第一章比特币和区块链简介

一、比特币发展简史

1、2008年全球金融危机中，以美国为首的货币过度发行引发了金融危机。 这就是比特币的原因和动机。

2、2008年10月，中本聪发表了比特币论文《比特币：一种点对点电子现金系统》，描述了一种名为“比特币”的电子货币及其算法；

3、2009年1月3日，中本聪开发出第一个实现比特币算法的客户端程序，进行了第一次“挖矿”。 北京时间2009年1月4日凌晨2点15分05分（约英国时间2009年1月3日晚上18点15分05分）比特币的第一个区块，也就是创世区块。

4、2010年，中本聪销声匿迹，将项目交给比特币社区核心成员Gavin Andresen。 据信中本聪持有大约一百万比特币。 目前价值约79.3亿。

##2。 什么是比特币？

1、比特币是一种加密数字货币。 比特币没有现金，没有实物货币，也没有银行网点；

2、所有账户公开、透明、可查询；

3、比特币是一个基于P2P网络的分布式系统；

4、比特币是一种基于非对称加密技术（公钥算法）的交易；

5、法币是通过央行发行的，而比特币是通过挖矿产生的。

6. 比特币的特点

##3。 比特币是如何发行的？

比特币不是由任何银行或金融机构发行的。 使用比特币不需要绑定银行卡，不需要任何身份证明，不需要短信验证。 只要能上网，安装比特币客户端软件（钱包），就可以转账、收款，甚至挖矿。 比特币是通过挖矿产生的。

1.挖矿

2. 比特币钱包

“钱包”这个词在比特币中有多重含义。

3. 比特币节点

全节点

轻节点

挖矿节点

由于比特币转账可以在没有全节点的情况下进行，比特币全节点的数量只占节点总数的一小部分。

Node Counter是一个跟踪整个比特币节点的分析网站。

4. 挖矿三部曲：记录、打包、链接

##4。 比特币与区块链的关系

1、区块链是比特币的底层技术，比特币是区块链的最早应用。

2、如果比特币是金钱，那么区块链就是账本，记录着比特币的转账记录。 但区块链不仅是比特币独有的。 除了数字货币，区块链在其他应用领域也会有更多的用武之地。

3、中本聪在他的比特币白皮书中其实并没有提到区块链这个词，而是提到了区块和链两个概念。 直到2014年金融机构开始关注比特币的底层支撑技术，区块链的概念才被正式确认。

4. 区块链不是一项新技术，而是一系列技术的集成。 包括非对称加密技术、时间戳、共识机制等。几乎所有的技术在比特币出现之前就已经存在，但是这些技术都没有在比特币之前产生如此巨大的影响，所以比特币是区块链技术的第一个成功应用。 想要学习区块链技术，比特币是绕不开的东西。 然而，区块链不仅仅是比特币。

5、比特币是世界上公认的第一个区块链，也是世界上最强大、最安全的区块链。

● 比特币被誉为第一代区块链的代表，主要应用方向为加密数字货币；

● 以太坊被称为第二代区块链。 以太坊不仅有自己的加密数字货币（以太币），还是一个区块链开发平台。 主要应用方向为智能合约开发和DApp开发；

● Hyperledger 是第三代区块链，与加密数字货币无关。 是一个面向企业的分布式账本平台，引入了权限管理。

##5。 区块与区块链

5.1 区块链的本质是什么？

区块链的本质是什么？ 总之，它是一个多方参与、共同维护、持续增长的分布式数据库，又称分布式共享账本。

首先，区块链的主要作用是存储信息。 任何需要保存的信息都可以写入区块链，也可以从中读取，所以它是一个数据库。

其次，任何人都可以架设服务器，加入区块链网络，成为节点。 在区块链世界中，没有中心节点，每个节点都是平等的，他们都保存着整个数据库。 你可以向任意节点写入/读取数据，因为最后所有节点都会同步，保证区块链的一致性。

最后，所有节点共同维护一条增长链，只能添加记录，不能删除和篡改记录；

5.2 区块链的最大特点

区块链没有管理员，它是完全去中心化的。

其他数据库有管理员，但区块链没有。 如果有人想在区块链中添加审计，他们做不到，因为它旨在防止中央权威。

正是因为无法管理，区块链才无法控制。 否则，一旦大公司、大集团掌握了管理权，他们就控制了整个平台，其他用户就必须服从他们。

但是，没有管理员，任何人都可以向其中写入数据。 如何保证数据可信？ 需要了解block的设计思路。

5.3 哈希

在这里，你需要了解什么是Hash，这是了解区块链所必需的。

哈希是一种将文本转化为不可逆的等长哈希字符串hash的算法（很多资料也叫指纹或消息摘要）。 这个词本身的意思是“剁碎的，切碎的”。

哈希算法的特点：

HASH主要用于信息安全领域的加密算法。 它将一些不同长度的信息转换成128位的杂乱代码，称为HASH值。 也可以说，哈希就是找到数据内容和数据存储地址关系之间的映射。

安全散列算法 SHA：

安全哈希算法SHA（Secure Hash Algorithm）是由美国国家安全局（NSA）设计，美国国家标准技术研究院（NIST）发布的一系列密码哈希函数，包括SHA-1、SHA-224、SHA - 256、SHA-384 和 SHA-512 变体。 主要适用于数字签名标准（DigitalSignature Standard DSS）中定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。 SHA-1 不再那么安全，谷歌和微软都弃用了这种加密算法。 为此，我们以比特币使用的流行算法 SHA-256 为例。 在这种模式下也可以使用其他 SHA 算法。

因此，Hash是指计算机可以为任何内容计算出一个相同长度的特征值。 区块链的Hash长度为256位，也就是说无论原始内容是什么，最后都会计算出一个256位的二进制数。 并且可以保证只要原始内容不同，对应的Hash就一定不同。

比如字符串123的Hash是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（十六进制），转成二进制是256位，只有123才能得到这个Hash。

因此，有两个重要的推论。

推论1：每个区块的Hash不同，可以通过Hash来识别区块。

推论2：如果区块内容发生变化，其Hash一定会发生变化。

我们可以通过以下网址演示hash、block、blockchain等。 .

不同的内容生成不同的哈希值。

5.4 区块链

区块链由区块组成。 块与数据库记录非常相似。 每次写入数据时，都会创建一个块。

每个块由两部分组成：

【区块头（Head）】记录当前区块的元信息。

[正文] 实际数据。

区块头包含当前区块的多元素信息。

1.生成时间

2. 实际数据（即区块体）的Hash

3. 前一个区块的哈希值

4. 等待。 .

接下来我们演示一个挖新区块的过程：

5.5 区块链的不变性

区块和Hash是一一对应的不可双花是比特币的特征吗，每个区块的Hash都是为“区块头”计算的。

Hash = SHA256(区块头)

以上就是区块哈希的计算公式。 Hash 由区块头唯一确定。 SHA256是区块链的Hash算法。

前面说过，区块头包含很多内容，包括当前区块体的Hash（注意是“区块体”的Hash，而不是整个区块的Hash），以及上一个区块的Hash。 这意味着如果当前区块的内容发生变化，或者前一个区块的Hash发生变化，那么肯定会导致当前区块的Hash发生变化。

这对区块链有重大影响。 如果有人修改了一个块，该块的哈希值就会改变。 为了让后面的区块连接到它，这个人必须同时修改所有下面的区块，否则被修改的区块就会从区块链中分离出来。 由于后文提到的原因，Hash 的计算非常耗时，同时修改多个区块几乎是不可能的，除非有人掌握了全网 51% 以上的算力。

正是通过这种联动机制，区块链保证了自身的可靠性不可双花是比特币的特征吗，数据一旦写入，就无法被篡改。 这就像历史一样，已经发生的就是已经发生的，从此无法改变。

每个块都连接到前一个块，这就是“区块链”名称的来源。

5.6 挖矿及难度系数

由于必须保证节点之间的同步，因此不能太快地添加新块。 想象一下，你刚刚同步了一个区块，准备根据它生成下一个区块，但是此时另一个节点生成了一个新的区块，你不得不放弃一半的计算重新同步。 因为每个块只能跟一个块，所以只能在最新块之后生成下一个块。 因此，您别无选择，只能在听到信号后立即同步。

因此，区块链的发明者中本聪（此为化名，真实身份未知）故意让新区块难以添加。 他的设计是，平均每10分钟，全网可以产生一个新的区块，一个小时只有六个。

这种输出速度不是通过命令来实现的，而是通过刻意设置的海量计算来实现的。 也就是说，只有通过极其大量的计算，才能得到当前区块的有效Hash，从而将新区块加入到区块链中。 由于计算量大，无法快速起来。

这个过程叫做挖矿，因为计算一个有效的Hash的难度就像在全世界的沙子中找到一粒符合要求的沙子。 计算Hash的机器称为矿机，操作矿机的人称为矿工。

难易程度

你可能有一个问题。 都说挖矿难，但挖矿不就是用电脑算个Hash吗？

事实证明，并不是任何一个Hash都是可以接受的，只有满足条件的Hash才会被区块链接受。 这个条件太苛刻了，大部分哈希都不符合要求，必须重新计算。

原来区块头中包含一个难度系数（difficulty），决定了计算Hash的难度。 例如，区块 516532 的难度系数为 3,511,060,552,899.72。

区块链协议规定目标值（target）可以通过一个常数除以难度系数得到。 显然，难度系数越大，目标值越小。

Hash 的有效性与目标值密切相关。 只有小于目标值的 Hash 才有效，否则 Hash 无效，必须重新计算。 由于目标值很小，Hash小于这个值的可能性极小，可能计算10亿次才算一次。 这就是挖矿如此缓慢的根本原因。

区块头中还有一个Nonce值，记录了Hash重新计算的次数。 第 516532 个区块的 Nonce 值为 2099127697，即需要 20.99 亿次计算得到一个有效的 Hash，该区块才能加入区块链。

难度调整：

挖矿再难，也不能保证十分钟正好出块，有时一分钟算出来，有时几小时也可能没有结果。 一般来说，随着硬件设备的提升，矿机数量的增加，计算速度肯定会越来越快。

为了让输出速率保持在十分钟不变，中本聪还设计了难度系数动态调整机制。 他规定难度系数每两周调整一次（2016个区块）。 如果这两周平均出块速度为9分钟，即比法定速度快10%，那么难度系数会增加10%； 如果平均生成速度为11分钟，说明比法定速度慢了10%，所以难度系数会下调10%。

难度系数调的越来越高（目标值越来越小），使得挖矿难度越来越大。

##6。 国内外知名区块链项目

国外知名区块链项目

1.永账本

2.专着

3. 宝石健康

使用区块链存储医疗记录和数据。

国内知名区块链项目

1.迅雷

2.人人坊

3.网易招财猫

4.阿里巴巴电商与区块链

5、腾讯金色红包

6.小米营销数据链接

7、京东：区块链全程溯源。

8、YOYOW：（you own your own words）内容生产领域的贡献定价和股权回报平台

9. GCS游戏链系统

10、Kcash数字资产钱包：获得数千万元融资。

11、其他：消除中介信用问题。 数字货币领域是区块链最好的应用领域之一； 另外，在支付领域，区块链技术可以剔除第三方，直接进行点对点支付，让支付更加安全。 追溯功能可以监督洗钱等非法活动。 区块链可逐步应用于征信、版权、公证、证券、资产管理等领域。

##7。 区块链相关应用及公司

1、公证防伪：factom、Monegraph、Stampery、Bitproof、Uproov、Chronicled、Blockai；

2. 智能合约：彩币、闪电网络、侧链、Tendermint、Chronicled、SuperNET、Blocknet、Tezos、Openchain、Crypti、Rubix、MultiChain、hyperledger、The DAO（thedao）、WAVES、Synereo、WINGS、cyber miles；

3、物联网：ADEPT、Filament、Tilepay、Slock.it（slockit）；

4、身份验证：BlockScore、Shocard、LaunchKey、BitNation；

5、预测市场：Augur、Truthcoin、Futarchy；

6、资产交易：bytom、qtum、Medici、SETL、Symbiont、DAH、SETL、antshares、SWARM、Koinify、Lighthouse、Safe Cash（safecash）、t0、Linq、Colu、metaverse、reitschain、gxb、OpenLedger；

7. 电子商务：OpenBazaar、Eris、BitXBay、Bitmarkets、Skuchain、Purse；

8. 社交通讯：Gems、Codius、bitmessage、Twister、Clucker、Diaspora；

9、文件存储：MaidSafe、Enigma、Filecoin、factom、Storj、Tau、Dfinity、Bit Cloud、IPFS、Mediachain；

10. 数据API：Coinalytics、Blocktrail、BlockCypher、TradeBlock、Scorechain、Gem；

11、其他：Tierion、安全现金（safecash）、bitwage、Crypti、IPFS、DECENT、ebookchain、hoopox、Energo、delphy；

12、银行结算：R3CEV、Corda；

13、区块链金融：iCube；

14.操作系统：亦来云；

##8。 区块链的不足

事实上，作为一项新兴技术，区块链具有价值，但也暴露出一些不足。

1、效率低下。 等待数据写入区块链至少需要十分钟，所有节点同步数据需要更多时间。 以比特币为例，当前交易的有效性受到网络传输的影响。 每笔比特币交易的准确时间约为 10 分钟，6 次确认需要一个小时。 因此，区块链的交易数据被延迟。

2、存储数据量小。 每个块只有1到8M。 保存的数据量是有限的。 如果扩容，数据同步就太费力了。

3、能源消耗。 区块的产生需要矿工进行无数次无意义的计算，消耗了大量的能量。 根据英国电力信息网POWER-COMPARE提供的预测数据，按照目前比特币挖矿和交易用电量的增速，到2020年，比特币用电量将与当前全球用电量持平。 尽管这个数据遭到质疑，但那些深山老林中隐藏的“矿山”，确实显示了这项业务的能源消耗。

4、区块链的去中心化和自治特性淡化了国家监管的概念。 在一些监管不到位的情况下，市场的逐利特性会导致区块链技术在非法领域的应用，为黑市提供了庇护所。

5、数字货币丢失。 区块链技术第一次实现了资产的所有权和控制权完全交给我们每个人，但完全的权利对应着对资产安全的完全责任。 以太坊钱包客户端geth因操作不安全被盗； 除了人为盗窃的风险外，用户自身钱包使用不当造成的损失也时有发生。

6.去中心化应用DApp有缺点

##6。 概括

区块链作为一个非托管的分布式数据库，从2009年开始运行了8年，没有出现过重大问题。 这证明它有效。

但是，为了保证数据的可靠性，区块链也有其自身的价格。 一是效率。 等待数据写入区块链至少需要十分钟，所有节点同步数据需要更多时间； 另一个是能源消耗。 区块的产生需要矿工进行无数无意义的计算。 非常耗能。

区块链按接入机制分为三类：公有链、联盟链、私有链

1、公有链：一个公开、透明、公开的生态交易网络。 免费加入和退出。 世界上任何个人或团队都可以在公链上发送交易，交易可以通过区块链进行有效确认。 每个人都可以争夺记账权。 公有链可以为产业链和私有链提供全球交易网络。 典型代表：比特币、以太坊。

2、联盟链：一个半封闭的生态交易网络，点对点不信任节点。 通过说授权加入和退出。 它是在某个群体或组织中使用的区块链，需要预先指定若干个节点作为簿记员。 每个区块的产生由所有预选的记账人共同决定，其他节点可以交易，但没有记账权。 比如房地产行业的A、B、C、D公司。 3、私有链：一个完全封闭的生态存储网络，只使用区块链技术记账，但所有节点都是可信的。 簿记权不公开，只记录内部交易，专为公司或个人享有。 例如一个大集团内的大多数公司。