带你探索区块链的原理

之前经常听别人说，挖矿、比特币、区块链之类的东西，听起来好高大上呀，后来在网上了解相关知识，但是网上大部分都是转载，没一个能讲明白的，后来不知不觉接触到了一些易懂的点，所以今天整合一下，让大家彻彻底底的明白到底什么是区块链、什么是挖矿、什么是比特币。

从头到尾都是小鹿三个小时的手动敲打，因为最近准备面试，写作的时间越来越少，但是我还是喜欢抽时间分享出来给各位读者们，如果你明白了今天的内容，不要忘记转发给你们的朋友哦，我相信他们会感激你能够给他带来那么清晰易懂的文章。

什么叫比特币？

虚拟？电子货币？密码学？还是有点懵懂，好吧，再详细点，比特币与所有的货币不同，它不依靠特定的货币机构发行，而是基于特定的算法产生的，这一点我们接下来会讲到。

比特币的概念是在 2008 年 11 月 1 日有个自称中本聪的人提出的，到现在他的身份还是未知的。它在《白皮书》中提到，这是一种去中心化的电子记账系统。

什么是去中心化？我们现在每个人都有银行卡和支付宝，我们的钱都是由银行和支付宝保存的，因为我们对国家的信任，银行就是相当于中心，我们每个人的存入支出记录都是银行或支付宝给我们记录的。

那么这个中本聪提出的电子记账系统去中心化呢，就是说，我们每个人不需要银行和支付宝的记录，而是公开自己的消费记录，让别人给我们记录，就相当于公开了我们的账本，我们的余额、消费都会被他人所知道。

假如有 A、B、C、D 四个人，A 向 B 支付了 10 个比特币，那么 C 和 D 就会记录 A 向 B 支付了 10 个比特币。然后 B 向 C 支付了  20 个比特币，那么 A 和 D 将会记录到自己的账单，B 向  C 支付了 20 BTC。同样的 C 向 D 支付了 5 个 BTC ，A 和 B 也会记录这个交易。

什么是区块链？

然后我们将记录的账单打包成一个包，这个包叫就叫做「区块」。每个区块大约记录 4000 条数据左右（1兆左右），我们将此区块接到上一个区块上，就形成了一条链，叫做「区块链」。

那么你可能遇到几个问题，第一个问题，每个人都记账，假如 A 支付 给B 的 10 个BTC，然后 B 支付给 C 20 个BTC ，另外记账的人出现网络延迟，一个人记录的是 A 先支付的 B ，而 另外一个人先记录的 B 支付给了 C ，那我们以谁的账单为准呢？

第二个问题，为何记账？假如张三给李四付款，那小鹿凭什么给他记账呢？不但浪费我宝贵的时间，还浪费了我的电脑资源。

第三个问题，假如小鹿给他记账，我背后偷偷的伪造了一条数据，也叫伪造记录，那怎么防止这种问题发生呢？

这里时间有限，只分享前两个问题的解决方案。

我们每个人在记账系统中记账都会有手续费提成的，我帮你记账，支付的人会拿出一小部分作为手续费给记账的人，那么话说回来了，银行存钱取钱还有手续费呢，但是我们的电子记账系统的手续费是非常低的。而且谁最后打包了账本形成区块，还会有打包费用，还有这样的好事，那就可以给他打包赚钱啦。

给你的费用就是比特币，那么给你多少比特币呢？中本聪是这么设计的，每 10 分钟就会打一个包，每四年打包费就会减半。也就是说这个系统刚刚运作的时候，打包费用为 50 个比特币，每过四年，就会减少一半，也就是 25 个， 12.5 个......

那我们来算算一共产生多少比特币，每个小时有 6 个十分钟，一天 24 小时，一年 365 天，前四年是 50 个，每过四年减少一半，通过数学计算：50 x 6 x 24 x 365 x 4 x(1 + 1/2 + (1/2)² + ...)  ，我们可以算出，世界上一共有 2100 万个比特币。

问题来了，打包既有手续费也有打包费，每个人都想干这件事，那么每个人都抢着干，以谁为准呢？

什么是挖矿？

既然都想做，那么我们来设计一到数学题吧，谁先做出来谁就可以打包赚取比特币。如果你说，我数学非常好，拿过奥林匹克竞赛一等奖等等，不好意思，就算著名的数据家高斯也是无法手动解出来的。这道数学题人脑根本是无法算出来的，那么这道数学题难到什么程度呢？

所有的是哈希算法，学过数据结构的都知道，哈希算法正向算是非常容易的，反向算是及其困难的，简直无法想象的难，只能通过 CPU 的运算才能算出来。

这倒数学题正是所用的 SHA256 算法，MD5 加密听说过吧，想必 SHA256 也不陌生。将一个字符串生成 256 位 的二进制。无论大小，都会有 256 位，给你一个 20 G 的视频，也会生成一个 256 位的二进制。所谓的难题就是这个 256 位的二进制对应的字符串是什么？

我们就将解决这道数学题的过程叫做「挖矿」。

那么这个字符串是怎么生成的呢？这字符串的信息是由前区块头的信息+当前账单的信息+账单的时间等各种信息，前边这些是固定的，但是最后一个还要加一个随机数，这是设计的一个难点。