从0开始学区块链-第一章：区块链与以太坊概述

1.1 区块链简介

区块链（Blockchain）是一种创新的分布式账本技术（DLT），它的核心理念是通过去中心化的方式记录、存储和验证数据，以确保信息的安全性和可信度。区块链的概念最早由中本聪（Satoshi Nakamoto）于2008年在比特币（Bitcoin）白皮书中提出，并在2009年正式应用于比特币网络。

1.1.1 区块链的基本结构

区块链由一系列按时间顺序排列的数据块（区块）组成，每个区块包含一组交易记录，并通过加密哈希算法与前一个区块相连，形成一条不可篡改的链条。这种机制保证了数据的连续性和完整性，使得篡改任何一个区块的数据都需要修改整条链，从而提供了极高的安全性。

区块结构示意图

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| 区块头（Header） |    | 区块头（Header） |
| - 前一区块哈希   |    | - 前一区块哈希   |
| - 交易Merkle根  | -->| - 交易Merkle根  |
| - 时间戳        |    | - 时间戳        |
| - 随机数        |    | - 随机数        |
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| 交易列表        |    | 交易列表         |
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1.1.2 区块链的工作原理

区块链的运行基于分布式共识机制，即所有参与网络的节点必须就交易的有效性达成共识。目前常见的共识机制包括：

• 工作量证明（PoW）：矿工通过计算复杂的数学难题来验证交易，确保网络的安全性，如比特币采用的PoW机制。
• 权益证明（PoS）：验证者根据所持有的代币数量和持有时间来竞争区块生成权，以提高能源效率并减少资源浪费，如以太坊2.0采用的PoS机制。
• 委托权益证明（DPoS）：网络中的代币持有者投票选出少数代表节点进行验证，提高交易吞吐量，如EOS采用的DPoS机制。

不同共识机制的比较

1.1.3 区块链的关键特点

• 去中心化：数据由分布式网络中的多个节点共同维护，无需中央机构管理，避免了单点故障。
• 不可篡改性：由于每个区块都通过哈希与前一个区块连接，任何试图篡改数据的行为都需要重新计算整个链上的哈希值，几乎不可能成功。
• 透明性和可追溯性：所有交易记录都存储在公共账本中，任何人都可以查阅，提高了数据的可信度。
• 安全性：利用密码学技术确保交易的完整性和匿名性，防止未经授权的修改。

1.1.4 区块链的应用场景

区块链技术的应用范围不断拓展，从最初的数字货币领域发展到金融、供应链管理、医疗、身份认证等多个行业。

区块链的去中心化和透明的特性，使得它在保障数据安全、降低成本和提高效率方面具有极大的潜力。