参考
https://www.zhihu.com/question/37290469
http://www.jianshu.com/p/5fea30b25f0a
总览
区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库（在与比特币相关的区块链应用中可使用这一术语，但区块链技术可能并不包含“账本”）。其本身是一串使用密码学相关联所产生的数据块，每一个数据块中包含了多次比特币网络交易有效确认的信息。
这是区块链的定义，因此要逐步了解区块链，我们需要一步步了解如下东西。
去中心化
先来考虑一个中心化集中式处理的过程。你要在某宝上买一部手机，交易流程是：你将钱打给支付宝－支付宝收款后通知卖家发货－卖家发货－你确认收货－支付宝把钱打给卖家。
在这个过程中，虽然你是在和卖家交易，但是这笔交易还牵扯到了除了你和卖家的第三方，即支付宝，你和卖家的交易都是围绕支付宝展开。因此，如果支付宝系统出了问题便会造成这笔交易的失败。并且虽然你只是简单的买了一个手机，但是你和卖家都要向第三方提供多余的信息。因此考虑极端情况，如果支付宝跑路了或者是拿了钱不却不承认你的交易或者是支付宝所在的城市因为开G20把所有人都赶走了，那么你就悲剧了。
而去中心化的处理方式就要显得简单很多，你只需要和卖家交换钱和手机，然后双方都声称完成了这笔交易，就OK了。
可以看出在某些特定情况下，去中心化的处理方式会更便捷，同时也无须担心自己的与交易无关的信息泄漏。
其实如果只考虑两个人的交易并不能把去中心化的好处完全展示出来，设想如果有成千上万笔交易在进行，去中心化的处理方式会节约很多资源，使得整个交易自主化、简单化，并且排除了被中心化代理控制的风险。
去中心化是区块链技术的颠覆性特点，它无需中心化代理，实现了一种点对点的直接交互，使得高效率、大规模、无中心化代理的信息交互方式成为了现实。
当然，上述的例子有一个很大的潜在问题：没有了权威的中心化代理，怎样保证每笔交易的准确性和有效性呢？比如：如果没有了权威的中心化代理，张三某一天借了我100块钱，但是不还钱还不承认怎么办？这里就引出了区块链的其它特性。
两个基础难题
在去中心化以后，整个系统中没有了权威的中心化代理，信息的可信度和准确性便会面临问题。
问题1：类两军问题
第一次听说这个问题居然是在TCP的课上，大致说的是有两个相距很远的军队要传递信息，红军派遣一个信使去跟蓝军说：“你他娘的把意大利炮拿出来！”。蓝军收到信息后又派了一个信使去红军说：“收到指令！”。然后红军又派一个信使去蓝军说：“知道你收到指令了！”。然后蓝军又派一个信使去红军说：“知道你知道我收到指令了！”。然后红军又派一个信使去蓝军说：“知道你知道我知道你收到指令了！”……然后就没完没了了。
在这种情况下，因为是点对点的通信，双方不可能在这种情况下达到信息的一致性。严谨一点，就是“在分布式计算上，试图在异步系统和不可靠的通道上达到一致性是不可能的”。
问题2：拜占庭将军问题
拜占庭罗马帝国在军事行动中，采取将军投票的策略来决定是进攻还是撤退，也就是说如果多数人决定进攻，就上去干。但是军队中如果有奸细（比如将军已经反水故意乱投票，或者传令官叛变擅自修改军令），那怎么保证最后投票的结果真正反映了忠诚的将军的意愿呢？
拜占庭将军问题反映到信息交换领域中来，可以理解为在一个去中心的系统中，有一些节点是坏掉的，它们可能向外界广播错误的信息或者不广播信息，在这种情况下如何验证数据传输的准确性。
区块链技术的诞生
现在让我们来一步一步在去中心化的系统中解决这些问题，见证区块链技术雏形的诞生。
1
我们先来建立一个去中心化的系统，为了方便理解，我们来看一个简单的去中心化借贷模型：如果A借了B 100块钱，这个时候，A在人群中大喊“我是A，我借给了B 100块钱！”，B也在人群中大喊“我是B，A借给了我100块钱！”，此时路人甲乙丙丁都听到了这些消息，因此所有人都在心中默默记下了“A借给了B100块钱”。你看，这个时候一个去中心化的系统就建立起来了，这个系统中不需要银行，也不需要借贷协议和收据，严格来说，甚至不需要人与人长久的信任关系（比如B突然又改口说“我不欠A钱！”，这个时候人民群众就会站出来说“不对，我的小本本上记录了你某天借了A100块钱！”）。
2
可能你已经发现了，在上述的模型中，所谓的“100块钱”已经不重要了。换句话说，任何东西都可以在这个模型中交换，甚至你可以凭空杜撰一个东西，只要大家承认，你就可以让你杜撰的东西流通。比如：我在人群中高喊一声“我创造了10个查克拉！”，我甚至不需要知道查克拉是什么，也不需要关心世界上是不是真的有查克拉，只要大家都听到，然后在自己的小本本上记下“LaiW3n有10个查克拉”，于是我就真的有100个查克拉了。从此以后，我便可以声称我给了某人1个查克拉，只要路人甲乙丙丁都收到并且承认了这一信息，那我就算完成了这次交易，哪怕世界上没有查克拉。
你现在脑海中是不是浮现出了三个字——“比特币”？由于真正的区块链和比特币比我上述的模型复杂太多，细节也丰富太多，因此以下还是以查克拉举例，毕竟本文是Blockchain for Babies。
3
假设过了很长一段时间，我凭空创造的查克拉已经在这个系统中流通了起来，大家都开始认可了查克拉。但是这个系统中一共就只有10个查克拉，于是有人动了坏心思，他在人群中高呼“我有10个查克拉！”怎么办？大家是直接在本本上记下他有10个查克拉么，这样不是人人都可以伪造查克拉了么？
为了防止这种现象发生，我决定在我创造查克拉的时候给我的查克拉打上标记（更准确地说，我是给我喊的那句“我创造了10个查克拉”打上标记，比如标记为001），这样以后在每一笔交易的时候，我在高喊“我给了某某1个查克拉！”的时候，会附加上额外的一句话：“这1个查克拉的来源是记为001的那条记录，我的这句话标记为002！”。我们再抽象一点，某人喊话的内容的格式就变成了：“这句话编号xxx，上一句话的编号是yyy，我给了某某1个查克拉！”，这样就解决了伪造的问题。其实上述模型就变成一个简化的中本聪第一版比特币区块链协议：
一些问题
- “凭啥？”
你可能会问：“凭啥你喊一句话我就帮你记？我的小本本不要钱么？”。为了激励大家帮我传话和记账，我决定给第一个听到我喊话并且记录在小本本上的人一些奖励：第一个听到我喊话并记录下来的人，你就凭空得到了1个查克拉，这个查克拉是整个系统对你幸苦记账的报酬，而你记录了这句话之后，要马上告诉其它人你已经记录好了，让别人放弃继续记录这句话，并给你自己的记录编号让别人有据可查，然后你再把我的话加上你的记录编号一起喊出来，供下一个人记账。
当这个规则定下以后，这个系统中一定会出现一批人，他们开始竖着耳朵监听周围发出的声音，以抢占第一个记账的权利。对的，你脑海中是不是又浮现出了“比特币挖矿”的字眼？
- “听谁的？”
在这个系统中，如果我和另一个人C几乎同时地喊出一句：“为了艾泽拉斯！”。由于听众所处的位置不同，一定会有人先听到我说的那句话，而另外一些人则先听到C的那句话，如果我们规定只能有一个人说出这句话，那到底这句话是谁说的？
如果不加任何条件，那么上述的情况一定会这样发展：一部分人认为这句话是我说的，在听到这句话之后开始记账，之后他们所做的所有事情都是基于这个事实，并且随着这个信息一次次的传下去，这条信息链会越来越深；而另外一群认为是C先说这句话的人，也会按照这样的趋势发展。这样，原本是一条唯一的信息链，在我们喊出“为了艾泽拉斯”这句话之后，分叉了！？
这会导致怎样的情况呢？按照我们的设想，应该每个人的小本本上记录的东西都是一样的，都是一条可以把所有信息串联起来的链条。但是在这一刻，他们小本本上记录的东西不一样了！这还玩毛啊？以后还怎么确定交易和信息的真实性！？
为了解决这个问题，我又追加了新的规则：每个人在记录小本本的时候，需要脱鞋然后用脚拿笔，在小本本上用正楷体书写！有了这个规定，由于用脚写字难度很大，每个人至少需要10分钟才能写完，而且由于每个人用脚写字的熟练度不通，写完这句话所用的时间也不同，因此一定会有人先写完然后高呼“我写完了！那句话是LaiW3n喊的！”，这样其它正在写这句话的人便会停笔，然后在小本本上重新开始写“那句话是来文写的，上一句的编号是xxx”。
如果你对上述我的解决方法感兴趣，你可以对照我上面的比喻去了解以下知识：
“听谁的”——中本聪破解“拜占庭将军问题”的算法
“在小本本上记录”——比特币挖矿
“脱鞋用脚写字”——比特币挖矿难度
“脱鞋写字速度”——算力
“新的规则”——工作量证明链
PS：中本聪与拜占庭将军问题
拜占庭帝国即中世纪的土耳其，拥有巨大的财富，周围10个邻邦垂诞已久，但拜占庭高墙耸立，固若金汤，没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败，同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强，至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻，才有可能攻破。
然而，如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻，但实际过程出现背叛，那么入侵者可能都会被歼灭。
于是每一方都小心行事，不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。
在拜占庭问题里，各邻国最重要的事情是：所有将军如何能过达成共识去攻打拜占庭帝国。
达成共识并非坐下来开个会那么简单，有的将军心机深不可测，口是心非，如果有叛徒，可能会出现各种问题：
叛徒可能欺骗某些将军自己将采取进攻行动。
叛徒可能怂恿其他将军行动。
叛徒可能迷惑其他将军，使他们接受不一致的信息，从而感到迷惑。
针对拜占庭问题的深入研究，科学家们得出一个结论：如果叛徒的数量大于或等于1/3，拜占庭问题不可解。
解释过程可以用一个副官模型来解释：
假设只有3个人，A、B、C，三人中如果其中一个是叛徒。当A发出进攻命令时，B如果是叛徒，他可能告诉C，他收到的是“撤退”的命令。这时C收到一个“进攻”，一个“撤退“，于是C被信息迷惑，而无所适从。
如果A是叛徒。他告诉B“进攻”，告诉C“撤退”。当C告诉B，他收到“撤退”命令时，B由于收到了司令“进攻”的命令，而无法与C保持一致。
正由于上述原因，在只有三个角色的系统中，只要有一个是叛徒，即叛徒数等于1/3，拜占庭问题便不可解。
当然，只要叛徒数小于1/3，问题还是可解的。
科学家们提出了口头信息方案和书面协议两个方案。
解决方案一：用口头信息
口头信息即使将军们派人用口信传达消息，口头传达消息的实际含义指的是：
- 每个被发送的消息都能够被正确投递
- 信息接受者知道消息是谁发的
- 沉默（不发消息）可以被检测
口头协议的算法很简单，如果其中一个节点，比如1发布消息出去，210都接受到1的消息，然后210也分别转告给其他的节点，每个节点都是信息的转达者，一轮下来，每个节点手上都会有10个信息（进攻或者撤退），有叛徒的话，那信息可能有进攻或者不进攻的不一致消息。每个人相当于手里有一本消息的账本，该怎么决策呢？如果有一半以上的人说进攻，那么采取进攻行动就是能成功的，所以这时即便有叛徒，只要听大部分人的，少数服从多数来行动即是有利的。
这种口头协议的算法也存在明显的缺点：口头协议并不会告知消息的上一个来源是谁，也就是消息不可追根溯源，出现信息不一致也很难找到叛徒在哪。
解决方案二：用书面协议
可以假设10个国家，每个国家都可以派人向各个国家派信，比如一起约定 “某天早上六点，大家一起进攻拜占庭，同意就签个字”。收到信的国家如果同意的话，就可以在原信上签名盖章。
书面协议相比口头协议，实际说的是在这个多人的将军模型中加了了个隐含条件：
- 将军们能够使用签名技术，签名不可伪造，一旦篡改即可发现。
- 同时任何人都可以验证签名的可靠性。
书面协议相比口头协议，所有的消息都是有记录的，解决了追根溯源的问题。
但在现实中仍然可能面临各种问题：
- 中世纪的邻邦之间沟通只能靠信使骑马，将军们互不信任，也不可能亲自聚在一起开会，物理距离导致信息传输延迟。
- 真正可信的签名体系难以实现。签名造假的问题也没法避免。
- 签名消息记录的保存难以摆脱中心化的机构。
另外，倘若每个国家都各自向其他9个国家派出信使，在这个网络即需要90次的传输才能完成一轮信息交流，但是每个国家可能回馈不同的进攻时间，在这种异步通信的条件下，要能协商一致是个大问题。
也就是如果能够依赖中心化可信的机构，也许能通过多方的签名记录整合在一起，更容易地实现9个国家的意见统一，但这是个伪假设，因为前提是这个网络就是互不信任的。
这就是一个由互不信任的各个邻邦国家所构成的分布式网络，要获得最大的利益，又必须一起努力才能完成，如何达成一致的共识，变成了一个难题。
莱斯利·兰伯特提出了“拜占庭将军问题”，但真正解决这以难题的是——中本聪。
终极解决方案：区块链技术
互联网的存在，首先降低了信息的流通成本。每个将军配一台电脑，就解决了”书面协议“中骑马通讯造成时间延迟的问题。
如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。
谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢？中本聪巧妙地在个系统加入了发送信息的成本，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。
它加入的成本就是”工作量“——节点必须完成一个计算工作才能向各城邦传播消息，当然，谁第一个完成工作，谁才能传播消息。
当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。中本聪在这里引用现代加密技术为这个信息签名。
这种加密技术——非对称加密完全可以解决古代难以解决的签名问题：
- 消息传送的私密性
- 能够确认身份
- 签名不可伪造、篡改
由此，一个不可信的分布式网络变成了一个可信的网络，所有的参与者可以在某件事在达成一致。
写到这里，同时终于明白了工作量证明（Proof Of Work）的意义。有人说挖矿浪费了巨大的社会资源，但建立信任的成本可不是0，挖矿是维护比特币网络可靠性的最好办法。
工作量证明，简单的理解就是一份证明，现实中的毕业证、驾驶证都属于工作量证明，它用以检验结果的方式证明你过去所做过了多少工作。
在拜占庭的系统里，加入工作量证明，其实就是简单粗暴地引入了一个条件：大家都别忙着发起消息，都来做个题，看谁最聪明，谁就有资格第一个发起消息。
这个题必须是绝对公平的，中本聪在设计比特币时，它采用了一种工作量证明机制叫哈希现金，在一个交易块这要找到一个随机数，计算机只能用穷举法来找到这个随机数，可以说，能不能找到全靠运气，所以对于各个节点来说，这个世界上，只有随机才是真正的公平，实现随机的最好办法是使用数学，所有的将军在寻找共识的过程，借助了大家都认可的数学逻辑。
如果不同的将军先后解出了题，各自先后向这个网络发布消息，于是各个节点都会收到来自不同节点发起的进攻或者不进攻的消息，那怎么办的？只有时间最早的发起者才是有效的。中本聪巧妙的设计了一个时间戳的东西，为每个将军在解好题的时间（出块时间）盖上时间印章。
将军们那又凭什么要一起做工作量证明呢？中本聪也完全可以设置一个奖励机制，比特币的奖励机制是每打包一个块，目前是奖励25个比特币，当然，拜占庭将军问题的奖励机制可以是瓜分拜占庭获得的利益。
对了，如果有出现背叛怎么办？
在这个分布式网络里：
- 每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。
- 账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。
- 尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。
由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情（不受protocol限制），比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识（Consensus）。
区块链上的共识机制主要解决由谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题。
拜占庭容错问题需要解决的也同样是谁来发起信息，如何实现信息的统一同步的问题。
到这里也可以知道了，基于互联网的区块链技术，它克服了口头协议与书面协议的种种缺点，使用消息加密技术、以及公平的工作量证明机制，创建了一组所有将军都认可的协议，这套协议的出现，拜占庭将军问题也就完美的得到了解决。
伟大的创新往往是站在前人的肩膀上，中本聪就是各种前沿技术的整合者，古老的疑难杂症在这种整合创新下，就变得不再是问题了。
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