链的最大特色
分布式数据库并不是一个新发明。这种产品在市场上已经存在很长时间了。然而，区块链有一个革命性的特点。
区块链没有管理员，完全是无中心的。其他数据库有管理员，但区块链没有。如果有人想在区块链中加入审计，那是不可能实现的，因为它的设计目标是防止出现一个中央管理机构。
因为无法管理，区块链可能无法控制。否则，一旦大公司、大集团控制了经营权，就控制了整个平台，其他用户就不得不服从。
但是，没有管理员，每个人都可以写数据过去。如何才能保证数据可信？万一被坏人改了呢？请继续读下去，这就是区块链的美妙之处。
三。阻碍
区块链是由区块组成的。块非常类似于数据库记录。每次写入数据时，都会创建一个数据块。
每个区块包含两个部分。
块头：记录当前块的特征值。
正文：实际数据
报头包含当前块的多个特征值。
上升时间
实际数据的散列(即块主体)
前一个块的哈希
…
在这里，你需要理解什么是散列，这是理解区块链所必需的。
所谓“哈希”，就是计算机可以对任意内容计算出一个长度相同的特征值。区块链的哈希长度是256位，这意味着不管原始内容是什么，最后都会计算出一个256位的二进制数。而且可以保证，只要原始内容不一样，对应的hash就一定不一样。
比如字符串123的hash是a 8 FDC 205 a 9 f 19 cc 1c 7507 a 60 C4 f 01 b 13d 11d 7 FD 0(十六进制)，换算成二进制就是256位，只有123可以得到这个hash。(理论上其他字符串有可能得到这个hash，但是概率极低，可以近似认为不可能。)
因此，有两个重要的推论。
推论一：每个块的hash不一样，可以通过hash来识别块。
推论：如果一个块的内容发生变化，那么它的hash一定会发生变化。
第四，Hash的不变性
与块哈希是一一对应的，每个块的哈希都是为“块头”计算的。也就是把块头的特征值按顺序连接在一起，形成一个很长的字符串，然后计算这个字符串的hash。
Hash=SHA256(块头)
以上是区块链哈希的计算公式，SHA256是区块链的哈希算法。注意，这个公式只包含块头，不包含块体，也就是说，哈希由块头唯一确定。
如前所述，块头包含很多内容，包括当前块的哈希和前一块的哈希。这意味着如果当前块的内容发生变化，或者前一块的hash发生变化，一定会引起当前块的hash发生变化。
这对区块链来说意义重大。如果有人修改了一个块，该块的散列也会改变。为了让后面的块连接到它(因为下一个块包含前一个块的散列)，这个人必须依次修改所有后面的块，否则被改变的块将脱离区块链。由于后面要提到的原因，hash的计算比较耗时，短时间内修改多个块几乎是不可能的，除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。
正是通过这种联系机制，区块链保证了自己的可靠性。数据一旦写入，就不能被篡改。就像历史一样。发生的事情就是发生的事情，从此无法改变。
每个街区都与前一个街区相连，这也是“区块链”这个名字的由来。
动词（verb的缩写）采矿
因为必须保证节点间的同步，所以添加新块的速度不能太快。假设您刚刚同步了一个块，并准备基于它生成下一个块，但是其他节点生成了新的块。你得放弃一半的计算，重新同步。因为每个块后面只能跟一个块，所以只能在最后一个块之后生成下一个块。所以，你别无选择，只能一听到信号就同步。
因此，中本聪，区块链的发明者(这是一个笔名，其真实身份是未知的，直到现在)故意使其难以添加新的块。他的设计是平均每10分钟，全网就能生成一个新块，一个小时只有6个块。
这种输出速度不是通过命令来实现的，而是通过刻意设置海量计算来实现的。也就是说，只有通过极其大量的计算才能得到当前块的有效hash，从而给区块链增加一个新的块。因为计算量太大，所以不能快速起来。
这个过程叫做挖掘，因为很难计算出一个有效的哈希，就像在世界的沙子里找到一粒合格的沙子一样。计算哈希的机器叫矿机，操作矿机的人叫矿工。
不及物动词难度系数
当你读到这里，你可能会有一个疑问。人们都说挖掘难，但挖掘不就是用计算机算个哈希吗？这就是电脑的长处。怎么会难，怎么会耽误？
事实证明，不是任何散列都可以使用，只有满足条件的散列才会被区块链接受。这个条件太苛刻了，大部分哈希都不符合要求，必须重新计算。
最初，块头包含一个难度系数，它决定了计算散列的难度。例如，第100，000块的难度系数是14480.0000000000005
区块链协议规定，目标值可以通过将常数除以难度系数来获得。显然，难度系数越大，目标值越小。
哈希的有效性与目标值密切相关。只有小于目标值的哈希才有效，否则哈希无效，必须重新计算。因为目标值很小，哈希小于这个值的几率极小，可能要计算10亿次才算一个。这是采矿如此缓慢的根本原因。
如前所述，当前块的哈希由块头唯一确定。如果对同一个块重复计算hash，就意味着块头必须不断变化，否则不可能计算出不同的hash。块头中的所有特征值都是固定的。为了使块头发生变化，中本聪故意添加了一个名为Nonce的随机项。
Nonce是一个随机值，矿工的作用其实就是猜测Nonce的值，让块头的hash可以小于目标值，从而能够写入区块链。随机数很难猜测。目前只能用穷举法一个个试错。根据协议，Nonce为32位二进制值，即最大值可达21.47亿。第100，000个块的Nonce值是274，148，111。可以理解为矿工从0开始已经计算了2.74亿次，才得到一个有效的Nonce值，这样计算出来的hash才能满足条件。
如果我们幸运的话，我们可能很快就会找到Nonce。运气不好的话，可能已经计算了21.47亿次，没有找到任何Nonce，也就是当前块不可能计算出满足条件的hash。此时，协议允许矿工改变区块并开始新的计算。
七。难度系数的动态调整
如前所述，开采是随机的，不能保证在十分钟内产出一个区块。有时候一分钟就会产生，有时候可能几个小时都无果。一般来说，随着硬件设备的完善，矿机的增多，计算速度会越来越快。
为了保持十分钟的输出速度不变，中本聪还设计了难度系数的动态调整机制。他规定每两周调整一次难度系数(2016块)。如果这两周的平均块生成速度是9分钟，说明比法定速度快了10%，那么接下来的难度系数会提高10%；如果平均生成速度是11分钟，就意味着比法定速度慢了10%，那么下一个难度系数就会下调10%。
难度系数越高(目标值越小)，挖掘难度越大。
八。区块链的分叉
即使区块链是可靠的，还有一个问题没有解决：如果两个人同时向区块链写数据，也就是两个块同时加入，因为都连接到前一个块，就形成了一个分叉。这个时候应该采用哪个区块？
当前的规则是新节点总是采用最长的区块链。如果区块链有一个分叉，它将取决于哪个分支在分叉点后面，首先到达6个新块(称为“6个确认”)。按照10分钟一个街区计算，一个小时就能确认。由于新块的生成速度是由计算能力决定的，所以这个规则意味着计算能力最强的分支就是真正的区块链。
九。摘要
区块链作为一个非托管的分布式数据库，从2009年至今已经运行了8年，没有出现大的问题。这证明是可行的。
但是，为了保证数据的可靠性，区块链也有自己的价格。第一，效率。当数据写入区块链时，至少需要等待十分钟。如果所有节点都同步数据，需要更多的时间；第二，能源消耗。区块的生成需要矿工无数次无意义的计算，非常耗费精力。
因此，区块链的适用场景实际上非常有限。
不存在所有成员都信任的管理机构。
写入的数据不需要实时使用。
采矿的收入可以弥补它自己的成本。
如果不能满足以上条件，那么传统数据库是一个较好的解决方案。
目前区块链最大的应用场景(可能是唯一的应用场景)是以比特币为代表的加密货币。下一篇文章，我会介绍比特币的基础知识。
X.参考链接
区块链到底是如何运作的？作者肖恩韩
《比特币艰难的挖掘：算法、协议和字节》,作者：Ken Shirriff
(完)