被新闻刷屏了的区块链 它到底是个啥？

对于同一个密码学哈希函数来说，相同的输入必定会得到相同的输出，不同的输入必定会得到不同的输出。比特币区块链就是利用哈希函数为区块生成签名的，将区块中的数据作为输入，得到的输出就是区块的签名。我们再来看看只含有一笔交易（ Thomas 向 David 发送 100 BTC ）的区块 1 示意图。

假设区块 1 中的 数据串 如下所示：

Block 1 Thomas -100 David +100

将这个数据串输入哈希函数，得到的输出（签名）如下所示：

BAB5924FC47BBA57F4615230DDBC5675A81AB29E2E0FF85D0C0AD1C1ACA05BFF

这个签名会被添加进区块 2 的中。再假设现在 David 向 Jimi 转了 100 BTC ，这笔交易被打包进了区块 2 。那么如下图所示：

区块 2 的数据串如下所示：

Block 2 David -100 Jimi +100 BAB5924FC47BBA57F4615230DDBC5675A81AB29E2E0FF85D0C0AD1C1ACA05BFF

将这个数据串输入哈希函数，得到的输出（签名）如下所示：

25D8BE2650D7BC095D3712B14136608E096F060E32CEC7322D22E82EA526A3E5

这就是区块 2 的签名。每一个区块都会通过这个密码学哈希函数生成一个数字签名。哈希函数种类繁多，比特币区块链用的是 SHA-256 哈希算法。

但是，（仅有上述措施显然还不够）如果有人想篡改区块中的数据，TA 可以在篡改之后生成新的签名，塞下一个区块中，然后逐个逐个区块生成新的签名，这些改动后的区块还是形成了一条链，他人就没法分辨出数据已经被更改过了。如何防止这种情形呢？

答案是只有符合特定要求的哈希值（签名）才会被区块链接受。这就是第四阶中介绍的挖矿。

第四阶——什么是合格的签名？由谁来签署区块？

并非所有的签名都符合要求。区块链协议会预先确定一些要求，比如，在比特币区块链上，只有以连续的零开头的数字签名相对应的区块才能上链。例如，只有在数字签名以不少于 连续 10 个零 开头的情况下，对应的区块才能上链。

然而，由第三小节可知，每个数据串对应的哈希值都是 唯一 的。如果一个区块的签名（哈希值）开头少于 10 个零呢？为了获得符合条件的区块签名，需要反复改变输入的数据串，直到能生成以连续 10 个零开头的签名为止。但由于交易数据和元数据（区块编号、时间戳等等）需要保持原样（否则意义就改变了），每个区块里面还另外添加了一段特定长度的、可以改动的数据。想把区块添加到链上时，人们可以不断改变这段数据，直到找到一个合格的签名，然后确定下这段数据的具体值。这段数据就是区块的 nonce 。nonce 不是预先确定的数据，而是应实际需要而找出的一串完全随机的数字（注：图中所示的其他数据可以由任意字符组成，nonce 只能由数字组成）。

综上所述，区块包含：1）交易数据；2）上一个区块的签名；3）nonce 。这种通过反复更改 nonce、对区块数据进行哈希运算、寻找合格签名的过程就叫做 挖矿 ，也就是 矿工 所做的事。矿工投入大量电力，转化成算力，不断代入 nonce 进行哈希运算，直到找到合格的签名（输出）为止。矿工手中掌握的算力越多，哈希运算的速度就越快，抢先找到合格签名的可能性就越高。这是一种 反复试错 的过程，如下图所示：

-注：nonce 必须是数字（详情请阅读 r/BlockchainSchool 上的讲解）-

区块链网络上的任何用户都可以通过下载并启动 挖矿软件 来参与挖矿，实际上，这就是用他们的硬件计算能力来计算区块的 nonce 。以比特币区块链上的 Block #521，477 为例：

-源自区块链浏览器 blockchain.com -

可以看出，这个区块的哈希值（签名）和上一个区块的哈希值都是以相同数量的零开头的。找到这样一个哈希值并非易事，需要付出大量算力和时间，或者 运气爆棚 。没错，有时候运气爆棚的矿工在几分钟之内就能算出合格的签名，花的算力也很少。Block #523034 就是一个极其罕见的例子。一个算力很少的小矿工很快就找到了合格的签名，而其他矿工的算力加起来是他的 7 万亿倍。相比之下，赢得 Powerball 彩票头奖的概率是 2.92 亿分之一，而这位幸运儿挖到矿的概率是中头奖的 1/24000 。

不要小看这些零。这一小节的重点是，找到一个合格的签名很难。

第五阶——区块链的不可变性是如何是实现的？

（编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网）

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