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區塊鏈是一種新型的去中心化協議，能安全地存儲比特幣交易或其他數據，內部的數據幾乎不可僞造或篡改，維護區塊鏈無需任何中心化機構的審覈。區塊鏈解決了拜占庭將軍問題，大大降低了現實經濟的信任成本與會計成本。
1 什麼是區塊鏈
區塊鏈是由節點參與維護的分佈式數據庫系統，特點是難以更改，難以僞造。完整比特幣的副本中，記錄了其代幣（token）的每一筆交易。
區塊鏈是一串使用密碼學方法產生的區塊組成的，任一個區塊都包含了上一個區塊的哈希值，從創世區塊連接到當前區塊，形成一條鏈。每個區塊都確保按時間順序在上一個區塊之後產生。這些特徵使得雙花問題非常困難。
節點始終將最長的鏈視爲正確鏈，並持續工作和延長它。若有兩個節點同時廣播不同版本的新區塊，那麼其他節點在接收到該區塊的時間上將存在先後差別。這時，各個節點將在率先收到的區塊的基礎上進行工作，也保留另外一條鏈，以防後者變爲最長鏈。這種僵局的打破要等到下一個工作量證明被發現，而其中的一條鏈被證實爲是較長的一條，那麼在另一支分支鏈上工作的節點將轉換到較長的鏈上工作。
比特幣錢包的功能依賴於對區塊的確認，一次有效檢驗稱爲一次確認，通常一次交易要獲得數個確認才能進行。輕量級比特幣錢包的客戶端在本地只需存儲與用戶可支配交易相關的數據，並不會存儲完整的區塊鏈。
2 區塊鏈的核心優勢
區塊鏈體系結構的核心優勢包括：
- 區塊鏈中的任意節點都可以創建交易，在經過一段時間的確認之後，就可以合理的確認交易是否有效。區塊鏈可有效地防止雙花問題的發生。
- 試圖重寫或修改交易記錄的成本極高
- 區塊鏈實現了兩種記錄：交易以及區塊。交易是被存儲在區塊鏈上的實際數據；區塊是記錄確認某些交易是在何時、以何種順序成爲區塊鏈數據庫的一部分；交易是由參與者在正常過程中使用系統創建的（在加密數字貨幣，一筆交易是由XX將代幣發送給XX時創建的），區塊是曠工在挖礦時創建的。
3 區塊鏈工作原理
3.1 什麼是區塊
交易數據存儲在區塊中，被永久記錄在區塊鏈上。可把區塊鏈比作賬本，每一個區塊比作賬本的一頁，數據難以篡改，難以僞造，難以移除。
3.2 區塊結構
| 字段 | 描述 | 大小 |
|---|---|---|
| 區塊大小 | 用字節表示的該字段之後的區塊大小 | 4字節 |
| 區塊頭 | 組成區塊頭的幾個字段 | 80字節 |
| 交易計數器 | 交易的數量 | 1-9（可變整數）字節 |
| 交易 | 記錄在區塊裏的交易信息 | 可變的 |
3.3 區塊頭
區塊頭由三組區塊元數據組成：1.引用父區塊哈希值的數據，這組元數據用於將該區塊與前一區塊相連接；2.難度、時間戳和nonce，這組數據與挖礦有關；3.Merkle樹根，Merkle樹是一種用來有效地總結區塊中所有交易的數據結構。
3.4 區塊頭結構
| 字段 | 描述 | 大小 |
|---|---|---|
| 版本 | 版本號，用於跟蹤軟件或協議的更新 | 4字節 |
| 父區塊哈希值 | 引用父區塊的哈希值 | 32字節 |
| Merkle根 | 區塊中交易的Merkle樹根的哈希值 | 32字節 |
| 時間戳 | 該區塊產生的近似時間（精確到秒的Unix時間戳） | 4字節 |
| 難度目標 | 該區塊工作量證明算法的難度目標 | 4字節 |
| Nonce | 用於工作量證明算法的計數器 | 4字節 |
3.5 創世區塊
比特幣的首個區塊創建於2009年，這個區塊被稱爲創世區塊。從任意區塊回溯，都可以回溯到創世區塊。
創世區塊的哈希值爲：000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f
4 區塊鏈分叉
誠實礦工只創建最長有效鏈上的最新區塊，這裏的最長是指區塊鏈的累計計算難度，而不是區塊數目。當包括在鏈中的所有區塊以及交易都有效，且是從創世區塊開始的鏈，纔是被承認的有效區塊鏈。
區塊鏈中的任一個區塊到達創世塊的路徑只有一條。但是在區塊鏈中會有分叉的情況出現：當有兩個礦工挖出的區塊的時間差只有幾秒時，經常會創建出一個分叉區塊。這時，每個節點會各自在最先接收到的那個區塊之後繼續創建新的區塊。短鏈（無效鏈）中的區塊沒什麼用。當比特幣客戶端切換至另外一條更長的區塊鏈時，短鏈中的所有交易都將被重新添加到序列交易池中。短鏈中的區塊獎勵不會呈現在最長的區塊鏈。
短鏈中的區塊被稱爲孤兒塊。
5 區塊鏈的其他概念
5.1 公有鏈
公有鏈是指全世界任何人都能讀取、發送交易且能得到有效確認的區塊鏈。公有鏈的安全由工作量證明機制或權益證明機制等方式負責維護。是完全去中心化的區塊鏈。
特點：
- 中立、開放、去中心化
- 不可更改、不可撤銷
5.2 聯盟鏈
聯盟鏈是指其共識過程收到預選節點控制的區塊鏈。如，由15個金融機構組成一個共同體，每個機構都運行一個節點，且爲了使每個區塊生效需要獲得其中10個機構的確認。是部分去中心化的區塊鏈。
5.3 私有鏈
私有鏈是指寫入權限僅在一個組織手裏的區塊鏈。讀取權限要麼對外開放，要麼被任意程度地進行了限制。相關的應用包括數據庫管理、審計等。通常，公共的可讀性並非必須。是中心化的區塊鏈。
特點：
- 規則易於修改
- 交易成本低（交易只需幾個受信節點驗證即可）
- 讀取權限受限
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