這是一篇從程序員視角看區(qū)塊鏈的文章，將區(qū)塊鏈落地為程序員能夠理解的概念，比如圖靈狀態(tài)機，而狀態(tài)機是一種狀態(tài)模式，是事件驅(qū)動建模的核心。本文適合區(qū)塊鏈入門閱讀：

不對稱密碼已經(jīng)存在了很長一段時間，密鑰有公鑰和私鑰之分。我們使用公鑰進行加密并使用私鑰解密。或相反亦然。你無法從一個密鑰中獲得另外一個密鑰。因此，如果使用不對稱加密技術(shù)，我可以向某人發(fā)送一條信息，比如“我轉(zhuǎn)賬100美元”，并且每個人都會知道它是由我發(fā)送的，并且沒有任何改動。

假設有十個人都同意每個人擁有一百萬單位的新貨幣。他們每個人都可以確保（并且每個人都可以確信）是有某人發(fā)送了三十萬個單位。但是X是否真的擁有這些三十萬個單位貨幣卻還不得而知。為了找到答案，我們可以了解每個人的余額情況。為此，我們只需將所有收入交易加起來并扣除所有費用進行計算。由此，我們就需要有關(guān)收入和支出的信息，這就是公共賬本。它可以讓我們識別某個人是否真的可以發(fā)出30萬個單位的貨幣。

比特幣：開始

還有一個問題 - 如果我把我所有的錢同時寄給兩個人怎么辦？這被稱為雙重支出。如果讓這兩個人彼此溝通以找出誰最終獲得付款是不方便的；查看時間戳以確定我首先將資金發(fā)送誰了？這種辦法非fail-safe的。這里有一個解決方案 - 我們需要流線化交易，在這種流線化交易模式下，很明顯能看出第一筆付款已經(jīng)發(fā)給了約翰，根本無法再將這筆付款發(fā)給第二個人，因為我沒有更多的錢了。

流線型交易主要是對交易進行排序，但是現(xiàn)在還不清楚怎么來決定交易的順序。在銀行和其他集中系統(tǒng)中，銀行自身代表了受托人，是單點風險點，也是單點信任點。該銀行可以出面澄清說，某某的錢先寄給了誰。但是在區(qū)塊鏈中，沒有單個受托人。它可能是網(wǎng)絡的大部分參與者（當然，這意味著整個網(wǎng)絡，因為你不能相信每一個參與者，因為其中肯定有一些騙子）。這里的假設前提是網(wǎng)絡不受任何一個人的控制，并且大多數(shù)參與者嚴格按照利于自己的經(jīng)濟利益行事（自利）。

但是流線型交易的一致性問題仍然沒有徹底解決 - 這就要求我們在網(wǎng)絡參與者中實現(xiàn)一種稱之為“共識”的機制。這個問題是由一個共識算法處理的，這是每個區(qū)塊鏈中的一個關(guān)鍵算法。

在我們討論一個特定的共識算法之前，先說說區(qū)塊鏈的塊。塊是一種技術(shù)措施，是批量處理（稱為批處理）的一個實例，因此許多交易能在一個“批量”內(nèi)計算以達成共識，并且網(wǎng)絡的間接費用可以跨多個交易中“分攤”。塊內(nèi)交易的順序是由網(wǎng)絡參與者（即生成該塊的人員（也稱為“礦工”））定義的。但塊之間的順序由共識算法確定。共識算法存在相當長的一段時間。例如包括多主NoSQL系統(tǒng)中的Paxos和Raft等算法。但這些算法并不適合擁有一百萬對參與者的網(wǎng)絡。

比特幣在它出現(xiàn)的時候代表了相當革命性的東西 - 一種工作證明（PoW）共識的算法。許多網(wǎng)絡參與者（礦工）會同時生成很多新塊。因此有必要決定這些塊中的哪一個塊能夠被真正用作區(qū)塊鏈的下一塊。

為了使自己產(chǎn)生的塊成為區(qū)塊鏈中真正的下一個塊，礦工必須執(zhí)行特別挑選且非常耗時的哈希計算。當一個哈希數(shù)值計算到一個大數(shù)字，且必須符合某些條件，比如必須前面包含10個零。這就會需要數(shù)十億次哈希計算，這個計算量就代表礦工能“證明”其塊的確實存在的證據(jù)。同時，檢查這項工作是否正確完成是非常容易的 - 您只需要一次哈希操作。必須了解到的是：平均而言，整個網(wǎng)絡（其中包括成千上萬的礦工！）在10分鐘內(nèi)就可以生成一個區(qū)塊（比特幣生成區(qū)塊的平均間隔）！ 。這大大降低了曠工之間碰撞的可能性，即就不可能同時有兩個礦工提供兩個或更多的塊作為下一個塊。

但是，發(fā)生碰撞的可能性還是可能存在的。因此，存在這樣規(guī)則 - 網(wǎng)絡參與者接受形成最長鏈的塊（當有兩個塊同時生成時，選擇其中一個更長的鏈的塊）。

事實上，它不是一個鏈，而是一個有許多分支和有向無環(huán)圖（DAG）的鏈，而鏈通常被稱為“共同歷史”（它是最長的鏈）。既然共識不能立即達成，你就必須等待一段時間直到出現(xiàn)幾個塊之后。為了防止比特幣的雙重支出，人們通常會等待六個塊（在比特幣里需要花費一個小時）。

除了事務之外，塊還包括前一個塊的哈希。因此，過去歷史就不可能被修改，因為這會使隨后的所有哈希無效。同時，連接到同一個塊，您會獲得挖礦獎勵，這會給您帶來新的收益！否則，就無法將新資金引入這個系統(tǒng)中 - 資金將不得不發(fā)放給某人，這會使這個人變得特殊，這與分權(quán)的想法會形成矛盾。為挖礦發(fā)錢似乎是一種合乎邏輯和可接受的解決方案。

順便說一句，關(guān)于挖礦。你需要明白，礦工的主要工作是猛烈地哈希計算出新塊; 這里沒有非對稱加密技術(shù)，因為這里僅僅需要在交易加入塊之前檢查交易。比特幣使用SHA-256哈希; 在以太坊中，它是采取Keccak-256。如果你是單獨開采，那么在你生成一個區(qū)塊之前，需要準備好長時間（每十分鐘產(chǎn)生一個區(qū)塊，你的競爭者數(shù)量達到數(shù)百成千上萬的?。?。如果礦工聚集在一起。在一個池中，參與者之間的獎勵是以各種方式分配的（有不同的方法），這意味著您可以更經(jīng)常地獲得獎金（盡管數(shù)量比較少）。在這種情況下，風險和收益都是成正比的。

到目前為止，我們主要處理的是網(wǎng)絡參與者之間的數(shù)據(jù)交換，而沒有深入細節(jié)。牢記數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡對等進行交換是非常重要的。

這就是比特幣區(qū)塊鏈技術(shù)。

智能合約和ICO

在比特幣的每個賬戶上執(zhí)行兩個操作（加法和減法），并且可以由任何人檢查，當然主要由礦工檢查。但是如果我們將一個內(nèi)部變量添加到帳戶（存儲），它是用來進行操作比較的，假設我積累了1000萬美元時，我想讓我的帳戶停止接受資金 - 這意味著代碼實現(xiàn)上不僅要將資金能夠增加到我的帳戶中，還要為這種增加再添加一定的條件。通過開發(fā)這個角度看過去，我們看到的是一個圖靈機，一種確定性的類型（每個人仍然可以檢查我的賬戶）。因此，我們有了一個智能合約。在下文中，智能合約指的是以太坊網(wǎng)絡中的智能合約，因為它是目前最受歡迎的合約。

確定性意味著，在有相同的交易參數(shù)和存儲的初始狀態(tài)相同的情況下，我們最終會得到相同的結(jié)果，以及存儲中同樣的更改動作（banq注：操作事件）。只有在這些條件下，網(wǎng)絡才能就每筆交易達成一致。

這里必須明白，由于要求確定性，可驗證性和分散性，智能合約與外部世界相當孤立。例如，它不能觸發(fā)分散式Web API（有解決方案，即所謂的“oracles”，但這些都很復雜，需要分別處理）。

另外，合同對外界的控制也非常有限。例如，要了解智能合同執(zhí)行結(jié)果（新余額或存儲的更改動作），網(wǎng)絡節(jié)點必須執(zhí)行該合同規(guī)定的操作。在多個節(jié)點上進行計算不是沒有成本的。因此，以太坊引入了gas 的概念，以避免加密貨幣硬編碼進行計算帶來的成本，并允許用戶計算計算次數(shù)并設置其價格。這種結(jié)構(gòu)提供了一個額外的間接層，它允許用戶在低成本交易和快速交易之間進行選擇。

當資金被發(fā)送到合約賬戶（通過簡單地使用地址）時，它觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，這是默認設置。與前面比特幣的帳戶類型不同，智能合約的合約中有多個輸入點 - 這些是可以接受參數(shù)的方法。要修改合約（無論輸入點是什么），您必須將交易發(fā)送到網(wǎng)絡才能進行更改。但是，如果您只想以只讀模式查看某些內(nèi)容，則可以通過使用實時更新的區(qū)塊鏈在本地執(zhí)行此操作。另外與賬戶不同的是，智能合約沒有私鑰。您不能直接從余額中提取資金 - 這可以通過使用明確定義的方法來完成，當然這些方法應該有安全限制，例如檢查試圖訪問資金的用戶的地址。

最后，我們在比特幣風格的區(qū)塊鏈上獲得了智能合約技術(shù)。

許多加密貨幣或所謂的“代幣tokens”都基于以太坊智能合約。是的，通常這種加密貨幣只是以太坊中的一個合同（一個！）。余額通常是智能合約存儲中的map數(shù)據(jù)類型的一個數(shù)據(jù)條目，并且從一個參與者轉(zhuǎn)移貨幣到另一個參與者如下：

map［Alice］ –= payment;

map［Bob］ += payment;

他們不需要自己的曠工和網(wǎng)絡 - 他們可以使用以太坊的基礎(chǔ)設施。在以太坊，ICO / ITO實際就是加密貨幣（tokens）的以太網(wǎng)交換（以太坊網(wǎng)絡的加密貨幣）。

未來發(fā)展

除了智能合約之外，基于區(qū)塊鏈的基本概念之上還有很多其他想法，比如“零知識證明”和“自律網(wǎng)絡”。

零知識證明是基于密碼協(xié)議的同名家族，實質(zhì)上，它被設計為證明對象的所有權(quán)但不完全暴露它。例如，如果我能夠回答關(guān)于某文件的各種隨機位置中有關(guān)字節(jié)的十個問題，我就可以證明我擁有一個特定的1 GB文件。顯然，在這種情況下，我只需公開1 GB中的10個字節(jié)即可。

這意味著可以讓任何人檢查我的帳戶余額是否正確，同時卻沒有必要透露我的帳戶上有多少錢！通過構(gòu)建這個想法，我們可以創(chuàng)建一個包含余額和支付隱私信息的加密貨幣（實際上，它已經(jīng)存在了;參見Zcash），并且完全隱藏了智能合約中計算參數(shù)。

區(qū)塊鏈有寫入網(wǎng)絡客戶端程序代碼的網(wǎng)絡通用設置，例如包含在該區(qū)塊中的交易數(shù)量。通常，更改它們需要網(wǎng)絡上所有參與者接受這些更改（以代碼更新的形式出現(xiàn)），這會帶來網(wǎng)絡分支的威脅（當一些參與者決定不接受更改并繼續(xù)與“舊”碼）。Self-regulation試圖解決這些問題（例如，參見Tezos或EOS區(qū)塊鏈）。這種想法的本質(zhì)是，對于每一次變更，您都可以用自己的資金進行投票（當然不會失去這些資金）。