章節
區塊鏈 101
區塊鏈如何運作？
區塊鏈有何用途？
第 1 章 - 區塊鏈 101
目錄
什麼是區塊鏈？
區塊之間如何連接？
區塊鏈和去中心化
拜占庭將軍問題
區塊鏈爲何需要推行去中心化？
什麼是點對點網絡？
什麼是區塊鏈節點？
公有鏈與私有鏈
交易如何運行？
如何開展比特幣交易
如何從幣安提取比特幣
如何將 Trust Wallet 中的比特幣發送至 Electrum
誰發明了區塊鏈技術？
區塊鏈技術的利弊
優點
缺點
什麼是區塊鏈？
區塊鏈是一種特殊的數據庫類型。你可能曾對分佈式賬本技術（即 DLT）這個專業術語有所耳聞，在許多情況下，區塊鏈就是一個分佈式賬本。
區塊鏈具有一些特性，如鏈上制定了一套關於如何添加數據的規則，以及數據一旦進入儲存系統，則幾乎無法通過虛擬手段進行修改或刪除。
隨着時間推移，數據不斷添加至稱爲區塊的結構當中。每個區塊都建立在上一個區塊的基礎上，而且每個區塊中均包含一條信息，將其與前一區塊相連。我們只需查看最新區塊，即可瞭解其是否爲最後一個被創建的區塊。因此，如果我們繼續沿着“鏈”找下去，就能找到第一個區塊，即大衆所熟知的創世區塊。
舉例來說，假設你有一個電子表格，共有兩列。在第一行的第一個單元格中，你可以隨意輸入要保存的數據。
隨後，第一個單元格中的數據將被轉換爲一個雙字母標識符，繼續作爲部分內容被輸入至下一個單元格。在此示例中，雙字母標識符 KP 必須輸入至第二行的單元格中 (defKP)。這意味着，如果你更改第一次輸入的數據 (abcAA)，則下一個單元格中的字母組合就會發生變化。
數據庫中的每個條目均與上一條目關聯。
現在讓我們看到第 4 行，最新的標識符是 TH。還記得前文提到的嗎？我們無法進行逆向操作，也無法移動或刪除條目。由於區塊鏈具有這種特性，每名用戶都能直觀地看到操作完成，他們會直接忽視你所嘗試的更改。
假設你更改了第一個單元格中的數據，你獲得的標識符會發生變化，這就意味着第二個區塊中的數據將改變，導致第 2 行的標識符也隨之變動，以此類推。本質上來看，TH 是在它產生之前的所有信息的產物。
區塊之間如何連接？
我們上述討論的內容，即雙字母標識符，簡單地模擬了區塊鏈對哈希函數的運用。哈希是確保區塊之間相互關聯的凝合劑。哈希能夠選取任何大小的數據，並通過一個數學函數生成一串長度始終相等的輸出（哈希值）。
區塊鏈中應用哈希算法自有其道理，因爲用戶找到兩條數據片段生成相同輸出的機率微乎其微。如上方的標識符所示，一旦輸入的數據發生輕微變動，導出的輸出將截然不同。
SHA256 是廣泛應用於比特幣領域的函數，讓我們通過這個函數來展開講述。如你所見，即使只是更改字母的大小寫也足以完全改變輸出。
輸入數據 | SHA256 輸出 |
|---|---|
幣安學院 | 886c5fd21b403a139d24f2ea1554ff5c0df42d5f873a56d04dc480808c155af3 |
幣安學院 | 4733a0602ade574551bf6d977d94e091d571dc2fcfd8e39767d38301d2c459a7 |
幣安學院 | a780cd8a625deb767e999c6bec34bc86e883acc3cf8b7971138f5b25682ab181 |
目前，尚未出現過 SHA256 衝突（即兩個不同的輸入導出同一個輸出），在區塊鏈背景之下，這一點尤爲重要。這意味着每個包含哈希值的區塊都能追溯至上一區塊，而且所有試圖編輯舊區塊的操作都將暴露於衆目睽睽之下。
每個區塊都包含上一區塊的指紋。
區塊鏈和去中心化
我們已詳細介紹區塊鏈的基礎結構。假如你聽到其他人正在談論區塊鏈技術，你會發現他們討論的主題可能並非數據庫本身，而是圍繞區塊鏈構建的生態系統。
區塊鏈具有獨立的數據結構，因此僅能在利基應用程序中發揮用處。如果我們爲陌生人提供這些工具，促進彼此之間的協調合作，事情的發展走向將變得耐人尋味。與此同時，如果結合其他技術和部分博弈論知識，區塊鏈可以成爲不受任何人控制的分佈式賬本。
這意味着，所有用戶均無法違反系統規則編輯條目（稍後將詳細介紹規則）。從這個意義上說，你可以認爲賬本爲大家共有：參與者每時每刻都需對區塊鏈中的更改達成一致。
拜占庭將軍問題
實際上，阻礙上述系統發展的真正障礙是拜占庭將軍問題。該問題於 20 世紀 80 年代得到首次關注，它描述了一個困境，即彼此孤立的參與者在此環境下必須相互交流才能協調行動。在這種特殊的困境下，一組將軍分別率軍包圍了某一座城市後，需要決定是否出擊。但將軍只能通過信差傳達決策。
每名將軍都需要下令決定攻擊或撤退。無論最終是攻擊或是撤退，只要衆位將軍達成一致即可。如果他們決定進攻，那麼必須全軍出擊才能取得勝利。那麼，我們如何才能確保萬無一失呢？
誠然，他們有信差作爲交流媒介。但如果信差遭到攔截，敵軍將“黎明進攻”的傳信更換爲“今晚進攻”，情況會如何發展？如果其中某位將軍叛變，故意誤導其他將軍，導致他們戰敗呢？
所有將軍共同發起進攻是取得成功的必要條件（左）。如若不然，他們將潰不成軍（右）。
因此，我們需要建立一種可使衆人達成共識的策略，即使參與者發生變節或消息遭到攔截也沒有妨礙。軍隊在孤立無援的情況下進攻城市，局面將多麼慘烈，而無法維護數據庫也同樣會導致糟糕的後果，儘管不存在生死攸關的問題，但道理相通。如果區塊鏈處於無人監管的狀態，而且可能無法爲用戶提供“正確”信息，那麼用戶必須能夠彼此交流。
爲了解決一位（或多位）用戶面對的潛在故障，區塊鏈機制必須經過妥善設計，以應對這些障礙。隨後，拜占庭容錯系統應運而生。我們接下來即將瞭解到，共識算法可用於執行堅如銅牆鐵壁般的規則。
區塊鏈爲何需要推行去中心化？
當然，你也可以自己經營區塊鏈。但最終，你會發現，數據量信息過載的情況慘不忍睹，壓根無法匹敵精心運營的其他區塊鏈。因爲只有在所有用戶皆平等的去中心化環境之中，區塊鏈的真正潛力才能得到完全開發。通過這種方式，區塊鏈纔不會遭到刪除或惡意接管。由於只存在單一數據來源，每位用戶均可瞭解其中所有信息。
什麼是點對點網絡？
點對點 (P2P) 網絡由我們的用戶層（或先前所述示例中的那羣將軍）構成。此網絡下不設管理員一職，因此，如果用戶需要交換信息，無需致電中央服務器，直接向對方發送信息即可。
請看下圖。左圖中的 A 需要通過服務器才能將其消息路由至 F。但從右圖可以得知，他們可以直接相連，無需中介。
中心化網絡（左）與去中心化網絡（右）。
正常情況下，服務器會保管用戶所需的所有信息。比如你在訪問幣安學院時，實際上是在要求其服務器提供站內所有文章。如果網站處於離線狀態，你將無法繼續查看。然而，如果你已經下載所有內容，並將其加載至計算機上，則無需再向幣安學院發送申請。
實際上，這正是每個對等點在區塊鏈上進行操作的形象寫照：整個數據庫已經儲存至他們的計算機之中。無論誰離開網絡，都不會影響其他用戶訪問區塊鏈以及彼此分享信息。如在區塊鏈中添加了新區塊，其中的數據將傳播給網絡上的所有用戶，因此，每位用戶都能及時更新自己的賬本副本。
請務必閱讀《點對點網絡詳解》，深入瞭解善於此網絡類型的探討。
什麼是區塊鏈節點？
節點，簡而言之就是我們用於連接網絡的機器，這些機器負責儲存區塊鏈副本，並與其他機器共享信息。用戶無需手動處理這些流程。通常情況下，他們只需要下載並運行區塊鏈的相關軟件，系統可自動接手剩餘的其他操作。
以上關於節點的描述十分精簡，其定義還包括以任意方式與網絡進行交互的其他用戶。例如，在加密貨幣領域中，你手機上一款簡單的錢包應用程序即所謂的輕節點。
公有鏈與私有鏈
你可能瞭解，區塊鏈行業發展至今，得益於比特幣爲其奠定了深厚的基礎。自從比特幣確立其合法的金融資產地位，創新者開始不斷思考將基礎技術應用於其他領域的潛力。因此，衍生出對金融以外無數用例的區塊鏈探索。
比特幣，亦稱爲公共區塊鏈。這代表每名用戶都可以查看鏈上的交易，只需接入互聯網並使用必備軟件即可加入區塊鏈。參與區塊鏈不設任何其他要求，因此，我們可以稱之爲無許可型環境。
與之對應的是私有區塊鏈，這是另一種類型的區塊鏈。這些系統創建了一系列規則，限制了訪問區塊鏈和在區塊鏈上進行交互的權限。因此，我們稱之爲許可型環境。儘管乍看之下，私有區塊鏈似乎有些雞肋，但人們確實藉此開發出了一些重要的應用程序，不過主要是應用於企業環境之中。
如需詳細瞭解該主題，敬請參閱《公有鏈、私有鏈和聯盟鏈之區別？》
交易如何運行？
如果 Alice 想通過銀行轉賬系統向 Bob 付款，那麼她會先通知銀行。簡單起見，我們假設雙方使用同一個銀行。銀行在更新其數據庫之前會檢查 Alice 是否擁有執行交易的充足資金（如 Alice 賬戶扣款 50 美元，Bob 賬戶入賬 50 美元）。
區塊鏈工作原理與此類似。畢竟，兩者本質上都是數據庫。但關鍵區別就在於，區塊鏈省略了第三方的檢查和更新餘額環節。所有節點會自動完成這些操作。
如果 Alice 想支付 5 個比特幣給 Bob，她只需將此消息廣播至網絡上即可。區塊鏈不會立即添加這筆交易，但各個節點會接收到該信息，因爲在確認交易之前還需先完成其他操作。敬請參閱區塊如何添加至區塊鏈？
一旦交易添加至區塊鏈中，所有節點都會接收到交易已完成的信息。這些節點會更新區塊鏈副本以體現新的交易。現在，Alice 不能再將這五個單位發送給 Carol 了（因此避免重複發送），因爲網絡知道她已經在先前的交易中將這些單位支付出去了。
區塊鏈中不存在用戶名和密碼的概念，公開密鑰密碼學可用於證明資金的所有權。接收資金的第一步，Bob 需要生成一個私鑰。私鑰就是一串隨機生成的長數字，它複雜到任何人花上數百年的時間都無法將其破解。但自己將私鑰告訴別人，那麼別人就能證明對他資金的所有權（因此也有權將其花掉）。因此，保密至關重要。
但是 Bob 還可以採取以下操作，即從私鑰中衍生出一個公鑰。他可以將自己的公鑰告訴任何人，因爲對公鑰進行逆向工程操作以獲取私鑰的可能性微乎其微。在多數情況下，他會執行另一項公鑰操作（如運行哈希算法）以獲得一個公共地址。
他會給 Alice 提供公共地址，以便她知曉發送資金的地址。她構建了一場交易，以將資金支付至此公共地址。然後，她需要使用自己的私鑰生成一個數字簽名，向網絡證明她使用的是自己的資金。所有用戶都均可獲取 Alice 的簽名消息並將其與她的公鑰進行比較，確定她有權將這些資金髮送給 Bob。
如何開展比特幣交易
讓我們通過以下兩種情況說明如何進行比特幣交易。第一種情況是從幣安提取比特幣，第二種情況是從你的 TrustWallet 向 Electrum 錢包發送資金。
如何從幣安提取比特幣
1. 登錄你的幣安賬戶。如尚未擁有任何比特幣資產，請查閱比特幣指南瞭解如何購買。
2. 將光標懸停於“錢包”，然後選擇“現貨錢包”。
3. 單擊左側邊欄上的“提款”。
4. 選擇需要提取的比特幣（本次選擇比特幣）。
5. 複製所提取比特幣的發送地址，然後將其粘貼至接收者比特幣地址。
6. 確定需要提取的比特幣。
7. 單擊“提交”即可。
8. 你很快會收到一封確認電子郵件。務必確保地址正確。如準確無誤，那麼在電子郵件中確認交易即可。
9. 等待交易進入區塊鏈。你可進入“存款與提現歷史記錄”選項卡或使用區塊瀏覽器查看交易狀態。
如何將 Trust Wallet 中的比特幣發送至 Electrum
在本示例中，我們將把 Trust Wallet 中的比特幣發送至 Electrum。
1. 打開 Trust Wallet 應用程序。
2. 點擊你的比特幣賬戶。
3. 點擊“發送”。
4. 打開 Electrum 錢包。
5. 單擊 Electrum 中的“接收”選項卡，然後複製地址。
你也可以返回 Trust Wallet，然後點擊 [–] 圖標掃描二維碼，跳轉至你的 Electrum 地址。
6. 在 Trust Wallet 中將你的比特幣地址粘貼紙至“接收者地址”。
7. 確定數量。
8. 如流程無誤，請確認交易。
9. 大功告成！耐心等待區塊鏈中的交易確認完畢。你可以將地址複製到區塊瀏覽器，隨時掌握其狀態。
誰發明了區塊鏈技術？
自比特幣（即第一個也是最熱門的區塊鏈）於 2009 年開始發行，區塊鏈技術實現了正規化。然而，其匿名創造者中本聰是從早前的技術和提議中獲得的靈感。
區塊鏈大量運用的哈希函數和密碼學概念，而這些概念先於比特幣發佈幾十年。有趣的是，區塊鏈的結構可以追溯到 20 世紀 90 年代初期，但是當時這種技術僅用於爲文檔添加無法被篡改的時間戳。
如需詳細瞭解該主題，請參閱《區塊鏈歷史》。
區塊鏈技術的利弊
區塊鏈經過精心設計，解決了困擾各行利益相關者的無數難題，從金融到農業領域，區塊鏈均能有效發揮效用。相較於傳統的客戶端服務器模型，分佈式網絡具有許多優勢，但也並非十全十美。
優點
比特幣白皮書中提到，區塊鏈的直接好處之一是用戶可以繞過中介直接轉賬。此後的區塊鏈深化了此功能，允許用戶發送各種類型的信息。取消交易對手製度意味着用戶遭受風險的可能性更小，而且由於沒有中介收取手續費，費用也相應較低。
前文提及，公共區塊鏈網絡屬於無許可型環境，由於沒有負責人，也就不存在進入壁壘。潛在用戶只要能連接網絡，即可與網絡上的其他人進行交互。
許多人認爲區塊鏈最爲人稱道的就是其高度規避審查的特性。如果惡意行爲者圖謀攻擊中心化服務，那麼他們只需要瞄準服務器便能一勞永逸。但是在點對點網絡之中，每個節點都能充當自己的服務器。
比特幣這樣的系統就有 10,000 多個可見節點，這些節點遍佈於世界各地，即使攻擊者資源豐富，也幾乎無法破壞網絡。值得注意的是，系統中還存在許多隱藏節點，它們隱匿於廣泛的網絡之中。
以下將介紹部分優勢。區塊鏈可以滿足許多特殊用例，詳情請參閱區塊鏈有何用途？
缺點
區塊鏈並非所有問題的通用解決方案。上一節提到，儘管優勢得到強化，但也存在其他弱勢方面。區塊鏈存在的最大障礙是由於擴展性不佳而無法大規模使用，
這也是分佈式網絡的通病。由於所有參與者都必須保持同步，因此必須控制添加新信息的速度，否則節點將無法跟上進度。因此，爲確保系統去中心化，開發人員傾向於有意識地限制區塊鏈的更新速度。
對於網絡上的用戶來說，如果嘗試交易的人數過多，會導致等待期無限延長。區塊容納數據的能力有限，而且數據往往無法立即添加至區塊之中。如果交易數量超出區塊的容納限度，那麼超出的交易則需排隊等待進入下一個區塊。
去中心化區塊鏈系統還存在另一個潛在劣勢，即無法隨意升級。如果你研發出一款軟件，自然能夠隨意添加新的功能。無需尋求他人的合作，亦不必徵得他人的同意，即可確保成功實施修改。
然而，數百萬潛在用戶置身於同一個環境，更改的困難程度可想而知。也許你可以更改節點軟件的部分參數，但最終會導致你脫離原有的網絡。軟件經過改進後如果無法與其他節點兼容，其他節點會迅速發現區別並拒絕與你的節點交互。
假設你想更改關於區塊的規模（例如從 1MB 升級至 2MB）。你可以嘗試將該區塊發送至你所連接的節點，但這些節點遵循一條規則——不接受超過 1MB 的區塊。如果他們接收更大的區塊，他們就不會將其納入區塊鏈的副本之中。
唯一推行更改的途徑，只有讓生態系統內的絕大多數用戶接受這些更改。對於大多數區塊鏈來說，要想協調更改，用戶需要在論壇中展開大量討論，這可能要花上數月甚至數年的漫長時間。詳情請參閱硬分叉與軟分叉。
第2章 - 區塊鏈如何運作？
目錄
區塊如何添加至區塊鏈？
挖礦（工作量證明）
工作量證明的優點
工作量證明的缺點
權益質押（權益證明）
權益證明的優點
權益證明的缺點
其他共識算法
區塊鏈交易能否撤回？
什麼是區塊鏈可擴展性？
爲什麼區塊鏈需要擴容？
什麼是區塊鏈分叉？
軟分叉
硬分叉
區塊如何添加至區塊鏈？
目前爲止，我們已經介紹了很多概念。我們掌握了節點之間是相互連接的，它們可以儲存區塊鏈的副本。另外，節點會共享交易信息和新的區塊信息。我們已討論過節點的定義，但你可能仍有疑慮：新區塊如何添加至區塊鏈中？
沒有誰來爲用戶佈置任務。因爲所有節點都具有等同權力，所以需設立一個機制，公平決定將添加新區塊至區塊鏈中的機會賦予給誰。 我們需要建立一個系統，在這個系統中，用戶作弊需承擔高昂代價，而誠實行事則會獲得獎勵。任何明智的用戶都會希望事情朝着利好方向發展。
因爲這個網絡屬於無許可型環境，創建區塊需要獲得所有用戶的一致同意。協議往往要求所有用戶共擔風險，即他們必須使自己的錢置於危險之中，這樣才能確保網絡正常運作。此操作允許他們參加創建區塊的流程，如果最終成功產生了有效區塊，那麼他們都將獲得獎勵。
然而，一旦有人嘗試作弊，便會被網絡上其他用戶立刻發現。作弊者會失去所投入的全部權益。我們將這種機制稱爲共識算法，因爲這種算法能讓網絡參與者就下一步應該添加什麼區塊達成共識。
挖礦（工作量證明）
挖礦是迄今爲止最常使用的共識算法。挖礦過程中往往會使用工作量證明(PoW) 算法。用戶需要以犧牲算力爲代價，努力解出協議擬定的難題。
此類難題需要用戶對區塊中所包含的交易和其他信息進行哈希計算。但哈希值必須低於特定數值才具有效力。由於無法預測給定的輸出，礦工必須不斷對稍微改動的數據並進行哈希計算，直到找到有效的解決方案。
顯然，重複對數據進行哈希計算的成本相當高昂。在採用工作量證明機制的區塊鏈中，用戶投入的“權益”包括花錢購買礦機及爲礦機耗用的電力。此舉旨在獲得區塊獎勵。
我們先前提到，理論上哈希函數具有不可逆轉性，但檢查其正確性的流程卻相當簡單。如果一名礦工將新的區塊發送至網絡上其他用戶，那麼所有其他節點都將使用該新區塊充當哈希函數的輸入。這些節點只需執行一次驗證，即可確認該區塊在當前區塊鏈的規則之下是否有效。如果是虛假情報，那麼礦工不僅得不到任何獎勵，還會浪費大量電力成本。
比特幣是首個採用工作量證明機制的區塊鏈。自工作量證明機制創建以來，許多區塊鏈紛紛投入使用。
工作量證明的優點
久經考驗 – 迄今爲止，工作量證明是最成熟的共識算法，並已創造數千億美元的價值。
無需許可 – 所有用戶均可加入挖礦競賽，或者只需簡單地運行一個驗證節點。
去中心化 – 礦工彼此競爭以生產區塊，意味着哈希算力無法被任何一方所控制。
工作量證明的缺點
浪費 – 挖礦會消耗大量電力。
進入壁壘逐漸增高 – 加入網絡的礦工人數與日俱增，因此協議加大了挖礦難題的難度係數。爲了保持競爭力，用戶必須購買性能更佳的設備。這足以讓許多礦工望而卻步。
51% 攻擊 – 儘管挖礦促進了去中心化，但也存在某一個礦工獲得大部分哈希算力的可能性。如果發生此類情況，原則上來說，他們有權撤銷交易並破壞區塊鏈的安全性。
權益質押（權益證明）
在運行工作量證明機制的系統中，你斥資購買了礦機並且支付了電費，這就是激勵你誠實行事的動力。如果挖掘區塊鏈的方式不對，就無法得到投資回報。
藉助權益證明 (PoS)機制，無需付出外在成本。除了礦工，我們還有能夠提議（或產生）區塊的驗證者。他們可以使用普通計算機生成新的區塊，但前提是必須投入大量權益資金，而且需要在全部資金鍊中佔據相當可觀的比例，才能享有該特權。根據各個協議的規則，用戶需使用預先確定數量的區塊鏈原生加密貨幣進行抵押。
儘管不同的實施方式會導致結果千差萬別，但一旦驗證者抵押了自己的單位，協議就會隨機選擇一位符合條件的用戶宣佈下一個區塊。如果操作正確，這些用戶便能夠獲得獎勵。也有可能存在衆多驗證者都希望下一個區塊進行抵押的情況，那麼區塊鏈會按照每名驗證者投入的抵押比例分配獎勵。
“純”權益證明區塊鏈不如委託權益證明 (DPoS) 常見，後者需要用戶對節點（見證）進行投票，驗證整個網絡的區塊。
以太坊是領先的智能合約區塊鏈，在遷移至以太幣 2.0 的過程中將逐漸過渡至採用權益證明機制。
權益證明的優點
環保 – 權益證明遠低於工作量證明挖礦產生的碳足跡。權益質押消除了對資源密集型哈希操作的需求。
交易速度加快 – 由於無需在協議設置的任意難題上投入額外算力，部分權益證明的支持者認爲它可以提高交易的吞吐量。
權益質押獎勵和利息 – 這部分利益不會支付給礦工，因爲保護網絡安全的獎勵會直接進入代幣持有者的賬戶。在某些情況下，權益證明允許用戶僅通過質押其資產的方式獲得被動收入（以空投或利息的形式發放）。
權益證明的缺點
相對未經測試 – 權益證明協議尚未進行大規模測試。執行過程中或者加密經濟學中可能存在某些未知漏洞。
富豪統治 – 部分用戶擔心權益證明鼓勵“富者更富”的生態系統，因爲只要驗證者投入越多的權益，便能分得更多獎勵。
無利害關係問題 – 在工作量證明機制中，礦工只能在一條鏈上“押注”，因此他們往往會選擇在成功率最高的鏈上挖礦。硬分叉期間，他們無法在保持哈希算力不變的情況押注多條鏈。然而，在權益證明機制下，驗證者只需增加少量成本，即可同時在多條鏈上挖礦，因此很可能會造成經濟問題。
其他共識算法
工作量證明和權益證明是最常見的兩大共識算法，除此之外，還存在許多其它算法。某些算法會結合兩個系統的元素，而另一些則是完全不同的算法。
本次暫時不作討論，如果感興趣可查看以下文章：
區塊鏈交易能否撤回？
从设计角度来看，区块链是运行极为稳健的数据库。其固有属性使得区块链数据一经记录之后便很难删除或修改。 而且在比特币和其他大型网络领域，发生这种事故的概率微乎其微。因此，你在区块链进行交易时，请三思，因为没有回旋的余地。
话虽如此，但是市面上存在许多实施区块链的方式，这些方式最本质的区别在于如何达成网络内部共识。这意味着，在某些实施方式中，尽管某个群组参与人数相对较少，但可以在网络内获得足够的权力来有效撤回交易。因此在某些小型网络上流通山寨币（挖矿竞争小，导致哈希率低）的情况才尤其令人担忧。
什麼是區塊鏈可擴展性？
區塊鏈可擴展性通常用作涵蓋性術語，指代區塊鏈系統滿足不斷增長的需求的能力。儘管區塊鏈集衆多期望屬性於一身（例如去中心化、防審查、不可篡改），但也並非完美無缺。
與去中心化系統相比，中心化數據庫的運行速度更快、吞吐量更高。後者的存在自有其道理，例如每次更改內容時，無需通過分佈在全球的數千個節點與網絡進行同步。區塊鏈則恰恰相反。因此，可擴展性多年來一直是區塊鏈開發人員爭論不休的話題。
爲了解決區塊鏈的部分性能缺陷，早就有人提議或實施了各種各樣的解決方案。然而，直至今日也沒有得出一個完美方案。也許需要嘗試無數種解決方案，才能最終尋得解決可擴展性問題的明確答案。
宏觀層面上，仍有一個關於可擴展性的基本問題有待解決：我們應該提高區塊鏈本身的性能（鏈上擴展），還是應該允許多筆交易同時進行而且不使主區塊鏈膨脹（鏈下擴展）？
兩個研究方向都具有明顯優勢。鏈上擴展解決方案可以縮小交易規模，甚至優化數據在區塊中的存儲方式。另一方面，鏈下解決方案可能需要分批處理主區塊鏈上的交易，而且只能稍後再將其添加至區塊鏈中。另外，側鏈和支付通道也是值得深入研究的鏈下解決方案。
如需詳細瞭解本主題，敬請參閱《區塊鏈可擴展性：側鏈和支付渠道》。
爲什麼區塊鏈需要擴容？
區塊鏈系統如欲與中心化系統抗衡，則至少需要具備同樣出色的性能。在實際情況中，前者必須擁有更佳的性能，才能激勵開發人員和用戶向區塊鏈平臺和應用傾斜。
這意味着，相較於中心化系統，區塊鏈必須爲開發人員和用戶提供更好的使用體驗，如速度更快捷、價格更實惠且操作更簡便。但是如果在確保這些前提下，還需維持前文所討論的區塊鏈的基本特徵，實際上並非易事。
什麼是區塊鏈分叉？
所有軟件都需要進行升級，區塊鏈軟件也不例外，只有通過升級才能解決問題、添加新規則或刪除舊規則。由於大多數區塊鏈軟件具有開源性，理論上每位用戶都有權力在治理網絡的軟件中添加更新內容。
請記住，區塊鏈是分佈式網絡。一旦軟件經過更新，分散在全球數以千計的節點需要進行通信並實施新的版本。但是，如果參與者無法就實施更新內容而達成一致，會發生什麼情況？由於不設任何組織，無法提供具體的決策流程。最終會導致出現軟分叉和硬分叉。
軟分叉
如果所有用戶都能夠對升級達成共識，則皆大歡喜。但是在這種情況下，軟件經過更新後會進行向後兼容的更改，這意味着更新的節點仍然可以與未更新的節點交互。但實際上，據預計，幾乎所有節點都會隨着時間的推移而升級。這便是軟分叉。
硬分叉
硬分叉則相對複雜。新規則一旦實施，則無法與舊規則兼容。因此，如果運行新規則的節點嘗試與運行舊規則的節點交互，是無法實現通信目的的。這種情況會導致區塊鏈一分爲二，原始軟件會繼續在舊鏈上運行，而新鏈則會實施新的規則。
產生硬分叉之後，基本上會存在兩個不同的網絡，並行運行着兩份協議。值得注意的是，在分叉時，區塊鏈原生單元的餘額是舊網絡中的克隆代幣。因此，分叉之後，新鏈中仍有舊鏈上的餘額。
詳情請參閱《硬分叉與軟分叉》。
第 3 章 - 區塊鏈有何用途？
目錄
區塊鏈應用於供應鏈
區塊鏈與遊戲行業
區塊鏈應用於醫療保健領域
區塊鏈匯款
區塊鏈與數字身份
區塊鏈與物聯網 (IoT)
區塊鏈應用於治理領域
區塊鏈應用於慈善領域
區塊鏈應用於投機領域
集資與區塊鏈
區塊鏈與分佈式文件系統
區塊鏈技術可應用於廣泛用例。下面我們來了解其中的一些類型。
區塊鏈應用於供應鏈
高效供應鏈爲許多企業取得成功奠定了核心基礎，它涉及從供應商運輸至消費者的貨物處理流程。一直以來，特定行業中衆多利益相關者向來是衆口難調。然而，區塊鏈技術可以讓許多行業達到全新的透明水平。建立一個具有互操作性的供應鏈生態系統，並搭載不可篡改的數據庫，正是許多行業運行穩健、安全可靠的依託。
如需瞭解更多內容，敬請參閱《區塊鏈用例：供應鏈》。
區塊鏈與遊戲行業
遊戲行業現已成爲世界規模最大的娛樂產業之一，藉助區塊鏈技術，該行業可受益匪淺。通常來說，玩家總受制於遊戲開發人員。在多數網遊中，玩家被強制要求使用開發人員的服務器空間並遵守他們不斷變化的規則。在這種情況下，區塊鏈可以幫助分散網絡遊戲的所有權、管理和維護工作。
但是，其中最顯著的問題可能是，遊戲道具不能脫離所有權而存在，因爲這將消除真正的所有權和二級市場的機會。通過採用基於區塊鏈的方法，從長遠來看，如果遊戲內道具發行爲加密收集物，而且在現實世界中具有價值，那麼遊戲將更具可持續性。
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區塊鏈應用於醫療保健領域
醫療系統必須通過可靠的方式存儲醫療記錄，然而，系統對中心化服務器的依賴會導致敏感信息極易遭受盜取。然而，區塊鏈技術的透明度和安全性使其成爲了存儲醫療記錄的理想平臺。
在區塊鏈中使用加密方式保護患者病史，能有效保護患者隱私，同時各大醫療機構之間能夠共享患者的醫療信息。目前醫療系統處於較爲分散的狀態，如果所有參與者都能進入一個安全的全球數據庫，那麼他們之間的信息流動效率就會快得多。
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區塊鏈匯款
如需進行國際轉賬，傳統銀行業務流程往往十分複雜。這主要是由於中介網絡錯綜複雜，而且還需繳納手續費，等候結算，一系列因素導致使用傳統業務流程進行緊急交易時，不僅成本高而且可信賴度低。
加密貨幣和區塊鏈取消了存在中間商的生態系統，全球各地均可進行實惠、高效的轉賬。儘管區塊鏈無疑會犧牲某些期望屬性的性能，但已有一系列項目正在利用該技術實現費用親民、瞬間到賬的交易。
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區塊鏈與數字身份
人人都希望能夠安全管理互聯網上的身份信息，因此迫切需要一個快捷的解決方案。如今，中心化服務器儲存了大量的個人數據，並在本人不知情或未經本人同意的情況下使用機器學習算法分析這些數據。
區塊鏈技術允許用戶擁有本人數據的所有權，只有在需要時纔有選擇地將信息透露給第三方。這種類型的加密技術可以讓人們在不犧牲隱私的情況下獲得更順暢的在線體驗。
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區塊鏈與物聯網 (IoT)
如今大量物理設備均已接入互聯網，而且數量只增不減。一些人猜測，區塊鏈技術將大大增強設備之間的通信和合作力度。自動化機器對機器 (M2M) 小額支付可以創造一個新的經濟環境，但需依賴於一個安全、具有高吞吐量的數據庫解決方案。
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區塊鏈應用於治理領域
分佈式網絡可以以計算機代碼的形式定義和執行自己的監管形式。因此，區塊鏈可能有機會實現去中心化，繞過地方、國家甚至國際層面的各種治理過程，這就不足爲奇了。
更重要的是，它可以解決開源開發環境目前面臨的最大問題之一，即缺乏可靠的資金分配機制。區塊鏈治理可確保所有參與者都能參與決策，並能夠針對實施哪些具體政策提供透明化概述。
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區塊鏈應用於慈善領域
慈善組織因其接受資金的方式受限，其事業往往容易遭到阻礙。更令人沮喪的是，捐贈資金的最終目的地有時難以精確追蹤，這無疑使許多人望而卻步，從而不願意支持這些組織。
“加密慈善”的重點便是使用區塊鏈技術來規避這些限制。這種模式依靠技術的固有特性，確保提高透明度、促進全球參與和減少開支。該新興領域正在尋求一種方式，以最大限度地提高慈善機構的影響力。而區塊鏈慈善基金會正是這樣一個組織。
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區塊鏈應用於投機領域
毋庸置疑，區塊鏈技術備受投機領域追捧。交易平臺之間的無摩擦轉賬，非託管交易解決方案，以及不斷髮展的衍生產品生態系統，使其成爲所有類型投機者的理想競技場。
由於其固有特性，那些願意承擔風險參與這種新興資產類別投資的用戶會將區塊鏈視爲絕佳的工具。有些人甚至認爲，一旦技術和周邊監管手段發展成熟，全球投機市場極有可能會在區塊鏈上採用代幣化模式。
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集資與區塊鏈
在線衆籌平臺發展數十年，已爲點對點經濟奠定堅實基礎。這些網站的成功案例表明，外界對衆籌產品的開發確有興趣。然而，這些平臺作爲資金的託管方，可能會從中抽取相當一部分費用作爲手續費。此外，他們將制定自己的規則集，以促進不同參與者之間的協議。
區塊鏈技術，更具體來說是智能合約，可以實現更加安全、自動化的衆籌模式，在此模式下，計算機代碼會定義相應的協議條款。
採用區塊鏈技術進行衆籌的其他應用還包括：首次代幣發行 (ICO)和首次交易所發行 (IEO)。在類似的代幣銷售流程中，投資者籌集資金，期望網絡在未來能夠取得成功，而他們也將獲得相應的投資回報。
區塊鏈與分佈式文件系統
與傳統的中心化存儲方式相比，互聯網分佈式文件存儲具有更多優勢。存儲在雲中的大量數據都依賴於中心化服務器和服務提供商，這些服務器和服務提供商往往更容易受到攻擊或丟失數據。在某些情況下，由於中心化服務器須接受審查，用戶有時還會面臨無法訪問的問題。
從用戶的角度來看，區塊鏈文件存儲解決方案與其他雲存儲解決方案的原理相同，你可以上傳、存儲和訪問文件。然而，在後臺發生的操作卻存在千差萬別。
如果你將文件上傳至區塊鏈存儲庫，這些文件會分散至幾個節點並進行復制。在某些情況下，每個節點都將儲存部分文件內容。一部分的數據對他們用處不大，但你可隨時要求這些節點提供各個部分，這樣你可以化零爲整，從而得到一份完整的文件。
存儲空間來自於向網絡提供其存儲空間和帶寬的參與者。通常情況下，如果參與者提供這些資源，將獲得經濟獎勵，但如果不遵守規則或未能存儲和提供文件，則會受到經濟懲罰。
你可以把這種類型的網絡看作類似於比特幣的網絡。不過在這種情況下，網絡的主要目標並非支持貨幣價值轉移，而是實現抗審查、分散的文件存儲模式。
其他開源協議，如星際文件系統 (IPFS) 已爲這種全新的、持久的、分佈式的網絡鋪平了道路。其實 IPFS 只是協議和點對點網絡，準確來說，並非區塊鏈。但是，它應用了區塊鏈技術的一些原理來提高安全性和效率。
