https://yeasy.gitbooks.io/blockchain_guide/content/born/what.html
http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/12/blockchain-tutorial.html
一、非对称加密
https://www.quora.com/Why-would-you-use-blockchain-over-a-distributed-consensus-protocol-like-Paxos-or-Raft
https://blockgeeks.com/guides/what-is-blockchain-technology/
http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/01/bitcoin-tutorial.html
http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/12/blockchain-tutorial.html
一、非对称加密
首先，区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息，都可以写入区块链，也可以从里面读取，所以它是数据库。
其次，任何人都可以架设服务器，加入区块链网络，成为一个节点。区块链的世界里面，没有中心节点，每个节点都是平等的，都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点，写入/读取数据，因为所有节点最后都会同步，保证区块链一致。
区块链没有管理员，它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员，但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核，也实现不了，因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。
正是因为无法管理，区块链才能做到无法被控制。否则一旦大公司大集团控制了管理权，他们就会控制整个平台，其他使用者就都必须听命于他们了。
区块链由一个个区块（block）组成。区块很像数据库的记录，每次写入数据，就是创建一个区块。
每个区块包含两个部分。
- 区块头（Head）：记录当前区块的特征值
- 区块体（Body）：实际数据
区块头包含了当前区块的多项特征值。
- 生成时间
- 实际数据（即区块体）的哈希
- 上一个区块的哈希
- 推论1：每个区块的哈希都是不一样的，可以通过哈希标识区块。
- 推论2：如果区块的内容变了，它的哈希一定会改变。
四、 Hash 的不可修改性
区块与哈希是一一对应的，每个区块的哈希都是针对"区块头"（Head）计算的。也就是说，把区块头的各项特征值，按照顺序连接在一起，组成一个很长的字符串，再对这个字符串计算哈希。
Hash = SHA256( 区块头 )
上面就是区块哈希的计算公式，
SHA256是区块链的哈希算法。注意，这个公式里面只包含区块头，不包含区块体，也就是说，哈希由区块头唯一决定，
前面说过，区块头包含很多内容，其中有当前区块体的哈希，还有上一个区块的哈希。这意味着，如果当前区块体的内容变了，或者上一个区块的哈希变了，一定会引起当前区块的哈希改变。
这一点对区块链有重大意义。如果有人修改了一个区块，该区块的哈希就变了。为了让后面的区块还能连到它（因为下一个区块包含上一个区块的哈希），该人必须依次修改后面所有的区块，否则被改掉的区块就脱离区块链了。由于后面要提到的原因，哈希的计算很耗时，短时间内修改多个区块几乎不可能发生，除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。
正是通过这种联动机制，区块链保证了自身的可靠性，数据一旦写入，就无法被篡改。这就像历史一样，发生了就是发生了，从此再无法改变。
每个区块都连着上一个区块，这也是"区块链"这个名字的由来。
五、采矿
由于必须保证节点之间的同步，所以新区块的添加速度不能太快。试想一下，你刚刚同步了一个区块，准备基于它生成下一个区块，但这时别的节点又有新区块生成，你不得不放弃做了一半的计算，再次去同步。因为每个区块的后面，只能跟着一个区块，你永远只能在最新区块的后面，生成下一个区块。所以，你别无选择，一听到信号，就必须立刻同步。
所以，区块链的发明者中本聪（这是假名，真实身份至今未知）故意让添加新区块，变得很困难。他的设计是，平均每10分钟，全网才能生成一个新区块，一小时也就六个。
这种产出速度不是通过命令达成的，而是故意设置了海量的计算。也就是说，只有通过极其大量的计算，才能得到当前区块的有效哈希，从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大，所以快不起来。
这个过程就叫做采矿（mining），因为计算有效哈希的难度，好比在全世界的沙子里面，找到一粒符合条件的沙子。计算哈希的机器就叫做矿机，操作矿机的人就叫做矿工。
原来不是任意一个哈希都可以，只有满足条件的哈希才会被区块链接受。这个条件特别苛刻，使得绝大部分哈希都不满足要求，必须重算。
原来，区块头包含一个难度系数（difficulty），这个值决定了计算哈希的难度。举例来说，第100000个区块的难度系数是 14484.16236122。
区块链协议规定，使用一个常量除以难度系数，可以得到目标值（target）。显然，难度系数越大，目标值就越小。
哈希的有效性跟目标值密切相关，只有小于目标值的哈希才是有效的，否则哈希无效，必须重算。由于目标值非常小，哈希小于该值的机会极其渺茫，可能计算10亿次，才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。
前面说过，当前区块的哈希由区块头唯一决定。如果要对同一个区块反复计算哈希，就意味着，区块头必须不停地变化，否则不可能算出不一样的哈希。区块头里面所有的特征值都是固定的，为了让区块头产生变化，中本聪故意增加了一个随机项，叫做 Nonce。
Nonce 是一个随机值，矿工的作用其实就是猜出 Nonce 的值，使得区块头的哈希可以小于目标值，从而能够写入区块链。Nonce 是非常难猜的，目前只能通过穷举法一个个试错。根据协议，Nonce 是一个32位的二进制值，即最大可以到21.47亿。第 100000 个区块的 Nonce 值是
274148111，可以理解成，矿工从0开始，一直计算了 2.74 亿次，才得到了一个有效的 Nonce 值，使得算出的哈希能够满足条件。
运气好的话，也许一会就找到了 Nonce。运气不好的话，可能算完了21.47亿次，都没有发现 Nonce，即当前区块体不可能算出满足条件的哈希。这时，协议允许矿工改变区块体，开始新的计算。
七、难度系数的动态调节
正如上一节所说，采矿具有随机性，没法保证正好十分钟产出一个区块，有时一分钟就算出来了，有时几个小时可能也没结果。总体来看，随着硬件设备的提升，以及矿机的数量增长，计算速度一定会越来越快。
为了将产出速率恒定在十分钟，中本聪还设计了难度系数的动态调节机制。他规定，难度系数每两周（2016个区块）调整一次。如果这两周里面，区块的平均生成速度是9分钟，就意味着比法定速度快了10%，因此接下来的难度系数就要调高10%；如果平均生成速度是11分钟，就意味着比法定速度慢了10%，因此接下来的难度系数就要调低10%。
难度系数越调越高（目标值越来越小），导致了采矿越来越难。
八、区块链的分叉
即使区块链是可靠的，现在还有一个问题没有解决：如果两个人同时向区块链写入数据，也就是说，同时有两个区块加入，因为它们都连着前一个区块，就形成了分叉。这时应该采纳哪一个区块呢？
现在的规则是，新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉，将看哪个分支在分叉点后面，先达到6个新区块（称为"六次确认"）。按照10分钟一个区块计算，一小时就可以确认。
由于新区块的生成速度由计算能力决定，所以这条规则就是说，拥有大多数计算能力的那条分支，就是正宗的区块链。
但是，为了保证数据的可靠性，区块链也有自己的代价。一是效率，数据写入区块链，最少要等待十分钟，所有节点都同步数据，则需要更多的时间；二是能耗，区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算，这是非常耗费能源的。
因此，区块链的适用场景，其实非常有限。
- 不存在所有成员都信任的管理当局
- 写入的数据不要求实时使用
- 挖矿的收益能够弥补本身的成本
https://blockgeeks.com/guides/what-is-blockchain-technology/
http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/01/bitcoin-tutorial.html
公钥是公开的，任何人都可以获取。私钥是保密的，只有拥有者才能使用。他人使用你的公钥加密信息，然后发送给你，你用私钥解密，取出信息。反过来，你也可以用私钥加密信息，别人用你的公钥解开，从而证明这个信息确实是你发出的，且未被篡改，这叫做数字签名（更详细的介绍请看《什么是数字签名》）。
现在请设想，如果公钥加密的不是普通的信息，而是加密了一笔钱，发送给你，这会怎样？
首先，你能解开加密包，取出里面的钱，因为私钥在你手里。其次，别人偷不走这笔钱，因为他们没有你的私钥。因此，支付可以成功。
这就是比特币（以及其他数字货币）的原理：非对称加密保证了支付的可靠性。
由于支付的钱必须通过私钥取出，所以你是谁并不重要，重要的是谁拥有私钥。只有拥有了私钥，才能取出支付给你的钱
对于比特币来说，钱不是支付给个人的，而是支付给某一把私钥。这就是交易匿名性的根本原因，因为没有人知道，那些私钥背后的主人是谁。
所以，比特币交易的第一件事，就是你必须拥有自己的公钥和私钥。
你去网上那些比特币交易所开户，它们会让你首先生成一个比特币钱包（wallet）。这个钱包不是用来存放比特币，而是存放你的公钥和私钥。软件会帮你生成这两把钥匙，然后放在钱包里面
根据协议，公钥的长度是512位。这个长度不太方便传播，因此协议又规定，要为公钥生成一个160位的指纹。所谓指纹，就是一个比较短的、易于传播的哈希值。160位是二进制，写成十六进制，大约是26到35个字符，比如 1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2。这个字符串就叫做钱包的地址，它是唯一的，即每个钱包的地址肯定都是不一样的。
问题出在怎么防止其他人，冒用你的名义申报交易。举例来说，有人申报了一笔交易：地址 A 向地址 B 支付10个比特币。我怎么知道这个申报是真的，申报人就是地址 A 的主人？
比特币协议规定，申报交易的时候，除了交易金额，转出比特币的一方还必须提供以下数据。
- 上一笔交易的 Hash（你从哪里得到这些比特币）
- 本次交易双方的地址
- 支付方的公钥
- 支付方的私钥生成的数字签名
验证这笔交易是否属实，需要三步。
第一步，找到上一笔交易，确认支付方的比特币来源。第二步，算出支付方公钥的指纹，确认与支付方的地址一致，从而保证公钥属实。第三步，使用公钥去解开数字签名，保证私钥属实。
确认交易的真实性以后，交易还不算完成。交易数据必须写入数据库，才算成立，对方才能真正收到钱。
比特币使用的是一种特殊的数据库，叫做区块链（blockchain），详细的介绍请看《区块链入门教程》。本文只讨论交易如何写入区块链。
首先，所有的交易数据都会传送到矿工那里。矿工负责把这些交易写入区块链。
根据比特币协议，一个区块的大小最大是 1MB，而一笔交易大概是500字节左右，因此一个区块最多可以包含2000多笔交易。矿工负责把这2000多笔交易打包在一起，组成一个区块，然后计算这个区块的哈希。
计算哈希的过程叫做采矿，这需要大量的计算。矿工之间也在竞争，谁先算出哈希，谁就能第一个添加新区块进入区块链，从而享受这个区块的全部收益，而其他矿工将一无所获。
一笔交易一旦写入了区块链，就无法反悔了。这里需要建立一个观念：比特币不存放在钱包或其他别的地方，而是只存在于区块链上面。区块链记载了你参与的每一笔交易，你得到过多少比特币，你又支付了多少比特币，因此可以算出来你拥有多少资产。
交易的确认离不开矿工。为什么有人愿意做矿工呢？
比特币协议规定，挖到新区块的矿工将获得奖励，一开始（2008年）是50个比特币，然后每4年减半，目前（2018年）是12.5个比特币。这也是比特币的供给增加机制，流通中新增的比特币都是这样诞生的。
你可能看出来了，每4年奖励减半，由于比特币可以分割到小数点后八位，那么到了2140年，矿工将得不到任何奖励，比特币的数量也将停止增加。这时，矿工的收益就完全依靠交易手续费了。
所谓交易手续费，就是矿工可以从每笔交易抽成，具体的金额由支付方自愿决定。你完全可以一毛不拔，一分钱也不给矿工，但是那样的话，你的交易就会没人处理，迟迟无法写入区块链，得到确认。矿工们总是优先处理手续费最高的交易。
目前由于交易数量猛增，手续费已经水涨船高，一个区块2000多笔交易的手续费总额可以达到3～10个比特币。如果你的手续费给低了，很可能过了一个星期，交易还没确认。
一个区块的奖励金12.5个比特币，再加上手续费，收益是相当可观的。按照目前的价格，可以达到100万～200万人民币。想想看，运气好的话，几分钟就能挖到一个区块，拿到这样一大笔钱，怪不得人们对挖矿趋之若鹜。
比特币是一个全世界的开放网络，只要你有服务器，就能加入这个网络，成为一个节点。每个节点都包含了整个区块链（目前大概 100多 GB），并且节点之间时刻不停地在同步信息。
比特币要解决的核心问题，就是创造一种可信的数字凭证。由于这种凭证可信，所以能够当做货币。
比特币的技术基础是加密学，因为只有加密学才能保证它的可信性。一旦加密被破解，它就没法当作货币了。这也是这一类数字凭证被称为"加密货币"的原因。
比较麻烦的是另一种情况，就是张三把同一笔钱付给两个人。他先向区块链提交一个交易"张三向李四转移了1个比特币"，然后又提交了另一个交易"张三向王五转移了1个比特币"。这两个交易都可能被认为是真实的交易，从而进入区块链。因此，必须有办法防止出现这种情况。
情况一：同一个矿工收到了这两个交易。那么他会察觉到，它们不可能同时成立，因此选择其中的一笔写入区块链。
情况二：矿工 A 收到了第一笔交易，矿工 B 收到了第二笔交易，他们各自都会认定这是合法的交易，分别把这两笔交易写入了两个区块，这时区块链就出现了分叉。
比特币协议规定，分叉点之后最先达到6个区块的那个分支，被认定为正式的区块链，其他分支都将被放弃。由于区块的生成速度由计算能力决定，所以到底哪一笔交易最后会被写入区块链，完全由它所在的分支能吸引多少计算能力决定。隐藏的逻辑是，如果大多数人（计算能力）选择相信某一笔交易，那么它就应该是真的。
综上所述，双重支出不可能发生。因为中央记账系统总有办法发现，你把同一笔钱花了两遍。但是，这也说明了比特币的一个代价，就是交易不能实时确认，必须等待至少一个小时。
