区块链概述及比特币工作原理

作为转行区块链的偏前端的全栈(伪)开发，开个新坑聊一聊区块链吧

1. 什么是区块链？

区块链是一种革命性的分布式账本技术，它为比特币和其他加密货币的基础设施提供了支持。通过这种技术，数字信息可以在网络中的多个节点之间安全地分发，从而确保数据的透明性和不可篡改性。

1.1 区块链的基本构成

我们可以将“区块链”这个词拆分为两个部分：“区块”和“链”。每个“区块”代表网络中发生的一组交易，而“链”则是将这些区块相互链接的结构。每个新区块都包含前一个区块的哈希值，这意味着任何对先前区块的微小改动都会改变其哈希，进而破坏整个链条，极大地增加了数据篡改的难度。

1.2 区块链的安全性

区块链技术基于去中心化共识算法，确保没有任何单一实体能够完全控制系统。这种高度的安全性和透明性，使得区块链在多个行业中展现出巨大的应用潜力。

2. 比特币

比特币是第一个成功应用区块链技术的数字货币，于2009年由中本聪（Satoshi Nakamoto）创建，当人这个人至今没被证实真实身份。作为分布式账本技术的典型代表，比特币不仅开创了加密货币的时代，也为后续的区块链应用奠定了基础。

2.1 比特币的工作原理

比特币是一种分布式账本技术，其中账本是一组交易记录。以下是比特币设计必须满足的几个关键要求：

• 没有单一实体控制系统
• 具有高水平的信任

1. 交易传递示例：假设比特币只是一个字符串，我们从一个节点发送到另一个节点。字符串是：“我，Alice，给Bob发送一个比特币。”这表示Alice正在向Bob发送一个比特币。

   

2. 身份伪造问题：假设Sam假冒Alice的身份，代表她发送比特币。

   

3. 解决身份伪造问题：我们可以使用数字签名解决这个问题。Sam不能使用假身份。
   

然而，仍然存在一个问题：双重支付。这发生在Alice多次发送同一交易时。由于网络延迟或其他原因，很难判断Alice是希望发送多个比特币还是只是重试交易。

4. 解决双重支付问题：一个简单的解决方案是为每个交易添加唯一的交易 ID。

   

5. 交易验证：在加密货币中，每个节点都了解所有信息。每个节点维护本地账本，包含整个区块链数据。在此，Alice、Sam和Bob都知道每个人拥有多少比特币。这有助于验证网络上发生的所有交易。
   
   当Bob收到来自Alice的比特币交易事件时，他检查本地的区块链副本，验证Alice是否拥有她想要发送的一个比特币。如果Bob确认交易有效，他会将其广播到所有网络，并等待其他节点确认。其他节点也会检查他们的本地副本并确认交易。如果大多数节点确认交易有效，则该交易将被添加到区块链中，所有人将更新其账本副本，Alice的比特币数量减少一个。

   注意：在实际的加密货币中，验证发生在区块层面，而不是单个交易层面。Bob将验证一组交易，并从中创建一个区块，然后广播该区块以进行验证。

6. 验证问题：在此方法中，我们使用Bob作为验证者。但如果他是一个欺诈者呢？他可能会声称交易有效，即使它无效，并利用成千上万的自动化机器人来支持他。这样，整个区块链将跟随机器人，接受无效交易（多数决定）。

   

   在这个例子中，Alice有一个比特币，但她创建了两个交易：一个给Bob，另一个给Sam。Alice等待网络接受给Bob的交易。现在Alice有0个比特币。如果Alice确认她给Sam的交易是有效的（而她没有比特币可花），并且她有大量机器人来支持她，那么最终整个网络将接受该交易，Alice将实现双重支付。

7. 解决方案：工作量证明（Proof of Work）共识算法。这是在验证区块中存在的交易时必须解决的一个难题。

   

   这里你可以看到，区块的大小大约为1MB。因此，你需要向区块添加任何随机数并计算哈希，以使哈希值以零开头。区块链决定这个数字，然后下一个区块的矿工必须计算一个随机数，使哈希以相应数量的零开头。为了破解这个难题，矿工需要尝试数千亿的组合。由于这是一个复杂的过程，矿工在验证区块后将获得奖励。

   如果区块链网络有10,000个活跃的挖矿节点，并且这些节点的计算能力相同，那么某个人挖矿的概率仅为0.01%。如果一个人想进行欺诈交易，他必须拥有巨大的挖矿能力来验证区块，并说服其他节点接受无效区块。为此，他需要拥有超过50%的计算能力，这是非常困难的。

   现在我们已经准备好了一个原型加密货币模型。

   注意：每个区块链节点遵循多数原则。即使交易是无效的，但如果超过51%的节点说它是有效的，整个网络将被说服并陷入混乱。这意味着任何拥有51%计算能力（哈希能力）的小组控制整个区块链网络。这被称为51%攻击。

3. 以太坊：超越比特币的创新

以太坊于2015年推出，旨在解决比特币的一些局限性，特别是在智能合约和去中心化应用（DApps）方面的创新。以太坊引入了一种更灵活的编程环境，允许开发者创建复杂的合约和应用程序，推动了区块链技术的进一步发展。

3.1 智能合约

以太坊的智能合约是一段自执行的代码，能够在特定条件下自动执行。这种特性使得各种应用场景得以实现，例如：

• 去中心化金融（DeFi）：以太坊平台上出现了大量去中心化金融应用，用户可以在没有中介的情况下进行借贷、交易和投资。
• 非同质化代币（NFT）：以太坊的NFT标准允许用户在区块链上铸造、买卖独特的数字资产，极大地丰富了数字艺术和收藏品市场。

3.2 更高的交易速度与灵活性

与比特币相比，以太坊的交易速度更快，能够处理更多的交易。这使得以太坊在很多需要快速响应的应用场景中表现出色。此外，以太坊的灵活性使得开发者能够根据需要调整合约和应用，解决了比特币在功能扩展上的局限。

4. 区块链的应用场景

区块链技术的应用场景日益广泛，尤其是在以下几个领域表现突出：

4.1 数字藏品

数字藏品是基于区块链技术的独特数字资产，代表着某种形式的所有权和唯一性。无论是艺术作品、音乐、视频，还是虚拟地产，这些都可以通过数字藏品进行买卖和交易。这一创新为艺术家和创作者提供了直接与消费者互动的渠道，使他们能够获取公平的报酬，同时确保作品的原创性和防止盗用。

4.2 去中心化金融（DeFi）

去中心化金融（DeFi）是区块链技术的一大创新，它使用户能够在没有中介的情况下进行各种金融交易。通过智能合约，用户可以进行借贷、交易和投资，所有操作都在透明且不可篡改的区块链上完成。这种去中心化的模式不仅降低了交易成本，还提升了金融服务的可达性，使全球更多人能够参与金融活动。

4.3 交易

区块链也被广泛应用于交易领域。通过去中心化交易所（DEX），用户能够直接进行加密货币的买卖，而无需依赖传统的中心化交易平台。这种方式提升了交易的安全性和透明度，并有效减少了交易费用。

5. 区块链的缺点

尽管区块链技术具备许多优点，但也存在一些限制：

• 交易吞吐量：比特币每秒仅能处理约5笔交易，而以太坊和其他新兴公链通过更高效的共识机制和分片技术，显著提高了交易速度。例如，以太坊2.0计划通过“权益证明”（PoS）和分片技术来解决这一问题，大幅提升其交易吞吐量。

• 匿名犯罪的潜在问题：区块链的匿名性虽然为用户提供了隐私保护，但也可能被不法分子利用进行犯罪活动。然而，区块链的透明性和可追溯性为打击犯罪提供了有效工具。所有交易记录均可公开查阅，执法机构可以通过链上数据追踪资金流动，从而识别和阻止非法活动。

传统程序员的转型

有空再写一写现在的程序员应该怎么转型，毕竟传统行业愈发困难也是众所周之的了，或许可以考虑尝试新赛道。