1. 說明

區(qū)塊鏈具有數(shù)據(jù)運行公開、不可篡改、可溯源、跨國際、去中心化的特點。因此越來越多地被應(yīng)用在各個領(lǐng)域。區(qū)塊鏈主要技術(shù)包括：分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法，將在下面一一介紹。

2. 點對點傳輸

點對點技術(shù)（peer-to-peer， 簡稱P2P）又稱對等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它依賴網(wǎng)絡(luò)中參與者的計算能力和帶寬，而不是把依賴都聚集在較少的幾臺服務(wù)器上。最典型的應(yīng)用就是電驢。在這里它提供了***層的去中心化支持。

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3. 分布式數(shù)據(jù)存儲

先看看對區(qū)塊鏈最直觀的感覺：當***次運行比特幣錢包時，會下載很多數(shù)據(jù)，2017年10月有150G左右，且還在不斷增加。數(shù)據(jù)存儲在data/blocks目錄下，blk*.dat這就是區(qū)塊block。

***個問題是：為什么建礦池需要下載這么多數(shù)據(jù)？區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，我們下載的是比特幣所有數(shù)據(jù)所組成的數(shù)據(jù)庫，因此很大。去中心化的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)并不是保存在某一個服務(wù)器上，而且在P2P的每個節(jié)點上都需要保存一份。對于中心化的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫可能被宿主或者黑客篡改，因而可靠性變差。而去中心化數(shù)據(jù)庫就像一個公共帳本，所有人都能查看，但沒人能私自修改以往數(shù)據(jù)，因為它不可能修改分散在其他人機器上的數(shù)據(jù)庫。在某個數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)庫不一致時，則以大多數(shù)一致的為準，這就是所謂的“共識機制”。

隨著交易增加，錢包還會不斷變大。太大之后，會用到硬分叉技術(shù)。也就是啟用一個全新的網(wǎng)絡(luò)并讓所有的用戶大規(guī)模遷移。

4. 區(qū)塊鏈（blockchain）

區(qū)塊鏈是一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊（block）中包含了一次比特幣網(wǎng)絡(luò)交易的信息，用于驗證其信息的有效性和生成下一個區(qū)塊（根據(jù)一個生成下一生，構(gòu)成鏈chain）。

所謂挖礦就是計算出一個滿足規(guī)則的隨機數(shù)，從而獲得本次記帳權(quán)，發(fā)出本輪需要記錄的數(shù)據(jù)，然后向全網(wǎng)廣播，每個節(jié)點都會將收到交易信息，并記錄到一個區(qū)塊中，然后鏈接到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈上。

5. 算法

哈希算法是一個字符串到一個（有限位數(shù)的）數(shù)的映射。

Block的算法是根據(jù)上一個block的hash值，尋找滿足某些hash結(jié)果的字符串，簡單的說就是不停地拼湊字符串，計算SHA256哈希值（碰撞哈希值），直到找到產(chǎn)生合適的哈希的字符串，這個字符串就是解。具體公式如下：

SHA256(SHA256(version + prev_hash + merkle_root + ntime + nbits + x )) < TARGET 

挖礦就是求解上述方程中的x。

其中，version是block的版本，prev_hash是上一個block的hash值，merkle_root是需要寫入的交易記錄的merkle樹的值（merkle樹被應(yīng)用在了交易的存儲上，其基本原理就是將葉子節(jié)點（每筆交易的hash）兩兩配對做哈希運算生成父節(jié)點，不斷迭代這一過程最終生成唯一的根節(jié)點merkle root），ntime是更新時間，nbits是當前難度，TARGET根據(jù)當前難度求出。x的范圍是0~2^32，這就是個求解x的問題，一旦你找到了x，你就可以廣播一個新的block。

TARGET越小，解出x的難度就越大，每產(chǎn)生2016個block(約14天)，網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)這段時間產(chǎn)生新block的平均間隔調(diào)整之后的TARGET，以保證每10分鐘產(chǎn)生一次的速度。因此，隨著網(wǎng)上算力的不斷增加，計算難度會越來越大，礦也越來越難挖了。

如果兩人同時挖到，block chain會出現(xiàn)分叉，客戶端在眾多分支中找到符合當前難度且最長的。

6. 安全機制

1) 私鑰

私鑰是形式如下的一段字符串：

5KYZdUEo39z3FPrtuX2QbbwGnNP5zTd7yyr2SC1j299sBCnWjss。只要是正確支持比特幣協(xié)議的應(yīng)用都可以把這段字符串識別為私鑰，轉(zhuǎn)換成公鑰，再轉(zhuǎn)換為地址，如果對應(yīng)的地址上面有比特幣，就可以使用這個私鑰花費上面的比特幣。一般被盜指的都是私鑰被盜。

2) 公私

公鑰是由私鑰生成的，一個私鑰經(jīng)過橢圓曲線變換之后會生成一個65個byte的數(shù)組，一般我們會看到這樣形式的一個公鑰：04a34b99f22c790c4e36b2b3c2c35a36db06226e41c692fc82b8b56ac1c540c5bd5b8dec5235a0fa8722476c7709c02559e3aa73aa03918ba2d492eea75abea235

操作是用私鑰簽名的，只有對應(yīng)的公鑰才能解開，地址也是從公鑰生成的，這樣就可以驗證操作是不是屬于這個地址的。

3) 地址

地址是由公鑰產(chǎn)生的，生成的過程是，先對公鑰做一次SHA256，對得到的結(jié)果做一次RIPEMD160,再從結(jié)果中取20個byte的數(shù)組，這個得到的數(shù)組就是得到的hash160，形如：9a1c78a507689f6f54b847ad1cef1e614ee23f1e

4) 流程

從你這里發(fā)出的數(shù)據(jù)都是由私鑰加密的（包括挖到礦的廣播，轉(zhuǎn)帳等等），傳數(shù)據(jù)的時候也會傳一個公鑰，通過這個公鑰解密。如果公/私鑰能對上，就可以證明你的身份。公鑰是大家可見的，而私鑰被盜，那么別人就可以用你的身份交易了。具體加解密和密鑰導(dǎo)入導(dǎo)出方法請見后續(xù)“錢包”篇。

7. 挖礦與深度學(xué)習(xí)

1) 組織算力

挖礦和深度學(xué)習(xí)都需要組織算力。在運算量大時都需要構(gòu)建集群，拆分計算，集成結(jié)果等等。

2) 硬件基礎(chǔ)

挖礦和深度學(xué)習(xí)都是數(shù)學(xué)模型計算，它們對于大規(guī)模學(xué)習(xí)的解決方案都是：顯卡，F(xiàn)PGA，ASIC。當然功能并不完全相同，深度學(xué)習(xí)需要矩陣乘法，卷積等基本運算，而挖礦主要是hash碰撞。都需要并行性、多線程和高內(nèi)存帶寬等特性，雖然功能相近，但硬件還是有不少的差別。硬件說明詳見后續(xù)“控制器與礦機”篇。