我们假设太平洋上有一个孤岛，名叫桃花岛。在桃花岛，每个家庭都拥有一定规模的资产，以粮食、蔬菜、日用品、房产等形式存在。岛上的物资交换只发生在岛上居民之间。所有的交易都被这个岛的主人黄老邪记录了下来，他是唯一会写字和计算的人。随着岛上的日常交易，交易信息也在不断增加。黄老邪把所有的交易信息都记在一个账本里，自己保管。然而，黄老邪的一人记账模式存在很多问题。随着岛上居民交易的日益频繁，每天要记录的账目越来越多，黄老邪的记账压力也越来越大。为了减轻工作压力，黄老邪向岛上所有居民传授记账技巧，让他们都参与到记账过程中。要求黄老邪居民记录交易金额、交易时间等信息，每笔交易记录需双方签字后方能生效。黄老邪还为岛上的每个家庭分配了一个单独的邮箱，只有家庭成员才能使用钥匙打开自己的邮箱，查看邮箱中存储的账户信息。有了邮箱，岛上的记账方式发生了翻天覆地的变化：当产生新的交易记录时，交易员就把一页记录着新交易信息的记录放进每家每户的邮箱里。这些交易信息按照投入邮箱的顺序形成一个自然的账本，每家每户都可以打开邮箱查看。在这种情况下，即使个人篡改邮箱中的信息，整体交易记录仍然不会出现偏差。居民只要拿出大家保管的账本，按照少数服从多数的原则确定通通的交易历史，纠正个人手中的错误账本，就可以在没有岛主黄老邪监督的情况下完成记账。黄老邪改变后的分布式记账方法类似于我们将在下面解释的区块链。

什么是区块链

区块链本质上是一种分布式账本技术。类比数学函数，我们可以把分布式网络、共识机制、去中心化、加密、智能合约、权限、价值、资产理解为函数中的变量或因子。这些变量和因素的有机结合形成了区块链不同于传统技术的一些新的技术特征。在对区块链进行更深入的技术解读之前，我们需要理清区块链的一些核心概念。

分布式账本的技术功能见下图

区块链是一个动态的对等网络

区块链的动态对等网络

在上面的故事中，黄老邪是唯一的记账人。相应的，黄老邪改变记账方式后，岛上所有居民都可以参与记账过程，每个居民都可以自己进行交易和记账，这与区块链点对点的特点非常相似。

与传统的集中式架构相比，区块链弱化了中央服务器的概念。每个节点不再区分服务器和客户端的关系，每个节点可以请求和提供服务，每个节点可以直接交换资源，不需要桥接服务器。用户可以在用户之间直接共享和利用资源。在区块链分布式网络中，所有节点都具有相同的状态。刚刚通过验证并被递送到区块链网络中的任何节点的事务将被发送到其周围的邻居节点，并且每个邻居节点将把该事务发送到其他邻居节点。以此类推，在很短的时间内，一个有效的事务就会传播到网络的各个角落，直到连接到网络的所有节点都接收到它。

区块链也是一个动态的网络，有新的节点加入，也有节点从原来的区块链网络中退出。 随着新节点的不断加入，新的资源将被引入系统，整个网络将得到建设和发展。资源的丰富性和多样性将会扩大，对等网络的分散性、健壮性、可用性和整体性能也会随着节点数量的增加而增强。

区块链是分布式账本

区块链的分布式账本结构在桃花岛上，仅由黄老邪记账期间，全岛只有一个账本记录所有信息。改变记账方式后，岛上每家每户都有一本账本，相当于区块链的分布式公共账本。

区块链颠覆了传统记账模式。与传统记账模式不同，区块链中的交易信息不再由单个机构记录，而是由其中的各个节点共同参与记账。在这个分布式网络中，每个节点都有完整的账簿备份。如果有人想要篡改账簿中的记录，他必须更改存储在每个节点中的账簿备份，这样就很难篡改账簿记录。

区块链利用哈希算法实现信息不可篡改

随着新交易的不断产生，桃花岛每个账本中记录的交易信息也在快速增长，邮箱中会保存越来越多的记录信息页。同样，在区块链，一个接一个的新街区将持续地连接到现有区块链的尽头。如何保证这个记录信息页的每一页，区块链账本的每一块都是真实、准确、不被篡改的？

想象一下，如果我们通过算法对账本信息进行加密，在区块链中的第一个块上贴上唯一的标签，然后后面的每个块加密后也贴上唯一的标签，同时能够包含前面区块链的标签。这时只要采用一种方法保证这个标签不能被轻易替换和更改，那么就可以保证这个块中记录的信息不变。

哈希算法是上面提到的区块链中的单向密码系统，可以保证交易信息不被篡改。该算法的思想是接收一段明文，并以不可逆的方式将其转换为固定位数的短输出。这个加密过程是不可逆的，这意味着不能从输出的散列内容中推断出与原始文本相关的任何信息。输入信息的任何变化，哪怕只是一对一的数字，都会导致哈希结果的明显变化。基于输出散列对应于输入原始文本的特性，可以使用散列算法来验证信息是否被修改。通过hash算法，一个交易块的所有交易信息都可以加密，记账内容可以压缩成一串数字和字母，不能用来推导原始内容。区块链的哈希值可以唯一且准确地识别块，并且任何节点可以通过简单地哈希块头来独立地获得块的哈希值。如果要确认块的内容是否被篡改，那么使用哈希算法重新计算，计费信息不会改变，计算出的哈希值也不会改变。

在区块链，SHA-256的哈希算法通常用于加密块。该算法的输出长度为256位，即生成一个长度为32字节的随机哈希。

区块链使用公钥和私钥来识别身份

在区块链，信息是通过添加公钥和私钥来传输的。公钥相当于桃花岛每家每户的邮箱。别人知道了你的公钥，就可以和你交流了。相应地，私钥相当于邮箱的钥匙，只有拥有私钥的人才能查看邮箱中的信件信息。在区块链，数字签名可用于验证信息发送者的身份。用户可以发布自己的公钥，然后发送可以用公钥验证，用私钥加密的信息。如果消息的接收方可以用公钥解密加密的消息，就可以证明这个消息的发送方的身份是真实的。 上述过程可以如图3-4所示：在区块链有两个用户阿利奇和鲍勃。ALIC想让鲍勃知道他是真正的爱丽丝，而不是假装成他的其他人。爱丽丝只需要用私钥签署文件并发送给鲍勃，鲍勃用爱丽丝的公钥验证文件的签名。如果验证成功，文件必须用Alice的私钥加密。由于Alice的私钥由Alice单独持有，Bob可以确定文件的发送者就是Alice本人。

此外，公钥和私钥还可以保证分布式网络中点对点信息传输的安全性。让我们设想一种情况，在分布式网络中，爱丽丝想给鲍勃发送一封情书。但由于分布式网络的信息传输特性，这封情书会发送给每一个用户。爱丽丝不希望情书的内容被其他用户看到，所以爱丽丝用鲍勃的公钥对情书进行加密。网络中除了鲍勃之外的其他用户都收到了这封加密的情书，他们看到的只是一封密文。只有鲍勃可以用他的私钥解密密文，得到一封情书的明文。通过加密和解密的过程，实现了Alice和Bob之间点对点的数据传输。

在区块链的信息传输过程中，双方公钥和私钥的加密和解密往往是成对发生的，即信息发送方用私钥对信息进行签名，用信息接收方的公钥对信息进行加密，信息接收方用对方的公钥验证信息发送方的身份，用私钥对加密后的信息进行解密。

区块链用Merkle树结构简化验证程序

Merkle树是区块链的基本组成部分。Merkle树的叶节点存储数据文件的哈希值，非叶节点存储其下所有叶节点值的组合结果哈希得到的哈希值。区块链使用Merkle树作为数据结构，存储所有叶子节点的哈希值，并在此基础上生成统一的哈希值。块中任何交易的发生和交易信息的变化都会改变Merkle树。在交易信息处理、比较和验证过程中，特别是在分布式环境下，Merkle树将大大降低数据传输和计算的复杂度。

Merkle树形结构图

区块链为每一笔交易盖章

黄老邪教授记账方法时，要求居民记录桃花岛上发生的每一笔交易，并要求他们在账本上记录交易的时间，相当于每一笔-

在区块链，时间戳的应用就是每一笔交易记录的认证。它可以像交易合同公证一样显示交易记录的真实性。时间戳作为块元数据的一部分，具有天然的时间特性。从某蓑衣网小编2022种意义上说，区块链的本质可以理解为构建一个永无止境、不可战胜的时间戳系统。

在现实经济交易中，信息欺诈等虚假交易经常发生。为了减少这些违法行为给交易中诚实守信的一方造成的损失，人们通常会寻求可信的第三方机构对交易进行验证。区块链通过时间戳保证分布式账本的唯一性，避免了双花问题。时间戳从生成的那一刻起就存在于块中，它在区块链中扮演着公证人的角色。与现有的公证机制相比，基于时间切割的公证系统更经济且完全可信。

区块链的时间切割比传统的公证系统更可信，因为时间签名是直接写在区块链上的，在区块链生成的区块不能做任何修改。一旦块被修改，生成的哈希值就无法匹配，操纵会被系统检测到。区块链根据分布式协议构建分布式开放架构系统。交换的信息可以通过分布式记账确定信息数据的内容，盖章生成块数据，然后通过分布式广播发送到各个节点，最终实现分布式存储。

将安全哈希算法应用于带时间戳的数据，并在全网广播随机哈希值，可以证明某一时刻确实存在一组数据，因为只有当该时刻数据确实存在时，才能得到对应的随机哈希值。每个时间戳将在其随机散列值中包括前一个时间戳，并且前一个时间戳将被后面位置的每个时间片增强。这个过程反反复复，依次推进，最终形成一个完整的链条。它与时间戳哈希算法和Merkle树一起增强了区块链的安全性能。

时间戳证明存在的功能可能是区块链的另一种用途，可能会彻底改变人类的未来。由于块hash值的不可伪造性，块可以提供一个hash值来证明块hash值在块生成时间之后存在，就像你在一张白纸上写下一串数字，意味着数字出现的时间比白纸晚。这也叫做时间上的向后证明。时间向前证明需要构建包含数字摘要的事务。当事务进入阻塞时，您可以在阻塞时间之前证明您拥有数字摘要。

区块链让智能合约成为现实

1994年，密码学家Nick Szabo首次提出了智能合约的想法。但是，在过去的集中式系统中，智能合同几乎没有意义，因为存储在集中式系统中的合同可以随时被系统所有者修改甚至删除。不过，有了区块链，智能合约蓑衣网小编2022可以提前写入区块链的右手网络系统。当合同中发生一些事情时，智能合同将被触发，相应的合同条款将被自动执行。在此过程中，任何人或组织都不能修改或删除合同，也不能阻碍智能合同的自动执行。

智能合约是指部署在分布式分类帐中的一段代码。它可以处理信息、接收、存储和发送值。这是一个可以自动执行合同条款的计算机程序。本质上，智能合约的工作原理类似于计算机程序中的if-then判断语句。智能合约以这种方式与现实世界中的资产进行交互。

智能合约如图3-6所示。

智能合同具有自治性、自足性和分布性的特点。它由代码定义并独立执行。当双方达成合同协议时，合同的智能执行过程开始，合同的内容被数字化并写入区块链，以使合同的内容形式化。合同约定条件的发生将自动触发合同的执行。在区块链技术的帮助下，智能合同可能会在未来给人们的生活带来巨大的变化。智能合约可以自动化和信任人与人之间的价值交易过程。通过智能合约实现价值交易，不仅省时省钱，还能提高交易效率。在区块链科技，智能合约被广泛应用于分布式交易所、金融衍生品、身份认证、医疗健康和科学发现。

本文来源：区块链将如何重新定义世界(第三章)