本文旨在科普区块链的本质是什么。希望大家读完之后，能弄懂什么是区块链、什么是挖矿、区块链的出现到底解决了什么痛点、未来可能的落地场景等问题。
为了方便理解，我在描述时做了很多简化，论述不是特别严谨。见谅。如有问题，可直接联系我。
开始之前
开始之前，先给大家普及一些术语。
- Hash（哈希）
Hash，也叫做散列。就是把任意长度的输入，通过散列算法转换成固定长度的输出。不同的散列算法也就是对应不同的Hash算法，目前常见的有MD5，SHA1，SHA256等。举个例子，“blockchain”的SHA256值是ef7797e13d3a75526946a3bcf00daec9fc9c9c4d51ddc7cc5df888f74dd434d1。这种算法的好处就是，我可以很容易计算出某个输入的哈希值，但是很难通过哈希值还原出原始的输入。
区块链的本质
在我看来，区块链是由三大块内容构成，即分布式数据库、不可更改的数据结构和共识算法。很像是一个超慢的分布式数据库，只是这个数据库中的数据无法修改，往这个数据库里添加数据需要经过节点共识。
我们分开看
- 分布式数据库
拿比特币举例，它的账单数据对整个网络都是透明公开的，任何人都可以拥有它的备份。
- 不可更改的数据结构
刚刚提到钱包中其实存储着账单数据，那这么多条账单数据，我们如何串联起来，同时又要保证里面的每一条数据都没被修改过呢？
我找了一个比较新的区块（可以理解成是「单条账单记录」），我们可以看到这里面有四个哈希。其中Previous Block和Next Block分别表示当前区块的上一个区块的哈希值和下一个区块的哈希值。如下图所示：
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你看，每一个区块都是这样串起来的。完全就是一堆「区块」的链条。这样设计的好处就是已经上链的区块，它的内容都不能篡改，一旦篡改某一个上链的区块，就需要把该区块之后的所有区块的hash值全部计算，而且还需要通过工作量证明（POW）。这个工作量实在太大了。
- 共识算法
我们仍以比特币举例。比特币在Block的生成过程中使用了工作量证明（POW）机制。就是说获取正确的Block Hash需要进行大量的计算（即挖矿），计算时间也是跟计算机的哈希运算速度有关。当某一个节点算出的时候，它就会得到相应的奖励（目前是12.5个BTC）。所以计算正确的Block Hash其实就是一个概率事件。
这三块内容构成了区块链。
区块链的特点
从上述的介绍中，我们可以看出区块链具有以下特点：
- 去中心化
- 账本公开透明
- 不可篡改
- 匿名性
- 区块确定有延迟
- 需要大量的底层节点
分叉
分叉可分为硬分叉和软分叉。软分叉可以算是对区块链网络的升级，而且向前兼容。硬分叉则是链的参与者意见不一，通过代码升级，分叉成两条完全不同的链，不再向前兼容。举个例子，城市扩建一条窄路，既可以新增辅路（软分叉），又可以直接换个地方建一条更大更宽的路（硬分叉）。
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上图就是在硬分叉下，区块的下一个Hash指向了两条链，而且这两条链都在各自增长。比特币现金就是比特币分叉的产物。
现存问题
- 51%攻击是怎么回事？
我们假想一个场景，我拿着手机去瑞幸咖啡买了一杯咖啡，我给收银员Jolie转了0.00081个币（0.00008个币是用来购买咖啡，0.000001个币用来支付手续费）。我给Jolie展示转账之后，Jolie把咖啡端给了我，我就离开了咖啡馆。
正常情况下，这笔交易会被广播到整个比特币网络中，等待上链。此时，矿工拿到这个交易请求之后，会尽快通过计算哈希值来争取记账权，然后将交易打包成一个区块，并上传到整个区块链网络中。同时，矿工也会拿到这笔手续费。
但是，我是个超级大Boss，手中握有整个网络50%的算力，我不想付这笔咖啡钱了。就在一些节点收到矿工的广播并记录到自己的账本时，我发动自己的算力，把这笔交易中的接受地址改成自己，并把这个交易请求广播到网络中，这个请求也会被矿工记录到区块上。因为我手中拥有51%的算力，这个伪造的区块加入主链之后，这条链会比之前的那条正常链要长，根据比特币的原则，这条伪造的链会成为主链，这笔交易也就成真实的了。
当然，在这一切发生时，我已经端着我的咖啡到公司开始搬砖了。但是，大家发现没有，我使用手中的全部算力，仅仅是更改了一笔交易（这里发生的场景也就是「双花」）。与其这样，我远不如遵守规则，收取手续费，而不是破坏规则。
- 如果参与挖矿的人更多，或者更少，挖矿的收益会怎么样？
在Block Data中，其实还有一个字段，叫做difficulty，它决定了挖矿的难度。全网算力越大，这个值越大，挖矿难度越大；算力越小，这个值越小，挖矿难度越小。根据算力的变化，每两周会调整一次难度。
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从创世区块开始到现在的难度变化可以见下图：
- 比特币会被挖完吗？
准确来说，比特币并非是被挖完了，而是说算出新的区块，获取不到对应的奖励了。
按照当前的设计来算，2040年比特币会被「挖完」。
通过本文，大概介绍了区块链技术层面的一些细节。下一节，我们将介绍一下当前区块链的应用以及问题。
本文首发于kii.io。
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