区块链技术的工作原理？从头开始学习区块链

区块链技术的核心是所有当前参与的节点共同维护交易及数据库，它使交易基于密码学原理而不基于信任，使得任何达成一致的双方，能够直接进行支付交易，不需第三方的参与。

从技术上来讲，区块是一种记录交易的数据结构，反映了一笔交易的资金流向。系统中已经达成的交易的区块连接在一起形成了一条主链，所有参与计算的节点都记录了主链或主链的一部分。一个区块包含以下三部分：交易信息、前一个区块形成的哈希散列、随机数。交易信息是区块所承载的任务数据，具体包括交易双方的私钥、交易的数量、电子货币的数字签名等；前一个区块形成的哈希散列用来将区块连接起来，实现过往交易的顺序排列；随机数是交易达成的核心，所有矿工节点竞争计算随机数的答案，最快得到答案的节点生成一个新的区块，并广播到所有节点进行更新，如此完成一笔交易。

1.1 什么是区块链

区块链（BlockChain）是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案主要让参与系统中的任意多个节点，通过一串使用密码学方法相关联产生的数据块（block），每个数据块中包含了一定时间内的系统全部信息交流数据，并且生成数据指纹用于验证其信息的有效性和链接（chain）下一个数据库块。

通俗一点说，区块链技术就指一种全民参与记账的方式。所有的系统背后都有一个数据库，也就是一个大账本。那么谁来记这个账本就变得很重要。目前就是谁的系统谁来记账，各个银行的账本就是各个银行在记，支付宝的账本就是阿里在记。但现在区块链系统中，系统中的每个人都可以有机会参与记账。在一定时间段内如果有新的交易数据变化，系统中每个人都可以来进行记账，系统会评判这段时间内记账最快最好的人，将其记录的内容写到账本，并将这段时间内账本内容发给系统内所有的其他人进行备份。这样系统中的每个人都了一本完整的账本。因此，这些数据就会变得非常安全。篡改者需要同时修改超过半数的系统节点数据才能真正的篡改数据。这种篡改的代价极高，导致几乎不可能。例如，比特币运行已经超过7年，全球无数的黑客尝试攻击比特币，但是至今为止没有出现过交易错误，可以认为比特币区块链被证明是一个安全可靠的系统。

1.2 为什么会有区块链创新

人类在活动的过程中需要交流，而交流是以信息为基础的，以前信息流通不够便利，无法满足市场参与者对信息的需求，因此中介、中心随之诞生。这种中心化体系存在高成本、低效率、价值分散、“信息孤岛”以及数据存储不安全的问题。但由于技术和环境因素导致这种体系仍然持续运营多年，直到互联网的出现。第一代互联网的起点是TCP/IP协议，就是执行一个网络上所有节点统一格式对等传输信息的开放代码，把全球统一市场所需要的自由、平等的基本价值观给程序化、协议化、可执行化。互联网消灭了价值低、成本高的中间链条，去中心化的实现了全球信息传递的低成本高效率。

但是，第一代互联网没有解决信息的信用问题。互联网上能去中心化的活动一定是无需信用背书的活动，需要信用做保证的一定是中心化的、第三方中介机构参与的活动。因此，无法建立全球信用的互联网技术就在前进中遇到了很大的阻碍——人们无法在互联网上通过去中心化的方式参与任何价值交换活动。人们要实现价值交换，还是需要基于信用而存在的第三方中介机构（如银行、清算机构、交易所）。全球中心化信用体系仍然存在运营成本高、效率低、易受攻击破坏等问题。例如各国法币，信用价值不同，清算体系也各不兼容，给全球贸易增加了很大成本。

因此，第二代互联网必须突破的是：怎样去中心化的建立全球信用？让价值传递也低成本高效率进行。我们需要在互联网中创造一种技术，这种技术在无法保证人们互相信任的前提下，还可以从事价值交换的活动，从而做到真正的去中心化、去第三方中介机构，实现从信息互联网到价值互联网的转变。

1.3 区块链应用

布比区块链已经应用于股权、供应链、积分等领域，并正在与交易所、银行开展试验和应用测试。

数贝荷包做为布比区块链平台上的一款积分应用已于近期上线，对区块链技术在各行业中的落地应用是一个很好示范作用。

1.4 为什么金融行业需要区块链

信任是金融业的基础。为维护信任，金融业的发展催生了大量的高成本、低效率、单点故障的中介机构，包括托管机构、第三方支付平台、公证人、银行、交易所等。区块链技术使用全新的加密认证技术和去中心化共识机制去维护一个完整的、分布式的、不可篡改的账本，让参与者在无需相互认知和建立信任关系的前提下，通过一个统一的账本系统确保资金和信息安全。这对金融机构来说具有重大的意义。所以全球金融巨头纷纷探索区块链应用，这一方面是为了防范被颠覆的风险，另一方面也是“为我所用”，提高效率、降低成本，从而巩固、优化并扩大既有势力。

第一，区块链能够降低信任风险。区块链技术具有开源、透明的特性，系统的参与者能够知晓系统的运行规则，验证账本内容和账本构造历史的真实性和完整性，确保交易历史是可靠的、没有被篡改的，相当于提高了系统的可追责性，降低了系统的信任风险。例如，区块链可以规避当前互联网金融P2P平台的跑路、欺诈等事件。

第二，区块链能够提高支付、交易、结算效率。在区块链上，交易被确认的过程就是清算、交收和审计的过程。区块链使用分布式核算，所有交易都实时显示在类似于全球共享的电子表格平台上，实时清算，效率大大提升。例如，美国证券结算制度为T+3，区块链却能将效率提升到分钟级别，这能让结算风险降低99%，从而有效降低资金成本和系统性风险。

第三，区块链能够降低经营成本。金融机构各个业务系统与后台工作，往往面临长流程多环节。现今无论Visa、Master还是支付宝都是中心化机构运营，货币转移要通过第三方机构，这使得跨境交易、货币汇率、内部核算、时间花费的成本过高，并给资本带来了风险。区块链能够简化、自动化冗长的金融服务流程，减少前台和后台交互，节省大量的人力和物力，这对优化金融机构业务流程、提高金融机构的竞争力具有重要意义。西班牙银行认为，到2022年，区块链技术帮助金融行业降低200亿美元的记账成本。

第四，区块链能够有效预防故障与攻击。传统金融模型以交易所或银行等金融机构为中心，一旦中心出现故障或被攻击，就可能导致整体网络瘫痪，交易暂停。区块链在点对点网络上有许多分布式节点和计算机服务器来支撑，任何一部分出现问题都不会影响整体运作，而且每个节点都保存了区块链数据副本。所以区块链内置业务连续性，有着极高的可靠性、容错性。

第五，区块链能够提升自动化水平。由于所有文件或资产都能够以代码或分类账的形式体现，通过对区块链上的数据处理程序进行设置，智能合约及自动交易就可能在区块链上实现。例如，智能合约可以把一组金融合同条款写入协议，保证合约的自动执行和违约偿付。

第六，区块链能够满足监管和审计要求。区块链上储存的记录具有透明性、可追踪性、不可改变性的特征。任何记录，一旦写入到区块链，都是永久保存且无法篡改的。任何交易双方之间的交易都是可以被追踪和查询。

除了以上对现有系统和商业模式的积极作用外，区块链还能够驱动新型商业模式的诞生。一方面区块链技术的特点让它能够实现一些在中心化模式下难以实现的商业模式，另一方面区块链通过源代码的开放和协作极大地鼓励了全社会的创新和协作。当然，区块链在金融应用中会存在很多问题和挑战，文中在具体应用中也进行了思考。

区块链技术的工作原理并不难去理解，我们着力于具体的区块链技术的应用研究就可以发现这种区块链技术的工作原理无所不在。