区块链详解：区块、节点与共识机制如何运作

区块与链

区块链 是一份记录列表，这些记录被分批归入称为 区块 的单元。每个区块包含一组交易、一个时间戳，以及一个称为 哈希 的特殊代码。

哈希就像数据的指纹。把任何信息输入哈希函数，都会得到一个固定长度的短代码。哪怕只改动输入中的一个字符，这个指纹也会完全改变。每个区块都包含前一个区块的哈希，正是这一点把各个区块连接成一条链。

这种连接正是其巧妙之处。如果有人篡改了一笔旧交易，那个区块的指纹就会改变，从而断开与下一个区块的连接，再下一个也一样，一直延续到最新的区块。篡改行为会立刻暴露。

节点：同一份记录的众多副本

区块链并不存储在某一个地方。它被复制到许多称为 节点 的计算机上，这些节点往往由不同国家的独立个人和机构运行。每个节点都保存一份自己的记录副本，并根据网络规则检查新的交易和区块。

由于副本数量众多，不存在可以被关闭或悄悄篡改的单一服务器。如果某个节点掉线或试图作弊，其他节点会直接忽略它。在比特币和以太坊等公有区块链上，任何拥有合适硬件的人通常都可以运行节点。

共识：网络如何达成一致

由于有成千上万台计算机参与，网络需要一种公平的方式来决定下一个区块是哪个，以及哪个版本的记录才是真正的记录。这个过程称为 共识。最常见的两种方法是：

• 工作量证明。 矿工利用算力竞相解开一道谜题，胜出者添加下一个区块并获得奖励。比特币采用这种方法。它经过了长期考验，但耗电量很大。
• 权益证明。 验证者锁定一部分该网络的币作为押金。协议会挑选验证者来提议和确认区块，不诚实的行为可能使他们损失部分押金。以太坊自2022年起采用这种方法。它的能耗要低得多，不过批评者认为，这种方法可能对已经持有大量币的人更有利。

两种方法追求的结果相同：让作弊代价高昂，并奖励遵守规则的参与者。

为什么历史难以更改

要在大型工作量证明链上改写一笔过去的交易，攻击者需要重做该区块及其之后所有区块的工作，而且速度要比所有诚实矿工加起来还快。实际上，这意味着要控制网络的大部分算力，在大型网络上，其成本将极其高昂。这种情形被称为 51%攻击。

在权益证明链上，攻击者需要控制全部质押币中的很大一部分，而规则允许没收不诚实验证者的部分押金。在这两种系统中，一笔交易越久远，就越难被撤销。这就是人们常说要等待确认的原因。

矿工或验证者较少的小型区块链更容易成为攻击目标，已有好几条小型链遭受过此类成功攻击。规模和去中心化程度很重要。

局限与取舍

• 速度与成本。 每个节点都要检查每一笔交易，这使公有区块链在单笔交易上通常比普通支付数据库更慢，费用也往往更高。
• 不可能三角。 设计者常说要在安全性、去中心化和可扩展性之间取得平衡。提升其中一项，通常意味着要牺牲另一项的一部分。
• 垃圾进，垃圾出。 区块链可以证明一条记录没有被更改，但无法证明这条记录在录入时就是真实的。
• 错误无法更正。 防止篡改的同一特性也阻止了更正。转到错误地址的付款通常无法挽回。
• 并非事事都需要区块链。 对很多业务来说，由一家可信公司运行的普通数据库更简单、更便宜。

当某个项目声称需要区块链时，不妨问一个有用的问题：如果不用区块链，我们原本需要信任谁？为了去掉这层信任，付出额外的成本和复杂性是否值得？