區(qū)塊鏈（Blockchain）是一種分布式數(shù)據(jù)庫，起源自比特幣。
區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮褂妹艽a學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，用于驗(yàn)證其信息的有效性（防偽）和生成下一個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊鏈和比特幣是一起誕生的，比特幣也是區(qū)塊鏈1.0時(shí)代最重要的應(yīng)用。
區(qū)塊和區(qū)塊鏈
區(qū)塊鏈?zhǔn)怯蓞^(qū)塊串成的鏈，每一個(gè)區(qū)塊都在頭部保存了上一個(gè)區(qū)塊的HASH值，從而形成了鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)，比較特殊的是，比特幣的第一個(gè)區(qū)塊（也被稱為創(chuàng)世區(qū)塊）是由一個(gè)據(jù)信叫中本聰?shù)娜藰?gòu)造而成的，創(chuàng)世區(qū)塊沒有指向任何區(qū)塊。
有了創(chuàng)世區(qū)塊之后，人們就可以通過”挖礦“來制造比特幣，”挖礦“其實(shí)就是創(chuàng)建區(qū)塊的過程，其本質(zhì)是解決數(shù)學(xué)問題：
sha256(sha256(new_block_template)) <= target
new_block_template是一個(gè)新的區(qū)塊模板，一個(gè)新的區(qū)塊需要包含任意數(shù)量的當(dāng)前沒有確認(rèn)的交易和區(qū)塊的基本信息，其中coinbase交易和隨機(jī)數(shù)由礦工任意填寫。
我們知道sha256運(yùn)算的范圍是0~2^256-1共2^256種可能，而且sha256的運(yùn)算結(jié)果分布足夠均勻隨機(jī)，所以礦工們想要解上面的不等式，只能有一種辦法：不停的變換隨機(jī)數(shù)和/或coinbase字段然后重復(fù)計(jì)算hash值以期找到滿足不等式的block。礦工一旦找到滿足上述不等式的block，廣播到比特幣網(wǎng)絡(luò)并被網(wǎng)絡(luò)接受，新的區(qū)塊就被創(chuàng)建了，所有的礦工會(huì)在這個(gè)新區(qū)塊的基礎(chǔ)上構(gòu)建下一個(gè)區(qū)塊。
根據(jù)中本聰?shù)脑O(shè)想，區(qū)塊應(yīng)該每10分鐘創(chuàng)建一個(gè)，所以，比特幣的網(wǎng)絡(luò)會(huì)每隔2016個(gè)區(qū)塊review一次區(qū)塊的平均產(chǎn)出時(shí)間，如果小于10分鐘，說明參與不等式求解的”計(jì)算能力“增多，需要適量調(diào)小target以增加解題的難度，反之，就會(huì)增大target以減小解題的難度。參與區(qū)塊創(chuàng)建的礦工會(huì)得到比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)，這筆獎(jiǎng)勵(lì)最初為50BTC，每隔210000個(gè)區(qū)塊（約四年時(shí)間）減半，最終減少到0，目前每個(gè)區(qū)塊的挖礦獎(jiǎng)勵(lì)為25BTC，在今年晚些時(shí)候會(huì)減少到12.5BTC。
交易
這里先明確一點(diǎn)，比特幣網(wǎng)絡(luò)里面，其實(shí)并不存在所謂的比特幣，存在的只是很多”沒有花費(fèi)的交易（unspent transaction outputs ,UTXO）”，UTXO指經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證，卻沒有出現(xiàn)在其它任何交易inputs里面的交易。礦工們創(chuàng)建區(qū)塊，其實(shí)只是創(chuàng)建了一個(gè)特殊的UTXO（即coinbase）：這個(gè)特殊的交易沒有輸入（任意填寫），只有輸出。
到這里大家可能很困惑了， 我們先來看下交易的典型結(jié)構(gòu)：
我們從coinbase開始來解釋比特幣網(wǎng)絡(luò)的交易，礦工在創(chuàng)建區(qū)塊時(shí)，coinbase是可以寫入任意內(nèi)容的，一個(gè)正常的礦工可能會(huì)這么做：Inputs字段寫入一些自己個(gè)性化的內(nèi)容和隨機(jī)內(nèi)容（以滿足上文中的不等式），Outputs中的Value字段填寫挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，scriptPubKey字段寫入一段腳本，這段腳本使得自己下次可以“花費(fèi)”掉這筆交易。
這里先鋪墊一下比特幣的私鑰、公鑰和地址的關(guān)系：
比特幣私鑰（private key）類似于密碼，是一段只有你自己知道的不限制長度的數(shù)據(jù)，一般為了保證安全性，會(huì)使用真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成不少于256bit的數(shù)，私鑰通過單向算法SECP256K1生成公鑰（public key），再將公鑰經(jīng)過單向算法RIPEMD160生成公鑰哈希（public key hash），最后將公鑰哈希經(jīng)過BASE58編碼加上校驗(yàn)值后生成比特幣地址（address），如下圖所示，即，有了私鑰，我們可以推出所有，有了公鑰，可以推算出地址（和公鑰哈?？梢曰ハ噢D(zhuǎn)換）， 但是不能推出私鑰。
回到上面，我們來看下一個(gè)普通的交易是如何“花費(fèi)”掉之前的交易的，普通交易的inputs就不能隨便填寫了，需要填寫你可以花費(fèi)掉的交易，并向全網(wǎng)證明這的確是你可以花費(fèi)的交易，具體過程參照上面的coinbase交易和普通交易，普通交易的發(fā)起人指明要“花費(fèi)”coinbase這一UTXO，并在inputs的scriptSig字段里填上了自己的簽名和公鑰，廣播到全網(wǎng)，接受到這筆交易的節(jié)點(diǎn)通過如下過程驗(yàn)證交易：
首先執(zhí)行scriptSig，將簽名和公鑰入棧
接著執(zhí)行scriptPubKey的第一個(gè)命令OP_DUP復(fù)制棧頂元素
接著執(zhí)行OP_HASH160，獲取公鑰的哈希
接著入棧pub_hash’ (35df7e6daa60393b0ed2474a21713a845a2212dd)
接著執(zhí)行OP_EQUALVERIFY校驗(yàn)棧頂?shù)膬蓚€(gè)元素（pub_hash和pub_hash’)是否相等，相等則繼續(xù)執(zhí)行，不等則驗(yàn)證失敗，退出執(zhí)行。這一步的意義是保證之前的交易的送達(dá)地址和這次交易的發(fā)送地址匹配（公鑰哈希和地址是等價(jià)的）
最后執(zhí)行OP_CHECKSIG使用pub和sig校驗(yàn)簽名，校驗(yàn)通過這筆交易即會(huì)被網(wǎng)絡(luò)接受，否則，退出執(zhí)行。只有持有正確私鑰的人才能執(zhí)行正確的簽名操作，所以這一步的意義是驗(yàn)證該交易是否由實(shí)際擁有人發(fā)起。
上述過程是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“Pay-to-PubkeyHash”， 即比特幣網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)賬腳本結(jié)構(gòu)，實(shí)際上比特幣提供了一個(gè)類似Forth語言，基于堆棧的腳本系統(tǒng)，使得使用者可以完成一些更復(fù)雜的交易邏輯。
比特幣的問題
區(qū)塊鏈容量問題
比特幣的核心理念是去中心化，所有的節(jié)點(diǎn)都保留區(qū)塊鏈的完整副本，但是截止目前，整個(gè)區(qū)塊鏈的容量已經(jīng)超過60GB，這使得運(yùn)行一個(gè)比特幣節(jié)點(diǎn)的成本開始變得高昂，變相使得比特幣的節(jié)點(diǎn)變少，這與比特幣去中心化的初衷相背離。
算力攻擊問題
自從專業(yè)的礦機(jī)被發(fā)明已來，比特幣網(wǎng)絡(luò)的挖礦難度越來越大，個(gè)人獨(dú)立挖礦已經(jīng)變得基本不可能，礦工們基本都是把自己的算力接入到集中式的礦池來參與挖礦，目前全網(wǎng)最大的兩個(gè)礦池算力之和已經(jīng)超過全網(wǎng)的50%，這帶來一個(gè)問題，因?yàn)槔碚撋峡刂瞥^全網(wǎng)50%算力就可以篡改區(qū)塊的生成，這給比特幣帶來了信任危機(jī)。
匯率波動(dòng)問題
目前比特幣交易市場已經(jīng)完全淪為了投機(jī)市場，小白投資者往往被莊家操盤血本無歸，期貨、杠桿等各種衍生工具更是加劇了這一過程。
法律問題
目前多數(shù)國家并不承認(rèn)比特幣的合法地位，比特幣由于其去中心化的特性也并不易被監(jiān)管，這使得基于比特幣的賭博、毒品和軍火交易也異常猖獗，這些也給其未來發(fā)展添加了很大的變數(shù)。
總結(jié)
比特幣本身更像是一個(gè)試驗(yàn)性的產(chǎn)物，有著許多缺點(diǎn)和不完善的地方。但比特幣帶來的區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、分布式自治等卻有著革新未來的力量，我們將在2.0和3.0章節(jié)里繼續(xù)分享有關(guān)區(qū)塊鏈的創(chuàng)新和可能的未來。
參考：
[1]比特幣，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%94%E7%89%B9%E5%B8%81
[2]區(qū)塊鏈，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%BA%E5%9D%97%E9%93%BE
圖片來源bitcoin86.com
本文作者：熊榮正（點(diǎn)融黑幫），2016年4月加入點(diǎn)融成都數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)參與數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)。曾參與比特幣相關(guān)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，對比特幣、區(qū)塊鏈、互聯(lián)網(wǎng)金融等領(lǐng)域比較感興趣。平時(shí)喜歡吃、睡、聽音樂。
