区块链-理论入门
一、背景
区块链不是一个单独的技术，而是很多技术的综合，区块链应用与比特币中，比特币的诞生离不开“密码朋克”这个组织的功劳。
密码朋克（Cypherpunk）：一个邮件组；组中包含了许多密码天才、计算机精英：维基解密创始人、BT下载的作者、WWW的发明者、智能合作的提出者、Facebook创始人、比特币之父中本聪。
组中讨论的内容有：数学、计算机技术、加密技术、数字货币。
密码朋克中一系列技术的铺垫，给了中本聪发明比特币很大的灵感。
①Adam Back发明了Hashcash，使用了工作量证明POW，这是比特币的核心要素；
②时间戳保证了数字文件安全的协议，这是比特币协议之一；
③戴伟发明了B-money，强调点对点交易，不可更改记录，比特币中也采用了点对点交易技术；
④哈尔-芬尼推出了“加密现金”；
由这么技术铺垫，中本聪发布了《比特币：一个点对点的电子现金系统》。
比特币底层技术：
区块链来由：由于比特币系统中数据是一个个区块来存储的，并且通过Hash的方式把一个个区块连接起来，这样就形成了区块链。
二、应用场景
- 资产：数字资产发型，支付，交易，结算；
- 记账：股权交易，供应链金融，商业积分；
- 不可篡改特性应用：众筹，医疗证明，存在性证明；
- 点对点特性应用：共享经济，物联网；
- 隐私命名特性应用：匿名交易；
三、比特币：
1、比特币是一种数字货币；
什么是货币？货币是可以承载价值的一般等价物；
一般等价物：铜币、金银-->银票-->法币（纸币）
一般等价物本身，如银票、纸币本身不具有价值，之所以可以作为货币，是因为人们都认可，那么一串数字，是否也可以作为货币呢？这就是数字货币。
2、 比特币的优势，它的信任从何而来：
①财产只受自己控制，不会像银行里的钱一样可能会被冻结；
②无通货膨胀风险，比特币总量是2100万个，只会升值；
③无假钞，因为需要其他人认可；
④流通性好，全球流通，点对点交易；
3、比特币还是一种去中心化记账系统；
通常中心化系统把所有数据存在中央服务器，而比特币数据不存在中央服务器，而是将数据存在记账网络中的每一个节点；假设每一个节点相当于一个电脑，那么记账数据会存在每一个人的电脑里，每一个人电脑里都记有账本数据，那么假设有人的账本和其他人不一样，以谁的账本为准呢？这就是涉及到比特币的原理知识，请看后面内容。
①账本如何验证？哪一个账本是有效的？
②所有权问题？如何来证明谁拥有这个货币？
③为什么记账？
④以谁的账本为准？（共识机制）
四、账本如何验证？
有人会说，把所有人的账本拿出来对比，少数服从多数；办法是可以的，但是数据量很大，效率太差。
Hash哈希函数：Hash（原始信息）--> 摘要信息
Hash特点：
①同样的原始信息用同一个哈希函数总能得到相同的摘要信息；
②原始信息任何微小的变化经过哈希函数都会得到“面目全非”的摘要信息；
③摘要信息无法逆向推算出原始信息；
MD5就是一个哈希函数，用来比较文件下载后是否被损坏；
根据Hash的特性可以验证账本的有效性！
Hash（原始信息） == 摘要信息
通过对比摘要信息来验证账本！！！
下一次记账如下：
新的账本Hash之前会将上一个账本的Hash值作为参数加入：这样每次只需要验证最后一个Hash值就可以判断整个链所有账本是否正确。
账本验证总结：每个节点在核对数据时，只需要核对最后一个区块的摘要信息，如果最后一个区块的摘要信息核对正确，那么说明整个区块链的账本是正确的，这样就可以完成高效的账本验证！
五、账户所有权问题（比特币系统中如何来确定某个账户的比特币是属于谁的？）
首先来看下中心化系统---银行系统如何确定所有权：
银行系统：用户（银行卡 + 密码） ----> 交易
如果有人盗刷了你的银行卡，那如何处理呢？第三方（银行）介入，来验证这笔交易是否是你本人操作，如果不是银行卡所有者操作，则银行会撤销此次交易。
但是比特币系统是一个点对点交易的去中心化系统，没有第三方参与，那么如何来确保所有权呢？？？
1、比特币解决方案：
在比特币系统中，账号---->用地址来表示，一个地址就是一个账号；一笔交易，其实就是比特币从一个地址转移到另一个地址；在整个交易过程中，不包含任何个人信息；
谁能用这个地址进行支付，谁就拥有了这个账户的所有权。
2、密码 ----> 私钥
在比特币系统中的私钥，就相当于是银行系统银行卡的密码；
①比特币中一个地址对应一个私钥；地址和私钥是非对称关系；
②通过私钥可以得到地址：
Hash(Hash(fun( 私钥 ))) ——> 地址
③地址无法反推出私钥：
④谁拥有了私钥，谁就可以支付；
那么，在泄漏私钥的情况下，如何证明自己拥有了某个地址的私钥？？？
3、非对称加密技术（对交易签名）
（1）签名过程：
①对交易进行hash，得到摘要；
Hash( 交易信息/转账记录 ) ——> 摘要信息
②用私钥对摘要签名；
Sign( 摘要信息，私钥 ) ——> 签名信息
（2）广播交易：
签名之后，付款节点在整个网络中广播，广播的内容包括交易信息、签名信息，让其他节点对此交易进行验证，广播是一个循环的过程，其他节点验证通过后会同时广播给周边节点；
4、验证：
其他节点收到广播后，开始验证签名的信息是不是付款方用私钥对摘要进行签名后产生的：
verfiy( 签名信息，付款方地址 ) ————> 交易摘要
5、签名与验证：互为逆运算
签名是一个加密的过程：sign(摘要信息，私钥) ——> 签名信息
验证时一个解密的过程：verify(签名信息，付款方地址) ——> 摘要信息
六、为什么记账？工作量证明：
记账：是一个Hash打包的过程，会消耗大量的资源；
记账需要消耗资源，那么系统为什么要记账，是因为系统会给参与记账的账户一定的奖励；由于记账具有随机性，因此又称记账为挖矿；
1、挖矿过程：
①每次记账，系统先发行一定数量的比特币到记账账户；
②当前每次记账发行12.5个比特币，每个比特币价值>4000RMB；
③大家争相记账，如果大家一起记账，就会出现记账不一致问题，因此需要制定规则；
2、规则：
①一段时间内，只有一人可以记账成功，目前一段时间大约十分钟；
②通过解决密码学难题（工作量证明）竞争获得唯一记账权；
③其他节点，只是复制上一步的记账结果；
3、工作量证明：
①记账：Hash(上一个Hash值，交易记录集) = 23434WEG3
②这样记账太过于简单，人人都可以记账成功；为了保证一段时间内只有一个人可以完成记账：需要提高记账难度，所以比特币要求Hash值必须以N个0开头，目前是18个0开头；
③所以引入了随机数，不停的改变随机数，来获取不同的Hash值去匹配符合条件的值；
Hash（上一个Hash值，交易记录集，随机数） = 0000000000000000002346ffkw324lf23lsfe23f43t3455f
交易记录集：
a.收集广播中还没有被记录账本的交易；
b.交易有效性验证；
c.添加一笔给自己的转账交易（挖矿奖励）；
4、工作量分析
区块：Block #512884
Hash值：0000000000000000002243f4g45g3463sl3424l89fd231583nrkf92i3a3823i98i409o9o32f5rf1wedf6tg
Hash值以18个0开头，Hash值是十六进制数；
那么得到一个0的几率是1/16，理论上需要尝试16次，得到两个0就需要尝试16*16次，那么需要得到一个以18个0开头的数字，理论上就需要尝试1618次；
七、共识机制
既然记账是有奖励的，那么就会有很多人参与挖矿，就可能出现两个节点同时记账，同时完成工作量证明，那么使用谁的区块呢？为了解决这个问题，所以比特币采用了共识别机制，节点的工作量需要得到其他节点的认同才是有效的。共识机制如下：
1.如果两个节点同时完成工作量证明，每个节点只认同累计工作量最大的区块链，延长最长链；
2.分叉解决：广播收到哪个节点，就在哪个节点的链上打包，如果同时出现两条链同样长度，那么两条链相互竞争，总有一条链最终抢先完成工作量证明；
如上#2345A和#2345B两个节点同时完成工作量证明，这两条链长度相同，这时候#2345A和#2345B两个节点同时向网络中其他节点广播，收到#2345A的节点在#2345A这条链上继续打包，收到#2345B的节点在#2345B这条链上打包，网络传输速度是不同的，那么最后#2345A和#2345B这两条链，最终总有一条超过另一条链，比如#2346B，那么这条链就是有效的；
八、总结
1、比特币是一个点对点的区中心话系统，没有第三方参与；
2、账本验证是个问题？所以引入了Hash函数来进行验证账本有效性；每次只需要比对最后一个快的Hash值是否正确即可，如果最后一个块的Hash值正确，那么整条链的账本就正确；
3、所有权问题？如何确定账户的比特数属于谁？
签名：Hash（交易信息）——>摘要信息，sign（摘要信息+私钥）——>签名信息
验证：verify（地址+签名信息）——>判断是否等于Hash（交易信息）
4、为什么记账？记账消耗资源，可以得到系统奖励
5、工作量证明：引入随机数，提高记账难度，匹配符合比特币条件的Hash值；
Hash（上一个Hash值，交易记录集，随机数）==以18个0开头的Hash值
6、共识机制：每个节点的工作量只有得到其他节点认可才是有效的，每个节点只认可累计工作量最长的那条链；