区块链是在计算机网络的节点之间共享的分布式数据库或分类帐。作为数据库，区块链以数字格式以电子方式存储信息。区块链以其在比特币等加密货币系统中的关键作用而闻名，用于维护安全和分散的交易记录。区块链的创新之处在于它保证了数据记录的保真性和安全性，并在不需要受信任的第三方的情况下产生信任。
典型数据库和区块链之间的一个关键区别是数据的结构方式。区块链以组的形式收集信息，称为块，其中包含信息集。块具有一定的存储容量，在填充时会关闭并链接到先前填充的块，形成称为区块链的数据链。新添加的块之后的所有新信息都被编译成一个新形成的块，一旦填充，该块也将被添加到链中。
数据库通常将其数据构造成表，而区块链，顾名思义，将其数据构造成串在一起的块（块）。当以分散的性质实施时，这种数据结构固有地形成了不可逆转的数据时间线。当一个块被填满时，它就被固定下来并成为这个时间线的一部分。链中的每个块在添加到链中时都会被赋予一个确切的时间戳。
- 区块链是一种共享数据库，它在存储信息的方式上不同于典型的数据库；区块链将数据存储在块中，然后通过密码学链接在一起。
- 随着新数据的进入，它被输入到一个新的块中。一旦块被数据填充，它就会被链接到前一个块上，这使得数据按时间顺序链接在一起。
- 不同类型的信息可以存储在区块链上，但迄今为止最常见的用途是作为交易账本。
- 在比特币的案例中，区块链以去中心化的方式使用，因此没有一个人或团体拥有控制权——相反，所有用户共同保留控制权。
- 去中心化的区块链是不可变的，这意味着输入的数据是不可逆的。对于比特币，这意味着交易被永久记录并可供任何人查看。
区块链的目标是允许记录和分发数字信息，但不能编辑。通过这种方式，区块链是不可变账本或无法更改、删除或销毁的交易记录的基础。这就是为什么区块链也被称为分布式账本技术（DLT）的原因。
区块链概念于 1991 年首次作为研究项目提出，早于 2009 年其首次广泛应用：比特币。此后几年，通过创建各种加密货币、去中心化金融 (DeFi) 应用程序，区块链的使用呈爆炸式增长，不可替代代币(NFT) 和智能合约。
想象一下，一家公司拥有一个服务器场，其中有 10,000 台计算机，用于维护一个包含所有客户帐户信息的数据库。这家公司拥有一个仓库大楼，其中包含所有这些计算机在一个屋檐下，并且可以完全控制每台计算机以及其中包含的所有信息。然而，这提供了单点故障。如果那个地方的电停了怎么办？如果它的互联网连接被切断怎么办？如果一个有趣的员工一键删除所有内容怎么办？在任何情况下，数据都会丢失或损坏。
区块链的作用是允许该数据库中保存的数据分布在不同位置的多个网络节点之间。这不仅创建了冗余，而且还保持了存储在其中的数据的保真度——如果有人试图在数据库的一个实例中更改记录，其他节点将不会被更改，因此可以防止不良行为者这样做。如果一个用户篡改了比特币的交易记录，所有其他节点将相互交叉引用，并且很容易用不正确的信息确定节点。该系统有助于建立准确和透明的事件顺序。这样，网络中的任何单个节点都无法更改其中保存的信息。
因此，信息和历史（例如加密货币的交易）是不可逆的。这样的记录可以是交易列表（例如使用加密货币），但区块链也可以保存各种其他信息，例如法律合同、州标识或公司的产品库存。
为了验证区块的新条目或记录，去中心化网络的大多数计算能力都需要同意它。为防止不良行为者验证不良交易或双重支出，区块链由工作证明(PoW) 或权益证明(PoS)等共识机制保护。即使没有单个节点负责，这些机制也允许达成一致。
由于比特币区块链的去中心化性质，所有交易都可以通过拥有个人节点或使用允许任何人实时查看交易的区块链浏览器来透明地查看。每个节点都有自己的链副本，随着新块的确认和添加而更新。这意味着，如果您愿意，您可以随时随地追踪比特币。
例如，交易所过去曾被黑客入侵，那些将比特币留在交易所的人失去了一切。虽然黑客可能完全匿名，但他们提取的比特币很容易追踪。如果在其中一些黑客中被盗的比特币被转移或花费在某个地方，那将是众所周知的。
当然，存储在比特币区块链（以及大多数其他区块链）中的记录是加密的。这意味着只有记录的所有者才能解密它以揭示他们的身份（使用公钥-私钥对）。因此，区块链用户可以在保持透明度的同时保持匿名。
区块链技术以多种方式实现去中心化的安全和信任。首先，新块总是按时间顺序线性存储。也就是说，它们总是被添加到区块链的“末端”。在将一个区块添加到区块链末尾之后，除非大多数网络已达成共识，否则很难返回并更改该区块的内容。这是因为每个块都包含自己的hash，以及之前块的
hash 以及前面提到的时间戳。哈希码由数学函数创建，该函数将数字信息转换为一串数字和字母。如果以任何方式编辑该信息，则哈希码也会更改。
假设在区块链网络上运行节点的黑客想要更改区块链并从其他人那里窃取加密货币。如果他们要更改自己的单个副本，它将不再与其他所有人的副本保持一致。当其他人相互交叉引用他们的副本时，他们会看到这个副本脱颖而出，并且该黑客的链条版本将被视为非法而被丢弃。
要成功进行此类黑客攻击，需要黑客同时控制和更改 51% 或更多的区块链副本，以便他们的新副本成为多数副本，从而成为商定的链。这种攻击还需要大量的金钱和资源，因为他们需要重做所有的块，因为它们现在有不同的时间戳和哈希码。
由于许多加密货币网络的规模及其增长速度，实现这一壮举的成本可能是不可逾越的。这不仅非常昂贵，而且可能毫无结果。这样做不会被忽视，因为网络成员会看到区块链发生如此剧烈的变化。然后，网络成员将硬分叉到没有受到影响的新版本的链。这将导致受攻击版本的代币价值暴跌，使攻击最终毫无意义，因为坏人控制了无价值的资产。如果坏人要攻击比特币的新分叉，也会发生同样的情况。它是这样构建的，因此参与网络比攻击它更能获得经济激励。
区块链技术由 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 于 1991 年首次提出，这两位研究人员希望实现一个文档时间戳无法被篡改的系统。但直到近 20 年后，随着 2009 年 1 月比特币的推出，区块链才有了它的第一个实际应用。
比特币协议建立在区块链之上。在介绍数字货币的研究论文中，比特币的创造者中本聪（化名）将其称为 “一种完全点对点的新型电子现金系统” ，没有受信任的第三方。”
这里要理解的关键是，比特币仅使用区块链作为透明记录支付账本的一种手段，但理论上，区块链可以用于不可变地记录任意数量的数据点。如上所述，这可以是交易、选举投票、产品库存、国家身份证明、房屋契约等形式。
目前，数以万计的项目正在寻求以各种方式实施区块链来帮助社会，而不仅仅是记录交易。
区块链被认为是对金融业的颠覆性力量，尤其是在支付和银行业务方面。然而，银行和去中心化的区块链有很大的不同。
要了解银行与区块链有何不同，让我们将银行系统与比特币的区块链实现进行比较。
正如我们现在所知，比特币区块链上的区块存储有关货币交易的数据。今天，有超过 10,000 个其他加密货币系统在区块链上运行。但事实证明，区块链实际上也是一种存储其他类型交易数据的可靠方式。
一些已经采用区块链的公司包括沃尔玛、辉瑞、AIG、西门子、联合利华和许多其他公司。例如，IBM 已经创建了 Food Trust 区块链来追踪食品到达其位置的旅程。
为什么要这样做？食品行业已经看到了无数大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特菌的爆发，以及意外引入食品的有害物质。过去，需要数周时间才能从人们的饮食中找到这些爆发的源头或疾病的原因。使用区块链使品牌能够跟踪食品从其原产地到其制造的每一站，最后是其交付的路线。如果发现一种食物被污染，那么它可以通过每个站点一直追溯到其来源。不仅如此，这些公司现在还可以看到它可能接触到的所有其他东西，从而可以更快地发现问题并可能挽救生命。这是实践中区块链的一个例子，但还有许多其他形式的区块链实施。
也许没有哪个行业比银行业更能从将区块链整合到其业务运营中受益。金融机构只在营业时间内营业，通常是一周工作五天。这意味着如果您尝试在周五下午 6 点存入支票，您可能必须等到周一早上才能看到这笔钱进入您的账户。即使您确实在营业时间进行存款，由于银行需要结算的交易量庞大，交易仍可能需要一到三天的时间来验证。另一方面，区块链从不休息。
通过将区块链集成到银行中，消费者可以在短短 10 分钟内看到他们的交易得到处理——基本上就是将区块添加到区块链所需的时间，无论假期或一天或一周的时间。借助区块链，银行也有机会在机构之间更快速、更安全地进行资金交换。例如，在股票交易业务中，结算和清算过程最多可能需要三天（如果是国际交易，则可能需要更长的时间），这意味着资金和股票在这段时间内被冻结。
鉴于所涉及金额的规模，即使是在运输过程中的几天，也可能给银行带来巨大的成本和风险。
区块链构成了比特币等加密货币的基石。美元由美联储控制。在这个中央权威系统下，用户的数据和货币在技术上是由他们的银行或政府一时兴起的。如果用户的银行被黑客入侵，客户的私人信息就会面临风险。如果客户的银行倒闭或客户生活在政府不稳定的国家，他们的货币价值可能会面临风险。2008 年，几家倒闭的银行被救助——部分使用纳税人的钱。这些是比特币最初构思和开发的担忧。
通过在计算机网络上传播其操作，区块链允许比特币和其他加密货币在不需要中央机构的情况下运行。这不仅降低了风险，还消除了许多处理和交易费用。它还可以为货币或金融基础设施不稳定的国家/地区的人们提供更稳定的货币，具有更多的应用程序和更广泛的个人和机构网络，他们可以在国内和国际上开展业务。
对于那些没有国家身份的人来说， 将加密货币钱包用于储蓄账户或作为支付手段尤其重要。一些国家可能饱受战争蹂躏，或者政府缺乏任何真正的基础设施来提供身份证明。这些国家的公民可能无法使用储蓄或经纪账户，因此无法安全地储存财富。
医疗保健提供者可以利用区块链安全地存储患者的医疗记录。当医疗记录生成并签名后，可以将其写入区块链，从而为患者提供记录无法更改的证据和信心。这些个人健康记录可以用私钥编码并存储在区块链上，这样它们就只能被某些个人访问，从而确保隐私。
如果您曾经在当地的记录员办公室待过，您就会知道记录产权的过程既繁琐又低效。今天，必须将实物契约交付给当地记录办公室的政府雇员，然后手动将其输入县的中央数据库和公共索引。在发生财产纠纷的情况下，对财产的索赔必须与公共索引进行核对。
此过程不仅成本高昂且耗时，而且还容易出现人为错误，其中每个错误都会降低跟踪财产所有权的效率。区块链有可能消除在本地记录办公室扫描文档和追踪物理文件的需要。如果财产所有权在区块链上存储和验证，业主可以相信他们的行为是准确且永久记录的。
在饱受战争蹂躏的国家或地区，几乎没有政府或金融基础设施，当然也没有记录员办公室，几乎不可能证明财产的所有权。如果居住在这样一个地区的一群人能够利用区块链，那么就可以建立透明和明确的财产所有权时间线。
智能合约是一种计算机代码，可以内置到区块链中，以促进、验证或协商合同协议。智能合约在用户同意的一组条件下运行。当满足这些条件时，协议条款将自动执行。
例如，假设潜在租户想使用智能合约租赁公寓。房东同意在房客支付押金后立即向房客提供公寓的门禁密码。租户和房东都将各自的交易部分发送到智能合约，智能合约将在租约开始之日保留并自动交换门禁密码以换取保证金。如果房东在租赁日期之前没有提供门禁密码，那么智能合约将退还押金。这将消除通常与使用公证人、第三方调解员或律师相关的费用和流程。
与 IBM Food Trust 示例一样，供应商可以使用区块链来记录他们购买的材料的来源。这将使公司不仅可以验证其产品的真实性，还可以验证“有机”、“本地”和“公平贸易”等常见标签的真实性。
正如福布斯报道的那样，食品行业越来越多地采用区块链来跟踪整个农场到用户旅程的食品路径和安全性。
尽管区块链很复杂，但它作为一种去中心化的记录保存形式的潜力几乎是无限的。从更大的用户隐私和更高的安全性到更低的处理费用和更少的错误，区块链技术很可能会看到上述应用之外的应用。但也有一些缺点。
优点
- 通过消除人工参与验证来提高准确性
- 通过消除第三方验证降低成本
- 去中心化使篡改变得更加困难
- 交易安全、私密、高效
- 透明技术
缺点
- 与开采比特币相关的巨大技术成本
- 每秒交易量低
- 用于非法活动的历史
- 监管因司法管辖区而异，仍不确定
- 数据存储限制
区块链网络上的交易由数千台计算机组成的网络批准。这消除了验证过程中几乎所有的人为参与，从而减少了人为错误和准确的信息记录。即使网络上的计算机出现计算错误，错误也只会出现在区块链的一个副本上。要使该错误传播到区块链的其余部分，至少需要
51% 的网络计算机来制造该错误——对于像比特币这样规模庞大且不断增长的网络来说，这几乎是不可能的。
通常情况下，消费者向银行支付费用以验证交易，向公证人支付费用以签署文件，或向部长支付费用以执行婚姻。区块链消除了对第三方验证的需求——以及随之而来的相关成本。例如，企业主在接受信用卡付款时会产生少量费用，因为银行和支付处理公司必须处理这些交易。另一方面，比特币没有中央权威，交易费用有限。
区块链不会将其任何信息存储在中心位置。相反，区块链被复制并分布在计算机网络中。每当向区块链添加新区块时，网络上的每台计算机都会更新其区块链以反映更改。通过在网络上传播这些信息，而不是将其存储在一个中央数据库中，区块链变得更难篡改。如果区块链的副本落入不法技术人员手中，那么只有一个信息副本，而不是整个网络受到损害。
通过中央机构进行的交易最多可能需要几天才能结算。例如，如果您尝试在周五晚上存入支票，您可能要到周一早上才能真正看到账户中的资金。金融机构在营业时间内运营，通常是一周工作五天，而区块链则一天
24 小时、一周 7 天、一年 365 天工作。交易可以在短短 10
分钟内完成，几个小时后就可以被认为是安全的。这对于跨境贸易特别有用，由于时区问题以及各方必须确认付款处理的事实，跨境贸易通常需要更长的时间。
许多区块链网络作为公共数据库运行，这意味着任何有互联网连接的人都可以查看网络交易历史列表。尽管用户可以访问有关交易的详细信息，但他们无法访问有关进行这些交易的用户的识别信息。人们普遍误解比特币等区块链网络是匿名的，而实际上它们只是保密的。
当用户进行公开交易时，他们的唯一代码——如前所述，被称为公钥——被记录在区块链上。他们的个人信息不是。如果一个人在需要身份验证的交易所购买了比特币，那么这个人的身份仍然与他们的区块链地址相关联——但即使与一个人的姓名相关联，一笔交易也不会泄露任何个人信息。
一旦交易被记录，其真实性必须由区块链网络验证。区块链上的数千台计算机争相确认购买细节是否正确。计算机验证交易后，将其添加到区块链块中。区块链上的每个区块都包含自己唯一的哈希，以及之前区块的唯一哈希。当以任何方式编辑一个块上的信息时，该块的哈希码会发生变化——但是，它之后的块上的哈希码不会改变。这种差异使得区块链上的信息很难在没有通知的情况下更改。
大多数区块链都是完全开源的软件。这意味着任何人和每个人都可以查看其代码。这使审计人员能够审查比特币等加密货币的安全性。这也意味着对于谁控制比特币的代码或如何编辑它没有真正的权威。因此，任何人都可以建议对系统进行更改或升级。如果大多数网络用户同意升级后的新版本代码是合理且值得的，那么比特币就可以更新了。
也许区块链和比特币最深刻的方面是任何人，无论种族、性别或文化背景，都可以使用它。据世界银行称，估计有 17 亿成年人没有银行账户或任何储存金钱或财富的手段。几乎所有这些人都生活在发展中国家，那里的经济处于起步阶段，完全依赖现金。
这些人经常赚一点钱，用实物现金支付。然后，他们需要将这些实物现金存放在家中或其他居住地的隐藏位置，从而使他们遭受抢劫或不必要的暴力。比特币钱包的钥匙可以存储在一张纸、一部便宜的手机上，必要时甚至可以记忆。对于大多数人来说，这些选项可能比床垫下的一小堆现金更容易隐藏。
未来的区块链也在寻找解决方案，不仅可以作为财富存储的记账单位，还可以存储医疗记录、产权和各种其他法律合同。
尽管区块链可以为用户节省交易费用。例如，比特币网络用来验证交易的 PoW 系统会消耗大量的计算能力。在现实世界中，比特币网络上数百万台计算机的电量接近挪威和乌克兰每年的消耗量。
尽管开采比特币的成本很高，但用户继续提高电费以验证区块链上的交易。那是因为当矿工在比特币区块链中添加一个区块时，他们会得到足够的比特币来奖励他们的时间和精力。然而，当涉及到不使用加密货币的区块链时，矿工将需要获得报酬或以其他方式激励来验证交易。
这些问题的一些解决方案开始出现。例如，已经建立了比特币矿场来使用太阳能、水力压裂现场的多余天然气或风电场的电力。
比特币是区块链可能效率低下的完美案例研究。比特币的 PoW 系统大约需要 10 分钟才能将新区块添加到区块链中。按照这个速度，据估计区块链网络每秒只能管理大约七笔交易 (TPS)。尽管以太坊等其他加密货币的表现优于比特币，但它们仍然受到区块链的限制。就上下文而言，传统品牌 Visa 可以处理 65,000 TPS。
这个问题的解决方案已经开发了多年。目前有超过 30,000 TPS 的区块链。
另一个问题是每个块只能容纳这么多的数据。区块大小的争论一直是并将继续是未来区块链可扩展性最紧迫的问题之一。
加密货币领域的许多人对政府对加密货币的监管表示担忧。虽然随着比特币去中心化网络的发展，终结比特币之类的东西变得越来越困难，而且几乎不可能，但理论上政府可以将拥有加密货币或参与其网络定为非法。
随着时间的推移，这种担忧变得越来越小，因为像 PayPal 这样的大公司开始允许在其平台上拥有和使用加密货币。
简而言之，区块链是一个共享数据库或分类帐。数据片段存储在称为块的数据结构中，网络的每个节点都有整个数据库的精确副本。确保了安全性，因为如果有人试图编辑或删除分类帐副本中的条目，大多数人将不会反映此更改并且将被拒绝。
实时区块链的数量每天都在以越来越快的速度增长。截至 2022 年，基于区块链的活跃加密货币超过 10,000 种，还有数百种非加密货币区块链。
公共区块链，也称为开放或无许可区块链，是任何人都可以自由加入网络并建立节点的区块链。由于它们的开放性，这些区块链必须使用密码学和工作量证明 (PoW) 等共识系统来保护。
另一方面，私有或许可的区块链要求每个节点在加入之前都经过批准。因为节点被认为是可信的，所以安全层不需要那么健壮。
区块链平台允许用户和开发人员在现有区块链基础设施之上创建新用途。一个例子是以太坊，它有一种被称为以太(ETH) 的原生加密货币。但以太坊区块链还允许创建智能合约和可编程代币，用于初始代币发行(ICO) 和不可替代代币 (NFT)。这些都是围绕以太坊基础设施建立的，并由以太坊网络上的节点保护。
区块链技术于 1991 年由两位数学家 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 首次提出，他们希望实现一个文档时间戳无法被篡改的系统。
在 1990 年代后期，Cypherpunk Nick Szabo提议使用区块链来保护称为比特黄金的数字支付系统（从未实施）。
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