区块链基础概念

去中心化应用（ DApp)

为了解决网络应用中过分依赖服务端的状况，出现了点对点（ Peer to Peer, P2P ）应用 在这类应用中并不存在对网络完全控制的中心节点 其中部分节点挂掉，并不影响整个 P2P 络的运行，这类应用就称为去中心化应用（Decentralized Application, DApp ）。

在DApp中并没有中心服务器来协调节点，或者决定什么是对、什么是错，因此，这个挑战的难度是非常大的。通常的做法是采用一致性协议(concensus protocol)解决这个问题。不同的DApp通常使用不同的数据结构共识协议(一致性协议),例如比特币使用工作量证明协议(PoW)来达成共识。

DApp的内部货币

扫描获取学习资源对于中心化应用来说，所有者需要盈利才能长期维持应用的运行，因为中心化应用需要支付服务器维护费用、带宽费用、人员费用等。

DApp虽然没有所有者，但与中心化应用一样，维持DApp节点的正常运行仍然需要一定的费用，如硬件、网络支持等。

因此，DApp节点需要一些回报来维持运行，于是内部货币登场了。

大多数DApp都有内置的内部货币，或者说成功的DApp都有内部货币，如比特币网络中的比特币就是最著名的内部货币。

那么,每个节点到底应该收多少内部货币呢?这由共识协议决定。根据共识协议，只有为维护DApp安全和运行做出贡献的那些节点可以赚取内部货币，只进行数据读取的节点没有回报。

例如，在比特币网络中，只有矿工(miner)成功挖矿才能赚取比特币。

比特币

比特币(bitcoin)是一种去中心化的货币，是最热门的DApp。它的成功充扫描获取学习资源分展示了DApp的强大。比特币的成功大大鼓励了人们创建其他的DApp。

在了解比特币的细节以及为什么人们认为它是一种货币之前，需要先了解两个概念：账本和区块链。

账本

任何交易都需要记录，而用于记录比特币交易的就是账本(ledger)。

那么账本与数据库有什么区别呢?在数据库中，我们可以添加、修改和删除交易。

而在账本中，只能添加新的交易，不能修改和删除交易。

数据库可以用来实现账本，反过来却不可以。

区块链

区块链(blockchain)是用于创建去中心化账本的数据结构。

也就是说，区块链与数据库类似，是用于存储数据的。

区块链中的区块按序号排列。

每一个区块都包含一个交易集合、前一个块的哈希码、时间戳(指明区块被创建的时间)、块奖励、块序号等信息。

由于每一个块都包含了前一个块的哈希码，因此可以创建一个互相连接的块链表，所以称为区块链。

网络中的每一个节点都会保存一份区块链的副本。

为了保证区块链的安全，工作量证明(PoW,Proof-of-work)、股权证明(PoS,Proof-of-stake)以及其他一致性协议被应用于区块链。

由于有这些协议的存在，在区块链中添加新的区块并不容易。

例如在PoW中，向区块链中添加区块的过程被称为“挖矿”,挖矿从技术上说就是解决复杂的计算难题，那么为什么要解决复杂的计算难题呢?通过PoW及其他一致性协议是如何阻止某些节点对整个区块链进行攻击的呢?请读者继续往下面看。

工作量证明(PoW)

工作量证明就是在修改区块链之前先证明你没有对DApp网络进行攻击，那怎么证明呢?

就是在本地先完成一项艰巨的任务，然后将完成的结果上传到DApp网络进行验证。

这项艰巨任务不能让人用投机取巧的方式来完成，而必须用最原始、最暴力的方式一点一点完成，完全是拼体力。

那么可能有很多读者会问，完成任务和阻止攻击有什么关系呢?这就涉及到一个经济学的概念——经济惩罚。

大概的意思就是既然无法阻止攻击，那么就让攻击付出惨重的代价。

完成DApp网络交给你的任务是要付出代价的。

通常的任务是解决计算难题，这种解决计算难题的过程被称为“挖矿”。

在PoW中要解决的难题通常是计算一个哈希值。例如，给定一个基本字符串“Hello,world!”,我们的任务是在这个字符串后面添加一个名为nonce的整数值，对变更后的字符串进行SHA256哈希运算。

如果得到的哈希结果(以十六进制的形式表示)是以0000开头的，则验证通过。

为了达到这个工作量证明的目标。我们需要不停地变化nonce值，对得到的新字符串进行SHA256哈希运算。

按照这个规则，我们需要经过4251次计算才能找到恰好前4位为0的哈希散列。

我们发现，随着0的个数增加，计算难度会以指数级增加。

而且没有算法可以立即算出结果，但结果却是非常容易验证的。

所以要完成这项任务，就需要非常强的算力，也就是说，要想搞定这个任务，需要自己花钱买一大堆高性能的计算机。

而且现在区块链分派的任务越来越艰巨，计算量越来越大。

如果是以营利为目的的攻击，为了价值几百万的比特币，你可能要花几千万去购买计算机来完成相关的计算任务，完全是得不偿失。

所以很少有人去做这样的赔本攻击，因为攻击成本远大于收益。

股权证明(PoS)

PoS,简单来说，就是根据持有货币量和时间来分发利息的一个制度。

在股权证明模式下，有一个名词叫币龄，每个币每天产生1币龄。

例如，你持有100个币，总共持有了30天，那么,此时你的币龄就为3000,这个时候，如果你发现了一个PoS区块，那么你的币龄就会被减去一定的值，每减少365个币龄，将会从区块中获得0.05个币的利息(可理解为年利率5%),那么在这个案例中，利息=3000×5%/365=0.41个币。

要注意的是，5%的年利率仅仅是举例，并非每个PoS模式的币种的年利率都是5%,比如点点币(PPCoin)就是1%年利率。

51%攻击

由于区块链分配的任务难易程度不同，可能有很多人会想对策，我不用那么大的计算量，少买点计算机，是否可以找到一个盈利的平衡点呢?其实一开始我也是这么想的，但根据PoW算法机制，如果你的计算量不够大，是无法控制区块链的走向的，也就是说，即使你投入了大量的成本用于完成任务，也不能保证自己成功。

这就像花了数百万购买彩票，你只能保证比只花两元钱购买一张彩票的人的中奖几率大，但并不能保证你一定能中奖。

花几十万上百万就中袋洗衣粉，花两元中500万的也大有人在。

彩票奖金的设置永远要远小于购买所有彩票的成本，所以你是无法采用穷举的方式保证100%中奖率的。区块链也是一样，即使你的算力非常强，也不能保证100%成功，只是成功的可能性更大而已。

前面说过，谁的算力强，谁最先解决问题的概率就越大。当掌握超过全网一半算力时，从概率上就能控制网络中链的走向，这就是“51%攻击”。

这也是区块链的弱点，谁掌握了超过全网一半的算力，谁就可以主导区块链网络。

也就是说，区块链并非100%安全，但如果要蓄意攻击区块链网络，则需要付出很大的代价。

那么区块链受到攻击也只能存在于理论层面。

以太坊

以太坊是一个去中心的平台，允许在这个平台上运行DApp。

DApp需要依赖智能合约，而智能合约要使用Solidity语言编写。

一个或多个智能合约可以一起组成一个DApp。

因此，运行在以太坊上的程序就是智能合约。

我们可以将以太坊比喻成Android系统，而智能合约就相当于运行在Android系统上的各种底层的库。

智能合约之所以要运行在以太坊网络上，是因为运行在以太坊网络上的智能合约非常容易彼此交互，有了智能合约，开发人员并不需要为集成各种共识协议和其他东西而操心，这些以太坊都可以轻松为我们搞定，而开发人员只需要编写应用逻辑代码即可。

以太坊有一个内部货币，叫以太币(ether)。为了发布智能合约或执行智能合约中的方法，需要一定数量的以太币。

超级账本项目

超级账本是一个项目，是首个面向企业应用场景的开源分布式账本平台。

在Linux基金会的支持下，超级账本项目吸引了包括IBM、Intel、Cisco、摩根大通、腾讯等在内的众多科技和金融巨头的参与，以及在银行、供应链等领域的积极应用实践。

超级账本社区在成立一年多以来，也得到了广泛的关注和飞速的发展，目前已经拥有超过140家企业会员。

加入超级账本的有很多项目，Fabric项目就是最早加入超级账本项目的顶级项目。

它由IBM、DAH等企业于2015年年底提交到社区。

Fabric项目用Go语言实现，在gitHub上已经有超过5000次提交。

该项目的定位是面向企业的分布式账本平台，创新地引入了权限管理支持，设计上支持可插拔、可扩展，是首个面向联盟链场景的开源项目。

联盟区块链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链。

例如，不妨想象一个由15个金融机构组成的共同体，每个机构都运行着一个节点，而且为了使每个区块生效，需要获得其中10个机构的确认(2/3确认)。

区块链允许每个人都可以读取、只受限于参与者或走混合型路线，例如区块的根哈希及其API(应用程序接口)对外公开，API可允许外界用来作有限次数的查询和获取区块链状态的信息。这些区块链可视为“部分去中心化”。

创世块

区块链是由若干个区块组成的。在私有链启动后，需要为区块链创建第一个区块（创世块),相当于数据结构中链表的头节点。

不过以太坊并不知道如何创建这个创世块，需要我们告诉以太坊如何创建，因此，首先需要建立一个创世块的描述文件，这个描述文件是JSON格式的。

• chainld:指定了独立的区块链网络ID。网络ID在连接到其他节点的时候会用到，以太坊公网的网络ID是1,为了不与公有链网络冲突，运行私有链节点的时候要指定自己的网络ID。不同ID网络的节点无法相互连接。

• homesteadBlock:以太坊推出的第2个主要的区块发行版本，Frontier是第1个推出的区块发行版本(也是测试版本)。建议使用homesteadBlock,值为0表示有效。dificulty:挖矿的难易程度，该值越小，挖矿越容易。也就是说，该值越小，挖矿需要的(算力越小)。在测试时，建议设置一个比较小的值，否则挖矿会需要很长时间。

• gasLimit:挖每个区块需要消耗资源的上限。gas与以太币(ether)一样，都是以太坊中的单位。之所以将gas与ether分开，是为了防止ether的波动对挖每个区块消耗资源的影响。

• alloc:为了测试挖矿而临时分配的账户，其中balance表示当前账户的余额，单位是Wei。