【幣圈】區塊鏈(Block Chain)原理

■區塊鏈技術發明者：中本聰（Satoshi Nakamoto）

區塊鏈起源於2008年的一篇網路論文「比特幣：點對點的電子交易系統」，作者中本聰（Satoshi Nakamoto），至今沒人知道他到底是何方神聖，這篇論文概述了一個去中心化的交易系統，並透過加密技術實現這樣的系統。

■什麼是區塊鏈技術？

技術特徵

區塊鏈技術是密碼學、共識算法、P2P通信、智能合約等多種技術的集成創新，打造了一種全新的分布式基礎架構與計算範式。根據節點管理模式的不同，區塊鏈可分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈三種類型，其中聯盟鏈是企業級應用的主要形式。

區塊鏈是什麼？

區塊鏈是一種「分散式的數據庫系統，任何人都能在區塊鏈網路中查看透明的資訊，同時又無法輕易竄改資訊內容」。區塊鏈就像是一個由數據塊（Block）組成的鏈條（Chain），這些數據塊按照時間順序相互連接，每個數據塊都包含了先前數據塊的加密摘要，如果想要接續整條數據鏈，就必須計算出前一個數據塊的加摘要，這樣的結構使得區塊鏈在數據的安全性方面具有獨特的優勢。除此之外，區塊鏈共具有以下6點特性：

1.   去中心化（Decentralization of Blockchain）

2.   不可竄改性（Immutability of Blockchain）

3.   可追朔性（Traceability of Blockchain）

4.   透明性（Transparency of Blockchain）

5.   匿名與隱私性（Privacy of Blockchain）

6.   密碼學加密（Encryption of Blockchain）

區塊鏈技術被廣泛應用於加密貨幣領域，由多個分散、不同的節點進行運作，這些節點共同維護著區塊鏈網路的運行，因此在概念上可以將其視為由「共識機制」打造出的「分散式帳本技術」。簡單說，區塊鏈的原理就是利用多個分散的設備（節點），將大量的交易資料儲存於每個區塊，區塊間利用密碼學加密，再進行鏈接，使資料不易被竄改，又保持可追朔性及透明性。而由大量分散的節點進行運作又可以取代掉中心管理、控制的機制，做到去中心化（無中心機制）。

■區塊(block)=節點(node) : 是打包交易資料的結構

節點（node）是提供、 維護「共同總帳」的單位 ，不同的節點之間以網狀的方式相互連結，成為獨立自主的電腦網路，這個概念我們也可以稱之為「去中心化」。

每個區塊鏈都運行在一個共識機制上，共識機制是網路中所有節點的協議

●區塊的結構

區塊的結構主要為4個部分: 

1.上一個區塊的哈希值（Hash）:哈希是一種密碼學的加密方式，上一個區塊的哈希值是上一個區塊的資料濃縮，確保上一個區塊的資料不會被竄改。

2.時間戳記（當前時間）：紀錄區塊被確認的時間（被礦工挖到/完成交易的時間）

3.數筆交易資料：區塊鏈的主要功能就是紀錄交易的帳本。

4.Node：礦工挖礦的機制產生的隨機數，確保資料的不可篡改性。

鏈是許多區塊(block)單線連成的一串鏈。

https://www.jsjkx.com/CN/article/openArticlePDF.jsp?id=19426

●區塊鏈的運作 : 比特幣的轉帳流程

 比特幣帳本就是一個區塊,用比特幣轉帳為例,說明區塊鏈之運作如下:

1.   一個使用者欲發起一筆交易。

2.   透過 錢包 （管理私鑰的工具）輸入交易資訊 :

To, Amount, 手續費, OP_Return …。

3.   以 私鑰 簽署交易。

4.   廣播 「加上簽名的交易封包」 至鄰近的比特幣節點們。

5.   節點接收到新交易時，會先至 UTXO Pool  檢查交易發起地址是否能動用足額 UTXO ，若無則該交易會即刻被丟棄。

＊註：圖中以一個 Balance 值來做標註，但其實這個 Balance 可能是多個 UTXO 的集合，Steve 的 18 可能其實是 0.25+10.75+2+5 四個  錢堆 。

6.   若檢查後確認有足額，則該交易會被放入到  Tx Pool  中。

（按造 手續費給的多寡 由高至低排序）

7.   等待出塊的同時，各節點會 A. 廣播接收到的交易 B. 接收未在 Tx Pool 內的交易

8.   礦工節點們（有在用電腦算力找 nonce 值，拼出塊獎勵的節點）會 撈取手續費較高的交易們來運算並打包成新區塊 ， 用電腦算力計算 nounce 值。

9.   成功找到找到 nonce 值，出塊的礦工會獲得 出塊獎勵 及該區塊所有打包交易給的 手續費 。

10.     該礦工節點將新的區塊廣播至全世界的其他節點們。

11.     其他節點 同步  <595266 區塊高度（最新的區塊）>….資料，繼續廣播與接收新交易 。

12.     礦工節點再從 Tx Pool 中撈取未出塊的交易們（生成 Merkle Root ）運算並打包成新的區塊。

以上，便是區塊鏈運作的方式。

 ●區塊的電腦程式格式

其中包括：

1. 表頭（header）

→“previousblockhash”：前一個區塊的雜湊值（hash value）。

→“difficulty”：雜湊（hash）必須小於「困難指數（difficulty）」。

→“time”：代表這個區塊形成的時間，以 unix 作業系統格式表示。

→“nonce”：計算雜湊值所使用的參數。

→“merkleroot”：儲存「交易（transaction）」的「摘要（summary）」。

2. 交易

→“tx”：儲存「交易」的欄位，每一個區塊可以儲存多筆交易。

3. 其他欄位

→“confirmations”：代表這個區塊已被 35561 個節點確認過了！

→“height”：代表這個區塊在比特幣區塊鏈中的排序為第 277316 個。

4. “hash”：利用雜湊演算法（hash algorithm）計算出雜湊值。

●區塊鏈的三種鏈型

鏈 : 指區塊(即是節點)與區塊間資料傳輸的通道,如同公路,航道。

鏈有三總類型 : 公有鏈(公鏈) 聯盟鏈 私有鏈

■不同產業如何使用區塊鏈？

區塊鍊是一種新興技術，並且正以創新的方式為各產業所採用。我們在以下小節中描述了不同產業的一些使用案例：

●能源

能源公司使用區塊鏈技術來建立對等能源交易平台並簡化對可再生能源的存取。例如，考慮以下用途：

1.以區塊鏈為基礎的能源公司為個人之間的電力銷售建立了一個交易平台。擁有太陽能板的屋主會利用這個平台來將多餘的太陽能銷售給鄰居。該流程自動化程度很高：智慧型電錶建立交易，而區塊鏈進行記錄。

2.透過以區塊鏈為基礎的眾籌計畫，使用者可以在缺少能源的社群中讚助和擁有太陽能板。一旦太陽能板建成，贊助商也可能會收到這些社群的租金。

●金融

銀行和證券交易所等傳統金融系統使用區塊鏈服務來管理線上付款、帳戶和市場交易。例如，在整個亞洲提供金融交易服務的投資控股公司 Singapore Exchange Limited 利用區塊鏈技術建置了更高效的銀行間付款帳戶。透過採用區塊鏈，他們解決了幾個挑戰，包括數千筆金融交易的批次處理和手動對帳。

●媒體與娛樂

媒體和娛樂產業的公司使用區塊鏈系統來管理著作權資料。

 Sony Music Entertainment Japan 使用區塊鏈服務來提高數位版權管理效率。他們已成功使用區塊鏈策略來提高生產力及降低著作權處理成本。

●零售

零售公司使用區塊鏈來追蹤供應商和買方之間的貨物移動。例如，Amazon 零售已為分散式總帳技術系統申請了專利，其中該系統將使用區塊鏈技術來驗證平台上銷售的所有貨物是否都真實可靠。Amazon 賣方允許製造商、外送員、經銷商、最終使用者和次要使用者等參與者在憑證授權單位註冊後向總帳新增事件，進而映射其全球供應鏈。 

■區塊鏈的演進

1.區塊鏈簡史

2.區塊鏈演進

■摘錄⎾ 快速搞懂區塊鏈˩區塊鏈原理

https://github.com/EtherTW/Taipei-Ethereum-Wiki/blob/master/slides/introduction_to_blockchain.pdf