大话区块链

先介绍几个名词：

UTXO：比特币交易中的基础构建单元是交易输出。 交易输出是比特币不可分割的基本组合，记录在区块上，并被整个网络识别为有效。比特币完整节点跟踪所有可找到的和可使用的输出，称为 “未花费的交易输出”（unspent transaction outputs），即UTXO。。。。尽管UTXO可以是任意值，但一旦被创造出来，即不可分割。一个UTXO只能在一次交易中作为一个整体被消耗。

区块链是什么，究竟要解决的是什么问题？它是否能像今天的互联网一样，是下一个时代的颠覆者呢？

OK，今天带大家一步步了解一下！
在谈区块链之前，先来简单说一下，当下我们习惯的购物方式：

过年了 你在某宝上定制了一枚钻戒，将白花花的银子打到蚂蚁金服这样的第三方权威机构上，等待卖钻戒的人发货给你，好讨女朋友的欢心，可惜，尴尬的事情发生了，蚂蚁金服大佬和小姨子逃跑了，卷走了你的钱，你目前人财两空，独自走在街头流泪。

把这件事情放在区块链的领域，那么这件事情就简单很多了，你只需要和卖家相互确认这件事情，那么就OK了，当然这还不是很明显，假设有成千上万的交易，那么去中心化的机制，是不是显得更加便捷、节省资源。假设你买了一点安全措施，也没必要担心信息泄漏，嘿嘿。

那么问题来了，没有了这种类似央行一样的权威中心，那么我怎么知道你所发的消息是准确而且可信的（这是两个问题：一个准确，一个可信）

所以，要想解决上述问题，也就必须面对，困扰已久的两个难题

• 两军问题
• 拜占庭将军问题

提到；两军问题，首先谈一下咱们最熟悉的tcp三次握手协议，那么大家想一个问题，tcp三次握手之后难道就能保证信道是绝对安全的么？所以，专业点来说就是“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”。所以，tcp三次握手是我们在长期的经验之下得出来的一种共识，是一种相对稳定的状态。

其次，从拜占庭将军问题所反应到区块链的问题来看，在一个去中心的系统中，肯定会存在一些节点是处于不work的状态，那么这就会造成他们不与其它节点交互，或者send error message。也就没办法保证数据传输的准确性。

接下来，我们构建一个完全去中心化的模式。

琮琮是当地的大地主，有一天“洗衣机磊”结婚缺点钱，向琮琮借了一万块，琮琮怕洗衣机磊哪天耍赖皮，所以找来了他的小三，小四等三千后宫佳丽，都做见证人，大家都在自己的小本本上，记录：洗衣机磊今天借了琮琮的一万块，琮琮也向大家宣布，今天洗衣机磊借了我的一万块。这么一个简单的去中心化系统就建立起来了，我们不需要任何权威机构见证，假如，哪天洗衣机磊，出来说：自己没有借钱，那么琮琮的三千后宫佳丽会当场见证，你借过。

在上述的这个去中心化系统中，有三个角色：琮琮、洗衣机磊、三千佳丽。

大家可能会意识到，其实在这个系统中，“1w元”我可以替换成任意东西，只要琮琮和洗衣机磊认可，后宫三千佳丽见证，那么这个交易便是成立的，OK，那么，换成大家所期待的比特币也是一个道理。

中本聪正是基于这样的一种设想，构建了他的第一版区块链示意图：

区块链示意图

这个简单的去中心化模型，漏洞百出，琮琮的后宫三千佳丽正在和琮琮的堂弟表哥们玩耍，被叫过来，很是不爽，我凭什么要过来啊。这时土豪琮也觉得有道理，所以琮琮说，凡是第一个为我见证的将得到十克拉钻石。这也就是中本聪设想的区块链中的—激励机制。

• 第一种激励机制，也叫做币基交易，就是说发现一个新块的第一笔交易。作为激励发给发现该块的矿工，每一个block只有一个币基交易。
• 第二种激励机制，是交易费，当输出小于输入的情况时，他们的差值作为交易费，奖励给他人，存在这种激励机制的另一个原因也是因为，在整个交易过程中，标准输出是最小的单位，也称为（UTXO），他是最小单元不可分割，但是存在找零的一个过程。

那么交易费该如何理解呢？

后面过来的小五不开心了，和琮琮撒娇，我有个弟弟也要结婚，我也想与你做一个交易，你借我5000块就行，可是土豪琮只有一万块一张的整币，没辙，只好给小五，剩下的5000块作为交易费送给小五。

在这个过程中，还有一种情况可能会发生，那就是小三和小四是双胞胎，他们一起喊出：我收到洗衣机磊借琮琮的一万块这条消息，紧接着过来的小五小六。。。有点懵，我该听谁的呢？管她呢，小五和小三关系好，听小三的，小六和小四关系好，听小四的，但是理论上这种情况可能会一直延续下去啊，那么该如何解决呢？土豪琮设置了一定的难度规则，小三坐飞机过来，结果它过来的快了，所以小四你别做飞机了，你坐马车吧。。不断如此调整这个难度规则，来保证，小三，小四。。。过来的时间都是差不多的。这种情况就是区块链中所描述的暂时分叉问题，这种情况是暂时的，当有一方获胜的时候，另一方会将自己的交易以utxo集的形式重新扔回矿池中，继续广播，寻求下一步认证。

那么在区块链中：整个网络会通过调整“难度”这个变量来控制生成工作量证明所需要的计算力。全网中每新增2016个区块，全网难度将重新计算，该新难度值将依据前2016个区块的哈希算力而定。目的就是使整个网络的计算力大致每10分钟产生一个区块。

现在总结一下：

上述所描述的究竟我是该听小三还是小四的问题（暂时分叉），就是中本聪破解拜占庭将军问题的设想。在解决这个问题上，用到了密码学中merkle树的思想来简化存储、寻找、验证等问题。merkle树是从下到上构建的。

image.png

小三，小四。。在自己小本本上记录的过程就是，我们挖矿的过程。

小三坐飞机，小四坐马车，也就是琮琮设定的不同难度，就好比特币挖矿的难度。

飞机的速度，马车的速度，就好比我当前全网的算力究竟有多快。

琮琮通过设定新的规则，就是工作量证明（POW）。

那么，现在再来谈什么是区块链呢？

区块链就好比一条单向（绝对不可能反向）的链表，每一个节点就好比一个块，每一个块的第一笔交易（币基交易）作为激励奖励给发现这个块的矿工，通过不断的难度调整，通过工作量证明，来保证整个工作链不出现分叉。这个链不断的延伸，所以越来越难挖，目前显卡、fpga、都挖不动了，基本到了10纳米级的芯片，一台服务器，搭载几百个这样的芯片在做计算，再发展下去，感觉需要用到银河二号出马了。

更条理的来说：

• 区块链是一个放在非安全环境中的分布式数据库（系统）。

            要点：（1）分布式，（2）非安全环境。

• 区块链采用密码学的方法来保证已有数据不可能被篡改。

            要点：（1）密码学哈希函数，（2）非对称加密。

• 区块链采用共识算法来对于新增数据达成共识。

            共识算法的目的，就是让所有节点对于新增区块达成共识