区块链来源比特币，区块链基础设施

区块链起源于比特币。 2008 年 11 月 1 日，一位自称 Satoshi Nakamoto 发表文章《比特币：一种点对点的电子现金系统》，详细阐述了基于 P2P 的网络技术、加密技术、电子现金系统的架构概念，时间戳技术、区块链技术等比特币区块升级，标志着比特币的诞生。两个月后，理论付诸实践，2009 年 1 月 3 日，第一个编号为 0 的创世区块诞生。几天后，即 2009 年 1 月 9 日，出现了编号为 1 的区块，并与序号为0的创世区块组成链，标志着区块链的诞生。

在说比特币之前，我们先来看看区块链存储接口，或者说比特币存储结构，如下图所示：

一个block大致可以分为两部分：header和body。区块头一般包括前一个区块的哈希（父哈希）、时间戳等信息。哈希是一种密码算法，通过一定的加密算法，即哈希值，可以将任何一条信息表示为一串“乱码”。父哈希指向前一个区块的地址（头哈希），所以递归可以帮助我们追溯到区块链的第一个头块，也就是创世块。

每个特定区块的区块头都有一个唯一标识符，即区块头哈希。任何节点都可以通过简单地对块头进行散列来独立地获得块的散列值。块高度是块的另一个标识符，其作用类似于块头哈希。创世块的高度为0，以此类推。

一、比特币基础知识

就像比特币2009年的第一个创世块一样，一直活跃到今天，无论是炒作还是挖矿，对比特币来说，都是区块链技术应用到巅峰（感叹词，中国青年富豪前十名） 2019年榜单比特币区块升级，少数在玩比特币，还有教育或房地产，可见潜力巨大）。比特币区块结构如下图所示：

上图中的比特币#515056区块就是一个例子。除了头哈希，除了父哈希和默克尔根之外，还包括以下重要信息：

区块奖励：系统奖励找到正确哈希值并创建新区块的矿工。具有内置令牌系统的区块链独有。其实，在我的理解中，每个人挖出来就是区块的发现者，然后系统会奖励你比特币。就比特币而言，目前比特币区块链奖励为 12.5 个比特币，数量每四年减半（比特币总数设定为 2100 万），区块奖励为1.@ >5，如果你只是计算今年。

二、区块链的三个关键机制：密码学原理1.@>密码学原理

密码学原理之一：哈希算法

哈希算法是输入一个字符串，通过指定的加密规则，然后输出一个固定长度的加密字符的算法结构。其计算中的哈希值实际上是为了标识当前区块的全局唯一性。比如我们工作中需要识别用户信息，或者识别用户采购订单信息等。

密码学第二原理：非对称加密

非对称加密是指使用不同密钥进行加密和解密的加密算法，也称为公私钥加密。在区块链网络中，每个节点都有一对唯一的私钥和公钥。公钥是密钥对的公开部分，就像银行账户可以公开一样，私钥是非公开部分，就像账户密码一样。使用此密钥对时，如果一条数据用一个密钥加密，则必须用另一个密钥解密。

在比特币区块链中，私钥代表对比特币的控制。交易发起者用私钥对交易（包括转账金额和转账地址）进行签名，并将签名的交易和公钥广播出去。每个节点收到交易后，可以使用公钥来验证交易是否合法。在这个过程中，交易发起者不需要暴露自己的私钥，从而达到保密的目的。

二、区块链的三大关键机制：数据存储结构（默克默克尔树）

Merkle 树是一种树状结构。这种树状数据结构在快速概括和检查大规模数据的完整性方面非常有效。在时间复杂度上，树形结构优于其他结构。在比特币网络中，默克尔树用于汇总一个区块中的所有交易。树的根是整个交易集的哈希值，最底层的叶子节点是数据块的哈希值，非叶子节点是数据块的哈希值。是其对应子节点的串联字符串的哈希。我们只需要记住根节点哈希。只要树中任意一个节点被篡改，根节点hash就不会匹配，从而达到验证目的。

二、区块链三大关键机制：共识机制

共识机制是区块链网络的核心秘密。简单来说，共识机制就是区块链节点在全网范围内就区块信息达成共识的机制，可以保证最新区块准确上链，节点存储的区块链信息是一致的，非-分叉的，甚至是抗性的。恶毒的攻击。在实践中要达到这种效果，需要满足两个条件：一是选择唯一节点生成区块，二是使分布式数据记录不可逆。

目前主流的共识机制包括：Proof of Work/POW（Proof of Work）、Proof of Stake/POS（Proof of Stake）、Proof of Work and Proof of Stake（POS+POW）、共享授权Proof/DPOS (Delegated Proof-of-Stake)、Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)、Ripple Consensus Protocol 等。比特币采用的是工作量证明机制。

工作量证明/POW（比特币基于这种共识机制）

工作量证明机制的基本步骤如下：

1) 节点监控全网数据记录，通过基本合法性验证的数据记录将被暂存；这个过程也被称为“挖矿”，所以这个过程需要惊人的计算速度和消耗大量的电力；

3)找到合理的随机数后，生成区块信息（区块头+区块体）；

4)节点向外广播新生成的区块，其他节点通过验证连接到区块链后，主链高度加一，然后所有节点切换到新的块并进行下一轮挖矿。

比特币区块链是通过解决足够大工作量的数学问题来达成“谁有权记账”的共识。 “矿工”在挖矿过程中将获得两种奖励：用于创建新区块的新币，以及包含在区块中的交易的交易费用（交易双方将向矿工提供交易费用作为激励）。该算法的竞争机制和获胜者有权在区块链上记录交易的机制实际上分别解决了分布式记账和记账权归属问题。在比特币区块链中，这个过程也充当货币发行的角色——目前每 10 分钟，矿工因挖出一个新区块而获得奖励。

虽然工作量证明机制解决了记账权的归属问题，但获得记账权的矿工是否有可能“作弊”，在构建的新区块中添加一些不存在的交易？事实上，比特币区块链共识机制的一个重要部分就是网络中的每个节点都会独立验证新区块，其中最重要的就是验证新区块中的每一笔交易是否合法。如果验证失败，新区块将被拒绝，矿工将浪费所有的精力和精力。