Web3小白解惑系列：区块链入门（第一弹）_blockchain web3

随着互联网的不断发展，我们的生活方式、工作方式以及社会结构都发生了巨大变化。然而，互联网在数据隐私保护、交易安全等方面仍存在诸多挑战。为了解决这些问题，区块链技术应运而生，成为了近年来备受关注的新型技术。

区块链技术以其去中心化、难以篡改、公开透明等特点，在金融、物流、医疗、教育等领域都有着广泛应用，越来越多的企业和机构开始探索区块链技术的应用。同时，区块链也成为了投资热点，许多人开始投资数字货币，参与区块链生态建设。 对于大多数人来说，区块链技术仍然是一个陌生而神秘的领域，许多人不知道区块链是什么、如何运作，更不知道如何参与其中。本文将面向Web3小白，简单介绍区块链的基本概念、特点、应用和投资等方面，旨在帮助读者了解区块链技术，并为他们进一步探索区块链世界提供参考。

01.

什么是区块链 Blockchain

区块链是一种数据库结构，由一个又一个“区块”组成，每个区块中储存了一定大小的数据，区块按照各自生成的时间顺序相连形成链状结构，这就组成了区块链。
与传统数据库相比，区块链一般具有以下核心特点： 去中心化、难以篡改、公开透明。
什么是去中心化？ 区块链为什么具有去中心化的特点？
去中心化是指如何将权力交给世界各地的人们来管理，而不是由一个人或一个实体进行集中管理。区块链系统由许多服务器共同维护，每个参与维护的服务器都储存了区块链中所有数据的副本，只要整个系统中还有一台服务器还在运作，区块链上的数据就不会丢失。这些服务器在区块链系统中被称为“节点”，它们为整个系统提供储存空间和运算支持。如果想要在区块链系统中记录一条新的数据，所有节点必须就这条数据达成一致——如果半数以上节点同意，所有节点共同进行记录。而区块链的节点通常由不同的实体运行，在区块链系统外没有联系。因此我们可以认为，区块链并非由单一个体或实体运行，而是由多方共同维护，这也是人们常说的区块链的核心特点：去中心化。
区块链中的数据为什么难以篡改？
在区块链系统中，相邻的两个区块通过加密算法连接在一起。具体而言，前一个区块中的数据将被加密成一个加密摘要，并记录在下一个区块中。每一个区块的生成都依赖于前一个区块记录的数据，以此形成一条链。因此某一数据一旦被记录到某一区块中，就会不断被加密以摘要的形式传递到后续的每一个区块中。如果想要篡改某历史区块中的数据，就会导致该区块之后所有区块的数据发生改变。但由于之后的区块都已被所有节点记录，因此需要所有节点共同修改，也就需要征得半数以上节点同意。而网络中的其他节点会认为篡改数据的行为是作恶行为，不会同意篡改。但如果网络中半数以上的节点都被想要篡改数据的作恶者控制，那么篡改数据行为就会发生。这也是区块链系统的脆弱之处，它建立在“群体中的大多数总是正直的”假设之上。因此，在区块链系统中，如果有人掌控了半数以上的节点的控制权，他就能篡改区块链中数据，从而让自己获利。这就是为什么区块链中的数据难以被篡改，但也存在被篡改的可能。
为什么说区块链公开透明？
区块链技术基础是开源的，区块链的数据对所有人开放，所有人都可以通过公开的接口查询区块链中的数据，并开发相关应用，因此整个区块链系统是公开透明的。

02.

什么是区块 Block

区块链是由一个个区块根据各自生成的时间顺序相互连接形成的链状存储结构，区块就是这个结构中的基本数据储存单元。 区块作为区块链结构中的基本结构单元，由包含区块本身身份信息的“区块头”以及包含数据库信息的“区块主体”构成。与传统数据库结构相比，区块主体就类似于数据库每一页的具体内容，而区块头则类似于用于定位数据所在位置的页码。

什么是区块头？什么是哈希函数？
区块头主要包含上一个区块所有数据的加密摘要、该区块的生成时间、以及该区块主体的加密摘要。 加密摘要是通过一种区块链领域常用的单向加密算法生成的，我们一般称之为“哈希算法”或“哈希函数”（Hash Function）。它的运作方式类似于对给定内容进行总结归纳并形成摘要。之所以称之为单向加密算法，是因为当我们知道上一个区块中包含的所有数据时，可以很轻易地生成摘要。但如果我们只获得了一份摘要，想要精确地推算出上一个区块的所有数据是非常困难的。我们将一段给定的数据通过哈希算法生成的值称为这段数据的“哈希值”（Hash Value）。 通过哈希算法的加密，后生成的区块始终需要依赖于上一个区块数据以生成区块头，区块链也因此实现了区块按照首尾相连的链状构造。同时，当一段数据被记录在某一区块后，从下一区块开始，将会不断与其他数据组合并加密为新的哈希值、记录在后续的区块中。区块链也通过这种方式提高了数据的篡改难度。
还记得我们在介绍区块链时说道“一个个区块根据各自生成的时间顺序相互连接”吗？这种说法其实并不准确，区块其实是通过哈希算法和区块头结构链接的。但由于时间上后产生的区块总是依赖于先产生区块的数据，因此间接形成了时间顺序排列。
什么是"父区块"？什么是"创世区块"？
在区块链领域中，我们一般将某一区块的上一个区块，也就是该区块的区块头中包含的、经过哈希算法加密的区块，称为“父区块”（Parent Block）。当某一区块链尚未产生第一个区块时，由于不存在父区块，因此后续的区块也无法生成。这时该区块链的创始团队一般会生成该区块链的第一个区块，这个区块不包含任何父区块的哈希值，我们称这个区块为“创世区块”（Genesis Block）。创世区块的生成一般代表该区块链正式开始运行，创世区块中的数据将被加密并记录在该区块链后续所有的区块中。 例如：2009 年 1 月 3 日，中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个服务器上生成了比特币网络的创世区块，标志着比特币网络的正式诞生。中本聪在这个区块上留下了一句话，“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks.”（泰晤士报当日的头条标题：财政大臣正处于银行业第二轮救助计划的边缘。）

03.

什么是共识机制 Consensus Mechanism

共识机制（也称共识协议/算法）是确保区块上所有节点彼此同步（达成一致）的“规则”。换句话说，它是一种可以让节点验证者就“可以将哪些交易添加到区块中”这一问题达成一致， 而无需相互信任的协议。 根据区块链不同的应用场景，共识机制有很多种，如 PoW、PoS、DPoS、PoA 等。虽然这些机制在能源使用、安全性和可扩展性方面存在差异，但它们都致力于确保节点上交易记录的可信、安全。

04.

什么是节点/验证者 Node/Validator

“验证者” （也被称为“验证节点”）负责验证链上交易。当一笔交易验证成功时，验证者会把这笔交易添加到分布式账本中。 一般来说，验证者会获得通证奖励作为对其“验证工作”的激励。相反，有不当行为的验证者将受到惩罚（通常是暂时性或永久被禁止进入系统）。 验证者的数量因区块链而异。此外，验证者的类型根据不同的共识机制而有所不同。在这里，我们只介绍两类最常见共识机制中的验证者。
PoW 共识机制中的验证者 在基于 PoW 共识机制的网络中，例如比特币，验证者被称为矿工。他们通过解决复杂的计算问题来获得验证交易的权力。他们获得的奖励基于他们的“工作量”。
PoS 共识机制中的验证者
在基于 PoS 共识机制的网络中，如 Solana、以太坊 2.0、Avalanche 等，参与者需要质押特定数量的网络原生通证才能成为验证者。正确参与验证过程的验证者将获得奖励。详细的奖励规则因网络而异。
节点 vs. 验证者
区块链网络中的节点分为三类： 轻节点（light node）、 全节点（full node）、 归档节点（archive node）。 顾名思义，轻节点只下载区块头，而不是整个区块。这种降低的要求使用户无需强大的硬件或高带宽就可以与区块链网络互动。然而，轻节点不参与共识过程，这意味着它们不能充当矿工或验证者。 另一方面，全节点积极参与区块验证并检查所有区块和状态。虽然理论上全节点存储了整个区块链的数据，但它们通常只缓存最近的数据以实现更快的访问。例如，以太坊全节点只保留最近的 128 个区块。 归档节点具有与全节点相同的功能，但还归档了全部的历史状态数据。这个功能允许人们直接查询区块链某个时间点的状态，而无需从当前数据中慢慢推导出来。尽管归档节点可以参与区块验证，但它们并无义务这样做。

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