这里有你想知道的区块链（Blockchains）- 第一部分

Ah，区块链。

这可是一个很重要的东西。如果你完全不知道，那就要检讨下自己。

她时常过于复杂，过于神秘，超奇异。（我不知道用什么词来正确的描述它，但是很多人都叫她 区块链（Blockchains）她们到底是什么？加入我们，在这里，我将进行简单粗暴讲解一番；我将尽力确保你离开这里之前，知道下面这个问题的答案：

当人们谈论区块链时，他们都在说些什么？

这可能会覆盖很多内容，本文将分成两个部分来一一讲解。

第一个部分，了解下区块链的数据结构，有哪些属性，以及其他你需要理解的细节。

第二个部分，应用你所学到的实现一个实际广泛的区块链应用，像强大的分布式账本(distributed ledgers)，加密算法（比如，比特币、莱特币或者像以太坊那样的智能合约(Smart-Contact)）。

哈希(Hashes) #

讲区块链之前，我们需要理解一个概念。对于了解他们的工作原理来说，这个概念是至关重要的，绝对不是在浪费时间。

这个概念就是哈希(Hash)。相关的操作就是哈希化(Hashing)，包含一个哈希(Hash)，Hash 函数和对应的算法。

这里不会讲解哈希算法的工作原理，因为它们有很多，足够写好几本书了，而且具体实现对于了解区块链，帮助不大；我们只需要理解他的概念和作用就好。

一个 Hash 算法是用来帮助把你的数据，无论长的还是短的，转化成相同长度的输出。具体的长度依赖于特定的算法，然而同一种算法都将永远产生相同长度的 Hash。

来看一个具体的例子，SHA256，一个流行通用的哈希算法，看个例子：

n3xtchen

生成 SHA256：

fce22051b0d4aafd
4b1372bbdf014ea6
bb9627a48a0b20dd
1b30114db0b68736

小提示：SHA256 中的 256 代表实际的输出是 256 位（一个英文字符，一个字节，8位），我们一般习惯用十六进制（由 0-9 和 a-f 构成）来表示 Hash - 接下来我们都用它。

一旦我们使用 SHA256 来执行 Hash 操作，“n3xthen” 永远都只会产生相同的输出；任何字符串都只会产生 64 个字符长度的 Hash。让我们一起看一下，超过 64 个字符的 SHA256 哈希后的结果：

This is a string that's longer than 64 characters. The hash is still exactly 64.

生成 SHA256：

8dee9e39a59cf0b7
0f10e8725792837a
ac7dcf8c8729e4a6
bf38af8cb9725b09

结果仍然是 64个字符（256位）。

对于任何 Hash 算法来说，原则都是一样。然而，对于好的 Hash 函数，还要满足以下原则：

• 均匀分布（Uniformity）：我们希望任何我们输出的 Hash 在感官上是随机等概率的（或者接近）。也就是说，如果我们使用这个函数计算成千上万个 Hash，我们不应该从输出中观察到任何模式。

  由于它最小化了哈希任意两个输入产生同一个输出的风险，均匀分布是非常重要的一个特征。假定这种类型的意外冲突不可能发生的前提下，所有通过 Hash 交互的软件之间才能进行有效的沟通。

• 不可逆（Non-invertibility）：根据算法的预期用途，是另一个重要原则。这应该是不可能，或者说非常低概率的。理想状态下，很容易把数据哈希化，但是反过来的话就几乎不可能了。

• 不连续（discontinuity） ：要求算法对于类似的输入，应该产生差异很大的 Hash。当然也存在特定领域（例如，搜索相关的）的 Hash 算法要求连续的（与该原则相对立），但是大部分的 Hash 函数要求你尽可能不联系。‘abcdefh’ 和 ‘abcdefg’ 的 Hash 之间应该是完全不同，而不是仅仅一个或者几个字符不同。

我的第一个区块链 #

区块链是一种数据结构。

稍微具体，是一种有序排列。再具体点，使用一种很难被篡改方式来存储有序排列。

最后一句话是最重要的——按顺序存储的数据结构有好多种 —— 数组（Array），链表（Linked List），双链表（Double-Linked List），等等。区块链就是在它们的基础上添加了一些特征，来确保如果列表的任一部分被篡改，整条链都会被判定成无效。它们基本上是个健壮的列表——没有任何魔法。

一条区块链，就和其他基于列表的数据结构一样，有一个单元（一个区块）构成，它可以存储一个数据包，以及一些把区块合并在一起的机制。正如其名。我们把我们的数据打包到整齐的区块中，然后生成一条区块链。

让我们一起造一个！首先，我们需要数据

• “我是一个区块!”
• “我是另一个区块！”
• “我是第三个”
• 。。。

实际放在区块链中的内容都是有特定价值的内容。它可以是一串字符，就和我们的例子一样；也可以是数千个交易记录的捆绑包，类似场景就是像比特币这样的密码币（cryptocurrency）。至于现在，你只要记住，我们不需要关心存储哪一种数据类型，只需要把它作为一种通用格式来存储。

我们还需要一些关于区块的元数据。它的格式取决于特定区块链的目的，至于我们的例子，在每一个区块中，再包含一个区块数字。第一个区块是数字 1，第二个是 2，以此类推。

{:.table-bordered}

在这一点上，一个典型的动态列表结构将会添加一些信息，将多个区块的逻辑连接成一个序列。通常采用指针的形式，指向存储器中前一项和下一个项的位置。 我们会继续借鉴这个想法：

{:.table-bordered}

我们现在有了完整功能的 双链表，它将很好地服务于很多应用。

然而，区块链：每一个区块还存储前一个区块的 Hash。不连续和随机离散的 Hash 非常适合检查数据的完整性，因为如果输入数据哪怕一位变化，它产生的 Hash 也将明显不同。现在填充我们的 Hash，完成一个简单但功能完备的区块链。

{:.table-bordered}

这里还有一些东西需要指出。首先，第一个区块链很特别。它的**“上一个区块” ** Hash 全部都是 0。那是因为不存在上一个区块，因此我们没有东西可以验证。第一个区块时长被叫做创世纪块（Genesis Block ）—— 如果你感兴趣的话，你可以看一下比特币的 《创世纪区块》。那里有很多可能对你来说可能不会有实际意义，但是你可以看到**“上一个区块”** Hash 全部为 0，就像我们的一样！

其次，要清楚的知道我们所哈希的数据。任一给定区块的**“上一个区块 Hash“** 都不仅仅只是上一个区块的字符数据。他实际上是上一个区块的全部数据的 哈希 —— 元数据，上一个 Hash 以及全部。

为了证明这一点（我说过他很重要），看一下第二个区块。他的上一个区块 Hash 是 48b48…e76cb。花一点时间在之前的 区块链 寻找。

然后，SHA256(”我是一个区块")不等于 54ffe…7b3ba

a9c3e4fd6b4b7a11
5137a56d76cf6ed6
b23559b2c1bc28a6
b7b9e649919a77be

为了生成 48b48…e76cb 这个 哈希，不仅需要字符数据本身，还需要按顺序组和所有的区块。 也就是说，我们把字符串 “1” + “00000000 … 00000000” + “我是一个区块”，在这样做的时候，我们得到了你可以在链中看到的结果

10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000我是一个区块

54ffe690a43c1950
5ee598266fb9c7b4
ceca09d8ba19f4fc
a8b3ae4003d7b3ba

作为简单数据建构进行操作一样，所有这些构成了一个 区块链 ！链接的区块都包含自己的数据，以及 上一个区块 的 哈希。

区块链 的不同实现是通过使用大量的其他元数据，它们把所有数据都打包到它们区块中，这个是最基本的。在下一篇文章中，我们将进一步探讨如何通过在大型分布式网络中共享这些简单结构来解锁巨大的能力。

目前，很多内容被引入的，因此，我们需要巩固下知识，让我们更多的思考一下我们把整合在一起的简单 区块链。 具体来说，正如我之前提到，我想要说明下如何正确地在链中包含的 哈希 值使得它能够防止篡改。

区块链安全 #

让我们角色扮演下。我们在一个银行里工作，银行的作用就是把所有的消费记录都存储在 区块链 中。之所以这么决定是因为有人告诉他们 区块链 被验证出来，没有人不会因为淘气，可以篡改任意一条记录。人们有任何理由做这些事情 —— 把钱转到他们自己的账户上，犯罪目的欺诈别人。如果很容易办到，那就很糟糕了，

我想要讲解清楚我们引入的 区块链 的数据结构如何帮助避免此类事情的发生。这里是我们之前使用的区块链，还是拿这个作为例子（从现在开始，为了节省空间，提升展示效率的，我把链表的指针去掉）：

{:.table-bordered}

这些区块可能以某种分布式方式存储着 —— 一个区块一个文件，也就是说，你可以自信的认为一个潜在攻击者只能篡改链中的一个或者几个区块。具体实现没那么重要（如果这种自信有那么一点误导你，你就保持这种想法 —— 你迟早会适应密码币群体的）。

你在银行中的工作就是偶尔验证这个交易记录日志，来确保它不会混乱。（或者写一个程序完成这个工作，如果你不想用笔和纸计算很多 哈希 的）现在看看具体的过程？

从链条的开端开始。对于加入每一个区块，你需要计算前一个区块包含所有数据的 哈希，和当前存储的 上一个哈希 做对比。如果他们匹配，很好！哈希 计算很迅速的，因此对于你来说没有什么成本的。

现在让我们幻想一种场景。我在银行中的工作就是罪犯，尝试盗窃金钱。我碰巧知道 Evil 是一个土匪，因为我们更新第二个区块，并据为己有。然而，我不能获取其他所有的区块，因此，我只能让他们保持原样。现在的链条看起来像：

{:.table-bordered}

当你的下一个验证链的时候，我怎么寻找？区块 1检出，每次都是这么做的。区块链 2 检出 —— 它对于区块 1 来说，是正确的。这很奇怪，对吧？坏的的区块自己可以验证。然而，区块 3 就不能坚持了。你算出了，区块链 2：

2804ba5fc063af7c56aa6905352d0958aa982bec4d8ff35416669beef18af65b3Evil 支付 Craker ¥70000000

586e4ccd12a406b7
a72383d401f51557
0fa1ad6448a8b9bc
9173479d2cb51593

Woah！区块 3 声称那不是他的 上一个哈希！实际上，这根本不行 —— 正常的哈希函数式不连续的。你现在知道链被篡改了。你需要，当你不知道，银行在这种情况下会怎么做 —— 从上一个备份还原链？

想想都很可怕。

对于我来说这是非常重要的，因为你明白每个块的 “前一个哈希” 是整个上一个块的哈希，而不仅仅是它的数据？为了证明这一点，只要进一步验证区块 4 就好了。如果你是好的，重新计算 区块 3 的 “前一个哈希” 来考虑 区块 2 的变化，你会发现 区块 4 的 “前一个哈希” 不能和 区块 3 匹配了！这似乎因为 区块 3 被改变了 —— “前一个哈希” 指的是 区块 2

看看区块链的哈希机制如何让单一损害或者篡改的区块会导致整个链条失效的。很酷，对吧？如果每一个只有钱一个区块内容的 哈希, 也不是它的元数据，然后在我们的例子中，区块 3 将告诉我们有东西出错了，但是区块 3 将被检测出是好的。我希望你同意这是更弱的状态。

现在……

来做个总结吧！ #

在这个部分，我们已经学习了哈希（Hash）和区块链的基本结构；还展示了识别仅被修改一比特（only-a-bit-contrived ）区块链的例子，解释了区块链利用散列算法的完整性检查能力，拥有常规列表结构所不具备的安全性。

下一次，我们将看看区块链如何在现实世界上产生巨大的效应（巨大的财务价值）。从加密货币始祖，比特币开始，我们将了解工作证明（proof-of-work）和分布式分类帐，以了解如何使用块链来实现功能分散的货币。接着，也是最后，我将介绍即将推出的更为未来的智能合约的基本概念，将概念概括为不仅仅是货币，如以太币。

感谢你的阅读。