1. 說明

區塊鏈具有數據運行公開、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用在各個領域。區塊鏈主要技術包括：分布式數據存儲、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（peer-to-peer， 簡稱P2P）又稱對等互聯網絡技術，它依賴網絡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器上。最典型的應用就是電驢。在這里它提供了***層的去中心化支持。

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3. 分布式數據存儲

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

***個問題是：為什么建礦池需要下載這么多數據？區塊鏈本質上是一個去中心化的數據庫，我們下載的是比特幣所有數據所組成的數據庫，因此很大。去中心化的數據庫，數據并不是保存在某一個服務器上，而且在P2P的每個節點上都需要保存一份。對于中心化的數據庫，數據庫可能被宿主或者黑客篡改，因而可靠性變差。而去中心化數據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據，因為它不可能修改分散在其他人機器上的數據庫。在某個數據與其它數據庫不一致時，則以大多數一致的為準，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。也就是啟用一個全新的網絡并讓所有的用戶大規模遷移。

4. 區塊鏈（blockchain）

區塊鏈是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊（block）中包含了一次比特幣網絡交易的信息，用于驗證其信息的有效性和生成下一個區塊（根據一個生成下一生，構成鏈chain）。

所謂挖礦就是計算出一個滿足規則的隨機數，從而獲得本次記帳權，發出本輪需要記錄的數據，然后向全網廣播，每個節點都會將收到交易信息，并記錄到一個區塊中，然后鏈接到現有的區塊鏈上。

5. 算法

哈希算法是一個字符串到一個（有限位數的）數的映射。

Block的算法是根據上一個block的hash值，尋找滿足某些hash結果的字符串，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樹被應用在了交易的存儲上，其基本原理就是將葉子節點（每筆交易的hash）兩兩配對做哈希運算生成父節點，不斷迭代這一過程最終生成唯一的根節點merkle root），ntime是更新時間，nbits是當前難度，TARGET根據當前難度求出。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，每產生2016個block(約14天)，網絡會根據這段時間產生新block的平均間隔調整之后的TARGET，以保證每10分鐘產生一次的速度。因此，隨著網上算力的不斷增加，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議的應用都可以把這段字符串識別為私鑰，轉換成公鑰，再轉換為地址，如果對應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，一個私鑰經過橢圓曲線變換之后會生成一個65個byte的數組，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

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

4) 流程

從你這里發出的數據都是由私鑰加密的（包括挖到礦的廣播，轉帳等等），傳數據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入導出方法請見后續“錢包”篇。

7. 挖礦與深度學習

1) 組織算力

挖礦和深度學習都需要組織算力。在運算量大時都需要構建集群，拆分計算，集成結果等等。

2) 硬件基礎

挖礦和深度學習都是數學模型計算，它們對于大規模學習的解決方案都是：顯卡，FPGA，ASIC。當然功能并不完全相同，深度學習需要矩陣乘法，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“控制器與礦機”篇。