区块链基础知识

区块链概述 区块链

顾名思义，它是在“区块”链中的一个记录。

因此，“区块”是网络中的一项交易，或者是由网络中的代理执行的一批交易。链将这些交易链接起来形成一个区块链，该区块链可作为这些交易的存档。在账本的一侧，正在记录的交易是比特币的交易，而这种背景则充当了数字货币在一方与另一方之间交换的媒介。

在其他情况下，例如在以太坊上，这些可能表示 NFT 的销售或个人与他人之间的贷款安排。区块链由节点网络（第三方计算机）检查，这些节点有助于在特定时间标记特定交易，并就区块链上显示的信息达成一致_pettersson2017。区块链网络中有两类主要参与者：用户和验证者。

用户是区块链根据用户意愿在去中心化网络上转移代币的人。另一部分称为验证者，其功能是防止网络中心化，并乐于定期将新生成的区块添加到链中。验证者和用户通过在区块链上创建公钥和私钥（称为钱包）来注册账户。

在我们的例子中，您的公钥可以看作是您的用户名或电子邮件地址。您的公钥对公众开放；任何人都可以使用它向您的区块链账户发送交易。您的私钥相当于密码；虽然对公众保密，但它用于保护所有者链上钱包。除非一个人愿意控制钱包，否则不应分发他们的私钥。任何人都不应共享自己的私钥。在许多情况下，私钥对用户是隐藏的，然而，作为助记码。

区块链共识

通过共识算法，人们可以了解区块链中的节点如何就区块链的当前状态达成一致。这意味着网络中的每个节点都必须在特定时间收敛，并提供相似的结果或相似的交易历史集。区块链上采用的共识算法是一种解决经典的加密难题——拜占庭将军问题的方法。这个问题突出了在去中心化各方之间达成共识的问题，因为各方无法完全依赖“受信任的第三方”。

事实上，共识算法对于区块链基础设施至关重要，因为它们使每个新添加的区块成为区块链网络中大多数节点认可的唯一真相。因此，与区块链上的其他交易历史类似，这种真相是以去中心化的方式得出的，而不是通过利用服务器。精确的共识算法可以解决在网络内未知节点之间创建通用引用的问题。

创建比特币的匿名人士或组织 Satoshi Nakamoto 还开发了工作量证明 (PoW) 共识方法。PoW 算法的工作是确定一个节点（在 PoW 的上下文中称为“矿工”）来执行下一个区块。

生产者通过争夺预测特定的哈希值来选择自己，这些哈希值是使用 SHA-256 哈希算法生成的。尽管哈希函数的结果可能看起来是任意的，但每个不同的输入都会得到一个独特的结果，因为这些计算可以产生可预测的输出，而与输入无关。矿工利用计算能力随机猜测此哈希值；第一个生成正确哈希值的计算机将获得区块链网络的原生加密货币奖励——从而激励矿工以最佳利益行事。对工作量证明最常提出的反对意见之一是它对环境有害，据称仅比特币就占全球温室气体排放量的 0.1%。其他人则反驳说，比特币的能源消耗是一个特点，而不是一个错误，因为矿工展示了资本风险作为扩大能源的证明。仅在最近，以太坊，目前按交易量和市值计算的第二大区块链网络，才采用了这种共识形式。在一篇题为“PPCoin：具有权益证明的点对点通信数字货币”的文章中，Sunny King 和 Scott Nadal 的身份首先提出了该系统。与使用电能作为货币担保的工作量证明不同，PoS 要求节点投入实际现金来保护系统。通常，分布式账本技术（DLT）的原生商品充当即时资金。

如果验证者存在恶意行为或懒惰，所质押的资产可能会被燃烧（销毁）。

区块链权限

区块链是公开透明的，任何人都可以使用，但区块链不能被未经授权的来源使用。无许可区块链使任何人都能够承担网络验证的责任。

许可区块链不允许未经授权的用户验证网络。不同的公司可能有不同的协议权限要求，这会导致几种独特的结构。在更广泛的加密行业寻求为每个人的财务和金融工具带来透明度的方法中，公共和无许可区块链已占据了大部分市场份额。

1. 公共无许可区块链

开放式区块链，任何人都可以通过加入或参与来参与，如比特币和以太坊等公共无许可区块链系统。

任何人都有资格验证交易、访问新区块数据或交易记录。

这些网络是去中心化的，并且依赖于 PoW 或 PoS 等共识机制，这使得无需中央权威即可进行无需信任的点对点交易。然而，公共无许可区块链缺乏隐私和监管监督。

2. 公共许可区块链

公共许可区块链，另一方面，对任何人开放加入，但在某些网络活动方面具有特定权限。

该中央权威或一组权威机构可以运行网络，并在参与者类型之间委托权限。

这有几个优点，因为它带来了更大的政府监督；然而，为此，网络不能声称是去中心化的。

3. 公共许可区块链

在对监管合规性要求很高，同时又要求透明和安全的情况下，通常会使用这种类型的区块链。金融服务和供应链管理的应用是主要例子。

4. 私有无许可区块链

这些与公共无许可区块链类似，不同之处在于，在私有无许可区块链中，网络仅限于一组预先批准的参与者，他们可以验证交易、向链添加新区块，甚至获取交易数据。

5. 许可区块链

许可数字货币，有时被称为完全秘密区块链，是仅供授权用户群体访问的数字货币，并且对特定的网络操作具有特定的授权。

只有中央权威机构控制网络，并且只有授权的参与者可以验证交易、向链添加新区块或访问交易数据。

当信息必须保持极高安全性时，包括政府和军事活动，或者当需要遵守法规时，可以采用具有授权的私有区块链。

区块链的层级

区块链只有一个层级。该层执行交易并帮助节点协调以达成共识并支持智能合约的功能。近年来，出现了更多层级，以引入扩展区块链和吸引新用户所需的新功能。

第 1 层区块链

如前所述，第 1 层是第一个区块链层，始于比特币网络。拥有最大的接受度和最高的经济价值，第 1 层是数字货币领域最普遍的基础设施层。在以太坊推出后，大多数第 1 层区块链都提供了智能合约，从而在链上创建了许多应用程序。

第 1 层至关重要，因为它们允许发布更多样化和独特的去中心化应用程序，而无需构建自己的区块链。

区块链技术结构中的这一方面可以比作一个真实的城市，它的公民经营着它，从而促进了为城市带来收入并为城市的整体接受度做出贡献的企业。该定居点内的道路方便了公民在选择出行和利用所有可用资产时的出行；分布式账本中的活动功能相似。由于社区不断壮大，城市最初建造的道路已无法处理快速增长的车辆数量。居民选择为人口建造一个更有效的交通系统，其中包括教育、地铁、渡轮线路等，以确保城市能够不受阻碍地发展。这是第 2 层解决方案涉及的事例。

第 2 层区块链

这些阶段，主要降低了比特币等第 1 层的交易延迟，反映了允许城市居民（第 1 层）高效出行的前沿技术。它创建了第 2 层，提高了第 1 层的能力，因为它认识到，最终，对去中心化账本的需求将超出可用范围。此类第 2 层解决方案，有时被称为“卷”，允许执行大量事件，因为每个事件都浓缩为少数几个并呈现在第 1 层上。这种方法保留了第 1 层固有的安全性和独立性，同时实现了第 2 层相关的容量和生产力提升。与第 1 层系统相比，第 2 层系统更接近广大受众，因为虽然天然气费用仍由用户承担，但它们分布在所有使用它们的人之间。

然而，卷的有效性最终取决于第 1 层网络；如果没有足够大的城市人口，对强大的交通系统的需求就没有意义，因为根部拥堵并不构成风险。当其他组织加入比特币生态系统时，需要额外的城市；就像城市根据需要建在不同的地方一样，需要额外的第 1 层来解决市场中的多种缺点。至关重要的是，创建第 1 层链既困难又昂贵，就像建造一座新城市一样。政府必须为城市建设提供资金并提供预先规划好的设施来缓解这种困难和相关费用；这些国家被称为第 0 层。

第 0 层区块链

许多单层数字货币实际上建立在第 0 层之上，但由于其为软件开发（SDK）提供工具，使客户能够建立第 1 层，因此该系统如今已相当普及。第 0 层数字货币作为第 1 层数字货币的基础，并且自然地允许每个区块链相互连接，从而促进了许多链之间的交互。这一层极大地降低了创建创新第 1 层的技术和货币要求。因此，人们发明了更多的区块链来满足特定需求，包括具有娱乐或 DeFi 功能的链。

第 0 层相当于一个国家，它试图通过现代化其城市来增加人口。它们拥有手段、专业知识和组织框架，可以加速创造新的、多样化的、独特的城镇，并以以前无法实现的速度增加人口。

第 0 层为加密货币爱好者提供了一个基础，他们可以在此基础上轻松构建第 1 层区块链并根据特定需求进行定制。

结论

账本是建立分布式、加密信任基础设施的绝佳方式。随着更多前沿技术的出现，使用区块链系统的应用程序将不断涌现和发展。然而，区块链存在一些限制。程序员采取了“永远没有单一的解决方案”的方法来克服这些限制，因为目前正在创建更多的区块链来满足特定的用例。此外，在可比较的编程集合中，区块链程序员可以选择适应性强的方法，这些方法取决于账本的应用，这将有利于特定的区块链技术领域，同时使不同的区块链能够管理特定的任务。