大白话科普区块链原理【子豪兄区块链讲义】

柔光的暖阳◎ 2022-04-14 04:55 782阅读 0赞

> 用大白话和可视化展示区块链基本原理、共识机制、虚拟货币、挖矿原理、智能合约，区块的产生与溯源及应用场景，并教你如何上传信息到以太坊主链上，并发行自己的数字代币。用可视化网页制作区块链，演示区块链中的哈希加密、工作量证明、分布式存储基本原理。
> 
> 让初学者用十分钟时间了解改变世界的区块链技术，并理解为什么区块链能做到去中心化、公开透明、难以篡改、可溯源。
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> [本文配套B站视频：01大白话讲解区块链基本原理][B_01]
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> [本文配套B站视频：02可视化网页搭建区块链][B_02]
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> 知乎专栏：[人工智能小技巧][Link 1]，所有文章欢迎转载！
> 
> 作者：张子豪（同济大学在读研究生）
> 
> 2018-11-24发布

### 文章目录 ###

*  第一讲 区块链原理
 *  第二讲：可视化网页搭建区块链
 *  第三讲 大白话讲解比特币
 *  第四讲 大白话讲解以太坊
 *  补充内容：趣闻
 *  第一讲 区块链基本原理
 *  区块链ABC
 *   *  区块链的本质：分布式数据库
     *  区块数据结构
     *  区块链的特点
     *  区块链解决的问题
 *  区块链为什么能保证数据安全
 *  区块链的升级：智能合约
 *   *  传统的中心化第三方资金托管
     *  智能合约
     *  以太坊：支持智能合约的区块链系统
 *  区块链应用场景
 *  区块链浏览器
 *   *  比特币浏览器
     *  以太坊浏览器
 *  可视化区块链讲解
 *   *  哈希256加密算法
     *  单个区块内部的数据结构
     *  单条区块链的形成
     *  分布式区块链——工作量证明
     *  数字货币区块链
 *  数字货币2018：眼见他起高楼，眼见他楼塌了
 *   *  比特币价格涨跌过山车
 *  冷静、理性看待区块链技术
 *  参考文献与扩展阅读

![区块链工作原理][1240]

# 第一讲 区块链原理 #

[本文配套B站视频：01大白话讲解区块链基本原理][B_01]

本视频用大白话讲解了区块链基本原理：区块的数据结构、区块链的形成、分布式存储、工作量证明、智能合约、几个典型的应用场景。

区块链通过加密算法、共识机制、分布式运算实现了数据的去中心化、公开透明、难以篡改，解决了数据信任和共识问题。  
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[Youtube视频：区块链如何运作 - 简单解释][Youtube_ -]

![区块链][1240 1]

# 第二讲：可视化网页搭建区块链 #

[本文配套B站视频：02可视化网页搭建区块链][B_02]

哈希加密算法、区块内部数据结构、区块链的产生、分布式存储、工作量证明机制

![可视化区块链制作网页][1240 2]

# 第三讲 大白话讲解比特币 #

传奇人物中本聪、创世区块、挖矿原理、硬分叉与软分叉、矿机与矿池、矿霸与矿难、各国政治经济态度、应用场景

![比特币价格行情走势图][1240 3]

# 第四讲 大白话讲解以太坊 #

智能合约、发行自己的ERC20协议代币、在以太坊主链上发布信息、以太坊上一些著名的区块交易

![以太坊][1240 4]

# 补充内容：趣闻 #

公钥、私钥、钱包地址、非对称加密算法、椭圆曲线算法零知识证明、哈希二叉树数据结构、几次硬分叉与软分叉、几次著名的黑客攻击事件、各国矿场

# 第一讲 区块链基本原理 #

[Youtube视频：区块链如何运作 - 简单解释][Youtube_ - 1]

![区块链工作原理][1240]

# 区块链ABC #

## 区块链的本质：分布式数据库 ##

区块链本质是分布式数据库。区块链通过分布式计算、加密算法、共识机制解决了数据的**共识问题**和**防止篡改**的问题。是比特币、以太坊等去中心化数字货币的底层技术。

![区块链：区块串成的链][1240 5]

区块链就是把记载每一段时间信息的区块穿起来形成的一条链。并让每一个人拥有这条链。

区块链就是**按时间顺序**把记载有交易信息的\*\*“区块”账本**串起来形成的一条长**链**并让**所有人抄一份\*\*带回自己家的分布式数据库。这样一来，所有用户共同维护这个公开透明的大账本保证它不被篡改。通过公认的制度选举每段时间记账的人，这个人把新的交易信息记到新区块上并把它接到原来的区块链主链上，再广播向全世界。

以比特币为例，每十分钟产生一个新区块，这个新区块里包含了这十分钟之内世界上所有广播出来的比特币交易记录，每一个用户都收到了广播，但只能由挖矿成功的幸运儿用户有权力把这十分钟内的交易记录打包成新区块接在原来的主链上，作为对这位“账房先生”的奖励，比特币网络会奖励他一定数量的比特币，这也是比特币产生的唯一途径。

2012年之前，每场游戏可以产生50个奖励。之后每四年就会减半，也就是说，2017年的现在，每场游戏只会产生12.5个奖励了。而且，这游戏还有明确的结束时间，当比特币数量达到2100万枚的时候就会彻底结束。估摸下来，应该也就是2050年前后。

![分布式存储][1240 1]

## 区块数据结构 ##

![区块内部数据结构][1240 6]

![区块串联形成链][1240 7]

## 区块链的特点 ##

去中心化、分布式、公开透明、难以篡改、每条信息都可溯源、每个区块都向全世界广播。

1991年提出，防止文件错误和时间颠倒。

## 区块链解决的问题 ##

区块链通过分布式存储、加密算法、共识机制解决了数据的**共识问题**和**防止篡改**的问题。是比特币、以太坊等去中心化数字货币的底层技术。

![共识机制][1240 8]

# 区块链为什么能保证数据安全 #

1、加密算法：私钥、公钥、钱包地址生成的哈希加密算法与椭圆曲线加密算法。

2、共识机制：工作量证明机制（POW）、权益证明机制（POS）、分布式权益证明机制（DPOS）

3、广播机制与分布式存储：比特币每笔交易都会向全世界广播，由多个区块确认，并存储在每个用户节点上。

![共识产生之后无法篡改数据][1240 9]

# 区块链的升级：智能合约 #

![智能合约][1240 10]

## 传统的中心化第三方资金托管 ##

借贷、众筹等金融服务

众筹网站跑路

借钱跑路

第三方信用问题

律师、诉讼、时间成本

## 智能合约 ##

去中心化、分布式、自动交易

## 以太坊：支持智能合约的区块链系统 ##

![以太坊与Solidity智能合约][Solidity]

部署自己的智能合约代码

Solidity，类似JavaScript

代码越复杂，消耗的以太坊越多

发行ERC20协议的token代币

# 区块链应用场景 #

银行保险、跨境支付、物流溯源、知识产权、公益慈善、选举投票、医疗记录、税收

![区块链应用场景][1240 11]

![智能合约应用场景][1240 12]

# 区块链浏览器 #

## 比特币浏览器 ##

[BLOCKCHAIN区块浏览器][BLOCKCHAIN]

[查看比特币创世区块][Link 2]

![比特币创世区块][1240 13]

在这条交易记录的参数中，中本聪还意味深长地写下了当天《泰晤士报》头版的文章标题：The Times 03/Jan/2009 Chancellor onthe brink of second bailout for banks。“（2009 年 1 月 3 日，首相对处于崩溃边缘的银行进行第二次紧急救助”）。当时英国正深陷信贷坏账的沼泽，银行的系统性风险让央行和财政大臣们焦头烂额。比特币诞生的时间正处于全球金融危机的背景下，这场危机以 2008 年雷曼兄弟的倒闭为开端，而在同一年，中本聪发布了比特币的白皮书。

## 以太坊浏览器 ##

[以太坊浏览器etherscan.io][etherscan.io]

![以太坊浏览器etherscan.io][etherscan.io 1]

[查看钱包地址0xE32e969536dF68D2aC18d92a948029319157F648的所有交易记录][0xE32e969536dF68D2aC18d92a948029319157F648]

![查看指定以太坊钱包地址对应的交易信息][1240 14]

[查看0x360fddabe2442a7697b32dc76d72431770ca18519aa5f4bd7460ad9b67fe43bb这笔交易][0x360fddabe2442a7697b32dc76d72431770ca18519aa5f4bd7460ad9b67fe43bb]

![将"欢迎加入重庆大学区块链俱乐部"信息搭载到以太坊区块链主链][1240 15]

# 可视化区块链讲解 #

[Youtube视频：Blockchain入门 - 可视化演示][Youtube_Blockchain_ -]  
[可视化区块链制作网页][Link 3]

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## 哈希256加密算法 ##

![哈希加密算法：生成数据的"指纹"][strip]

哈希值相当于数据的指纹和摘要，常被用于验证数据是否被篡改。

无论是图像、视频、文本文件、字符串、数字，都可以通过哈希函数生成哈希值摘要。

对林黛玉进贾府的文本进行哈希加密，发现无论输入的数据多大，生成的哈希值都是相同长度的，并且对任何细微修改都极其敏感。

2018年的区块链世界，就像红楼梦的贾府一样，从鲜花卓锦烈火烹油到白茫茫大地一片真干净

## 单个区块内部的数据结构 ##

![区块内部数据结构][1240 6]

本区块的哈希值必须足够小，这个区块才有效，比如哈希值的前四位必须是0

通过简单粗暴遍历随机数来寻找足够小的哈希值

## 单条区块链的形成 ##

![无法篡改之前的区块数据][strip 1]

![单条区块链上的内容修改][1240 16]

## 分布式区块链——工作量证明 ##

![工作量证明][strip 2]

## 数字货币区块链 ##

![数字货币从哪里产生][1240 17]

![挖矿—猜数的游戏][strip 3]

数字货币不能凭空产生，也不能被同一个人花掉两次

# 数字货币2018：眼见他起高楼，眼见他楼塌了 #

> 眼见他起高楼，眼见他宴宾客，眼见他楼塌了。——清·孔尚任《桃花扇》

《桃花扇》中的这段唱词，可谓是道尽了区块链与数字货币在2018年的行情。2018年初比特币暴涨十倍，价格一度直逼两万美元，引发币圈、链圈、矿圈（这三个圈子被分别戏称为炒币梭哈的、写白皮书骗钱的、买显卡矿机挖矿的）狂欢，让区块链这一曾经的小众技术登上历史舞台的中央，被视作未来的基础设施，各大企业纷纷布局，区块链开发工程师待遇水涨船高。但2018年比特币价格一直下滑，到2018年11月底，比特币累计跌幅77%，有投资人十万元只剩两千，挖矿收益远远小于电费维护等成本，比特币矿机被当做废铁论斤出售。

## 比特币价格涨跌过山车 ##

*  2009年1月3日，中本聪创建了比特币第一个“创世区块”
 *  [比特币白皮书：Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System][Bitcoin_ A Peer-to-Peer Electronic Cash System]
 *  2010年，10000个比特币买一个披萨饼
 *  2018年初，一个比特币20000美元
 *  2018年底，一个比特币4500美元

虚拟货币的价值是由**共识**产生的。

去中心化，避免了印钞票造成的通货膨胀。跨境支付、黑市交易。

![比特币价格行情走势图][1240 3]

![显卡矿机被当做废铁按斤出售][1240 18]

# 冷静、理性看待区块链技术 #

> 推动供给侧结构性改革，加快人工智能、大数据、先进制造与实体经济深度结合，提高经济发展质量。——党的十九大报告
> 
> 《三问区块链》、《抓住区块链这个机遇》、《做数字经济领跑者》。——2018年2月26日《人民日报》整版篇幅刊登3篇评论文章，呼吁理性看待区块链技术，助力实体经济发展。

![2018年2月26日人民日报三篇区块链相关文章][2018_2_26]

# 参考文献与扩展阅读 #

> [Youtube视频：区块链如何运作 - 简单解释][Youtube_ -]
> 
> [Youtube视频：白话智能合约][Youtube]
> 
> [Youtube视频：Blockchain入门 - 可视化演示][Youtube_Blockchain_ -]
> 
> [本文配套B站视频：01大白话讲解区块链基本原理][B_01]
> 
> [本文配套B站视频：02可视化网页搭建区块链][B_02]
> 
> 知乎专栏：[人工智能小技巧][Link 1]
> 
> [BLOCKCHAIN区块浏览器][BLOCKCHAIN]
> 
> [以太坊浏览器etherscan.io][etherscan.io]
> 
> [可视化区块链制作网页][Link 3]
> 
> [中本聪：比特币白皮书—Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System][Bitcoin_ A Peer-to-Peer Electronic Cash System]
> 
> 2018年2月26日《人民日报》三篇文章：
> 
> 《三问区块链》
> 
> 《抓住区块链这个机遇》
> 
> 《做数字经济领跑者》
> 
> [还不知道区块链，你就out了][out]
> 
> **作者介绍：**
> 
> 张子豪，同济大学在读研究生。微信公众号、知乎专栏：**人工智能小技巧**。
> 
> 自媒体**人工智能小技巧**由同济大学在读研究生张子豪于2018年11月创立。包括微信公众号、知乎专栏、简书专栏、Bilibili视频专栏等。致力于用通俗易懂的大白话帮助零基础非计算机专业的初学者快速掌握人工智能、大数据可视化、区块链、Python趣味编程、树莓派智能硬件等前沿科技知识，并手把手指导新手迅速上手开发实战项目。
> 
> 微信公众号：**人工智能小技巧**
> 
> 知乎专栏：[**人工智能小技巧**][Link 1]
> 
> Bilibili视频：[同济子豪兄][Link 4]
> 
> Github代码仓库:[TommyZihao][]
> 
> 个人主页：[www.python666.org][]
> 
> [同济大学开源软件协会][Link 5]  
> [同济大学微软学生俱乐部][Link 6]  
> [西南人工智能爱好者联盟][Link 7]  
> 重庆大学人工智能协会  
> 重庆大学树莓派爱好者俱乐部

![子豪兄的树莓派系列教程][1240 19]

![树莓派接线][webp]

[B_01]: https://www.bilibili.com/video/av36545351
[B_02]: https://www.bilibili.com/video/av36545643
[Link 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/c_1032626015746502656
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[BLOCKCHAIN]: https://www.blockchain.com/explorer
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[Link 3]: https://anders.com/blockchain/block.html
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[Bitcoin_ A Peer-to-Peer Electronic Cash System]: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
[1240 18]: /images/20220414/a29afad499804d69bd87be75a0c4cc4b.png
[2018_2_26]: /images/20220414/42cce2c60a434f68b8f8d7a2a56dc05f.png
[Youtube]: https://www.youtube.com/watch?v=ZE2HxTmxfrI
[out]: https://cloud.tencent.com/developer/news/162941
[Link 4]: https://space.bilibili.com/1900783/#/
[TommyZihao]: https://github.com/TommyZihao
[www.python666.org]: http://www.python666.org
[Link 5]: https://mirrors.tongji.edu.cn/
[Link 6]: https://baike.baidu.com/item/%E5%90%8C%E6%B5%8E%E5%BE%AE%E8%BD%AF%E6%8A%80%E6%9C%AF%E4%BF%B1%E4%B9%90%E9%83%A8/2952664
[Link 7]: http://www.qingxzd.com/front/article/cms/545850
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