区块链学习教材 指南手册

1、这并不是一个给程序员小哥来看的开发文章，而是希望能够让一个产品经理对区块链技术有所了解。因为这个系列不会特别深入的去将其中的编程原理，更多是一些基础性的概念。什么是区块链？说到区块链，我们一般都会想到以比特币为代表的加密数字货币。所以我们就通过比特币网络是如何工作的来理解区块链。就目前的金融情况而言，我们如果进行转账需要找到一个可以信任的第三方（比如银行或第三方支付公司），由这些可信任的第三方来确保交易的有效性，但可信任第三方的存在在一定程度上增加了交易的成本。而基于加密数字货币可以在交易中摒弃可信任的第三方，让任意两人直接的交易成为可能。比特币交易如何进行有一个很著名的 Alice 与 Bob 的转账故事来讲清楚比特币交易的运转过程，我就将其简化一下，注意斜体字部分：1. Alice 想将一些钱（假设是1 btc）转账给 Bob。2. Alice 通过基于 P2P 技术（这里的 P2P 可不是网络借贷，而是点对点网络，就是快播用的那个技术）的比特币网络向 Bob 发起比特币转账。这里他们必须想网络提供基于密码学（非对称加密算法）的加密证明（也就是密钥）来证明他们的身份。3. Alic

2、e 与 Bob 的交易记录会被记录在一个区块（block）中，并且这个区块会被通知给比特币网络中其它的节点进行确认。4. 在比特币网络中的其它节点通过计算一个难计算、易验证的数学问题来完成验证。节点验证的动机是因为转账手续费以及在验证过程中新产生的比特币作为找到新块的奖励。在比特币网络中，块的验证被称为挖矿。5. 比特币网络中的每个节点都将会保留之前验证过的所有这些交易的账本副本（分布式记账）：同周期内的交易组成区块，按照时间顺序区块会连成链，即区块链，从而形成交易区块区块链的三层结构。6. 一旦网络中有一个节点解决了之前提到的难计算、易验证的数学问题，交易即被确认。新得到的确认的区块就会被解决问题的节点添加到这个区块链中，并向网络内其它节点广播。7. 接下来，网络内的其它节点将验证解决问题的节点的广播（数学问题），并达成共识，即交易成功，并且各节点都已经收到。一旦达成共识，每个节点都将更新各自的交易记录副本。8. 这时候，区块链的特性开始展现，因为账本副本会存在于网络中的每一个节点，理论上任何记录都是公开的、不可修改的。试图伪造的交易将无法通过网络内节点的验证,其形成的区块将被舍弃。

3、9. 当完成以上所有步骤后，Alice 的比特币账户余额将减少1 btc，Bob 的余额中讲增加 1 btc.上边说到了几个词语，需要解释一下：点对点网络（P2P 网络）P2P 网络并不是一个新出现的技术，又叫对等网络。在这个网络环境中，没有中心服务器，依托用户群交换信息。每个参与者的地位处于平等地位，并没有主从之分。每个参与者既是服务的提供者（server）,也是服务的获取这（client）。和我们生活最贴近的就是媒体播放了。下图为 P2P 网络示意图：非对称加密算法与加密证明我们都说比特币是匿名的，但是按照上文提到比特币交易步骤，还是需要去证明他们的身份，那么是如何确保匿名性的呢？在比特币网络中，身份（钱包地址）并不是和姓名或者其它的信息对应的，身份（钱包地址）只简单关联一个根据非对称加密算法来随机生成的公有/私有密钥(key)。钱包里的钱属于掌握这个私有密钥（key）并可以使用私有密钥（key） 来确认交易的人。使用私有密钥（key） 来确认交易同样不需要姓名或者其他的信息。一个比特币钱包地址就是一个公钥Key，它是一串由数字和字母组成的乱码，比如1A2SH4r5z1gufQw7

4、cj9aLunWhYRyTDbRFW这就要说到非对称加密算法，如果直接搬 Wikipedia 上的讲解会比较枯燥，我们接着举栗子：我用化名写了一本书，这本书非常受欢迎。现在有个人冒充我，自称他是真的张小璋，我们叫他小璋 A所有的东西都是他写的。那我应该如何来证明呢？这时我们就可以采用非对称加密算法来帮助我们解决这个问题：在书籍出版前我利用非对称加密技术生成了一个密钥对（公/私密钥）并将公钥声明在书中，任何人都可以使用公钥来加密我书中的任意一段文字。谁能将其解密就可以证明谁是这本书的作者。因为非对称加密算法公钥用来加密，但只有使用私钥才能够进行解密。小璋 A无法对该段文字进行解密，而我可以。这就证明了我是本书的作者，却从未透露你的个人身份。当然，如果我丢了私钥或者小璋 A通过其他手段获得了密钥（比如威胁我交出密钥）这不在我们的讨论范围了。比特币网络并没有限制每个节点生成钱包地址的数量，你可以尽情的生成足够过的钱包地址从而实现身份匿名的。同时只需要确保正确的密钥来确认交易，既可以完成比特币网络交易的验证。什么是区块上文提到：区块链网络是由交易区块区块链的三层结构组成，每个添加到区块链上的区

5、块都永久记录了交易的数据。每个区块链都会包含以下内容： 上一个区块链的 hash 散列，既可以实现区块的链连接也也可以防止篡改。毕竟理论上不同内容但是出现同一 hash 散列值的可能性比外星人明天入侵地球还要小。 随机数，即之前提到的难计算、易验证的数学问题的解。这个随机数可以用来其它节点对交易进行验证，同时这个随机数对于每一个区块来说都是独一无二的。 交易记录和时间戳。显然，如果没有随机数或者随机数被其它节点验证是错误的，新的区块将不会被提交到链上，因此挖矿的过程本质上是在求数学解的过程，目前这个过程一般为10分钟。共识机制及分布式记账先说共识机制，在比特币网络中采用的是 PoW 算法（即工作量证明），简单来说就是多劳多得。节点（矿工）通过依赖专门的机器（矿机）来进行数学运算获得记账权。谁解决了那个难计算、易验证的数学问题，谁就可以得到网络上新产生的比特币和 Alice 在转账过程中要付出的交易费用。同时，获得记账权的节点会向网络中其它的节点宣布新的区块链（旧的区块链加上新的区块）的主张，网络上其它的节点通过检查这个主张（验证随机数）来确认其有效性。确认完成后（比如7个节点确认，或者

6、10个节点确认），这个主张将会被同步到该网络中所有的网络节点中，同时，该区块链上的所有交易都可以追溯到第一个创世区块。因此交易是不可篡改的（任何试图篡改交易的行为会被整个网络上的节点检测到并被因为验证失败而被抛弃）。这也意味着区块链上的数据操作与传统数据库操作不一样：传统数据库我们讲的是增删改查，但在区块链上只有增查两项，一旦数据记录你将无法编辑（改）或者删除这条数据。区块链都能干点啥？现在区块链这个概念超级火，但是作为产品经理，我们应该明确知道区块链可以做些什么东西，以及这个行业与市场的未来。从业务角度来说，区块链作为一种去中心化的网络，承担起业务实践中资产、价值、交易等的转移，而并不需要任何第三方中介机构来验证和维护这些转移。也许这看起来微不足道，但是没有第三方中介机构的交易将极大的降低交易成本。另外因为区块链网络还具有分布式、不可篡改的特点，目前金融行业已经开始注意到如何用区块链去驱动其核心业务，比如最近招行宣布和旗下永隆银行利用区块链技术实现跨境人民币同业结算。除了金融业，还有什么领域可以用到区块链呢？在物联网(IoT)领域，区块链同样也大有可为。我觉得它可以真正推动物联网未来

7、的发展。我们可以设想：未来万物互联、无缝沟通，不需要人工的介入而完成工作。但是真正的物联网并不仅仅是联网这么简单，还需要保证各节点间的通讯安全与身份认证。另外在物联网中的每个机器也应该足够的智能。目前，受限制于互联网基础架构和基础设施，物联网并不能大规模普及。但是区块链可以改变这一切在区块链上的各个节点都可以成为一个智能的、独立的个体，不仅可以将自己的身份标识给链上的其它的机器，而且还可以通过智能合约（一组不能被篡改的规则）来执行交易。我们举个栗子：一个自动售货机，可以自动监控和报告自己的库存，并根据智能合约自动向供货商进货、结算（加密数字货币）。这将多酷！智能合约费了一堆口水，我终于把智能合约这个 概念。到底什么是智能合约呢？我们都知道区块链是比特币的底层技术，在中本聪的论文比特币：点对点电子现金系统中，已经对区块链技术的很多一般性功能进行了讨论。但是随着以比特币为代表的区块链技术吸引越来越多的开发者的注意，很多项目开始着眼于将区块链技术用于资产（有价代币）转移之外的用途，这时候就出现了很多代币比如瑞波币、ETH 等等。它们在原始的比特币协议的基础上增加了一些新的特征或者功能，采用各

8、自新的加密货币形成一个个独立的区块链。目前影响力比较大的就是2013年末由一个叫 Vitalik 的少年开发的一个全新币种以太坊（ Ethereum，ETH ）。其最大的特点在于引入了智能合约概念。也标着着区块链2.0时代的到来（如果说比特币是区块链1.0的产物）。其实早在1995年智能合约的概念就几乎与互联网的概念同时出现，但是由于缺乏可信的执行环境，智能合约并没有被应用到实际产业中。直到区块链技术的诞生，人们认识到其天生可以为智能合约提供可信的执行环境。对于智能合约，在计算机科学的术语中的定义是一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺（promises），包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。智能合约并不仅仅是一个可以自动执行的计算机程序，更是一个系统的参与者。一个智能合约可以接收、回应、存储、发送信息和价值。下边的图就是一个智能合约的模型：一个智能合约运行在可复制、可共享的账本上，通过处理交易和信息，接受和发送价值。而以太坊网络与比特币网络最大的不同，就是以太坊可以支持具有图灵完备的（我们可以理解为更强大的）脚本语言，允许开发者在上面开发任意应用，实现任意智能合约。我们可以把

9、以太坊网络当成是一个区块链技术的应用商店，任何开发者都可以基于以太坊来开发应用。公有链和私有链比特币作为一种加密货币，作为一个公有链，其链上数据所有人都可以访问，所有人都可以发出交易。虽然这样做确保了交易的透明性。但是是要付出代价的整个区块链必须由所有的节点复制到本地，这将使得比特币的网络处理速度受限制于节点之间的带宽。比如目前比特币网络的最大交易量为7 tps( 次/秒），交易的确认至少存在10分钟的延迟，最终确认可能需要60分钟（当然这也是比特币在设计上的局限所致）。在公有链上，一般情况下都是通过密码学技术以及内奸的经济激励来维护数据库安全（比如比特币转账会付给矿工手续费）。公有链是完全分布式的。另一方面，一个机构或一些机构并不需要或者不想要匿名节点，或者他们不希望链上信息被外界所知。那么他们就可以创建私有链，私有链参与的节点是可以通过我们所熟知的权限管理来控制，同时通过区块链技术提供的真实性和分布式来保护信息安全。私有链的共识机制一般由链上的各个节点自行商讨。运行私有链的联盟或者机构可以很容易的进行修改区块链的规则，恢复交易等操作，交易也更加方便和快捷因为他们的交易不需要被整个网络验证。在以太坊的创始人 Vitalik Buterin 看来，选择公有链还是私有链作为产品的解决方案很大程度上取决于具体的业务需求，比如法大大（一个电子合同托管平台）和微软搞的法链、京东金融的 ABS 资产管理系统更大程度上是私有链，而比特币、以太坊则是公有链。他的原话是这么说的：The solution that is optimal for a particul

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