重點
區塊鏈是一種數位分類賬，可以透過分散式電腦網路安全地記錄交易資料。
區塊鏈透過密碼學和共識機制的不可變性質確保資料完整性，這意味著資訊一旦記錄，就無法追溯更改。
區塊鏈構成了比特幣和以太坊等加密貨幣網路的支柱，有助於促進金融以外各個領域的透明度、安全性和信任。
介紹
區塊鏈技術透過引入去中心化、透明且安全的數據和交易管理方式，改變了各行各業，尤其是金融業。雖然它最初是比特幣等加密貨幣的基礎，但其應用已發展到包括供應鏈管理、醫療保健、投票系統等等。
什麼是區塊鏈？
區塊鏈是一種特殊的資料庫。它是一個由分散式電腦網路維護的去中心化數位帳本。區塊鏈資料被組織成區塊，這些區塊按時間順序排列並透過密碼學保護。
這種結構確保資料透明、安全且不可變。在區塊被確認並添加到鏈中之後，幾乎不可能更改儲存在區塊中的資料。分散的結構也消除了對中央權威的需要。區塊鏈交易可以在用戶之間進行，無需中介機構。
有不同類型的區塊鏈，具有不同程度的去中心化。儘管如此，區塊鏈一詞通常指的是用於記錄加密貨幣交易的去中心化數位分類帳。
區塊鏈簡史
區塊鏈的最早模型是在 20 世紀 90 年代初創建的，當時電腦科學家 Stuart Haber 和物理學家 W. Scott Stornetta 在區塊鏈中採用了加密技術，作為保護數位文件免遭資料篡改的方法。
Haber 和 Stornetta 啟發了許多其他電腦科學家和密碼學愛好者的工作，最終導致比特幣的誕生，成為第一個由區塊鏈技術驅動的加密貨幣。從那時起，區塊鏈的採用顯著增長，加密貨幣現已成為全球現象。
雖然區塊鏈技術通常用於記錄加密貨幣交易，但它也適用於記錄許多其他類型的數位數據，並且可以應用於廣泛的用例。
區塊鏈的主要特徵和優勢
去中心化：資訊儲存在電腦網路（節點）而不是單一中央伺服器上。像比特幣這樣的大型去中心化網路對攻擊具有很強的抵抗力。
透明度：大多數區塊鏈是公共的，這意味著所有參與者都可以存取相同資料庫。交易對所有參與者都是可見的。
不變性：一旦資料加入區塊鏈中，如果沒有網路共識，就無法更改。
資料安全：密碼學和共識機制確保提供強大的保護，防止資料竄改。
效率：區塊鏈可以消除對中介機構的需求，從而實現更快、更便宜的交易。交易近乎即時處理。
什麼是區塊鏈中的去中心化？
區塊鏈中的去中心化是指網路的控制權和決策權分佈在使用者之間，而不是由銀行、政府或公司等單一實體控制。
在去中心化的區塊鏈網路中，沒有中央機構或中介機構來控制資料或交易的流動。相反，交易由分散式電腦網路驗證和記錄，這些電腦協同工作以維護網路的完整性。
區塊鏈如何運作？
區塊鏈的核心是一種數位帳本，以防篡改的方式安全記錄兩方之間的交易。這些交易資料由全球分佈的電腦網路（節點）記錄。
當愛麗絲向鮑伯發送一些比特幣時，交易就會廣播到網路。每個節點透過驗證數位簽章和其他交易資料來驗證交易。一旦交易被驗證，它就會與其他交易一起添加到區塊中。我們可以將每個區塊視為數位帳本的一頁。
使用加密方法將區塊連結在一起，形成區塊鏈。驗證交易並將其添加到區塊鏈的過程是透過共識機製完成的，這是一組規則，用於管理網路上的節點如何就區塊鏈狀態和交易有效性達成一致。
簡而言之，區塊鏈
1. 交易記錄
當交易啟動時（例如，傳輸加密貨幣），它會被廣播到節點網路。每個節點使用預先定義的規則驗證交易。
2. 區塊形成
經過驗證的交易被分組到一個區塊中。每個區塊包含：
數據（例如交易詳細資訊）
時間戳
加密哈希：透過哈希演算法運行區塊資料而創建的唯一識別碼。
前一個區塊的雜湊值：這就是將區塊連結在一起形成鏈的原因。
3. 共識機制
要為鏈中添加區塊，網路參與者必須就其有效性達成一致。這是透過工作量證明 (PoW) 和權益證明 (PoS) 等共識演算法來實現的。我們很快就會更詳細地討論兩者，但這裡有一個簡短的總結：
工作量證明（PoW）：由比特幣使用，PoW 要求區塊驗證器使用運算能力來解決複雜的問題。
權益證明 (PoS)：由以太坊等較新的區塊鏈使用，其中區塊驗證器是根據其在網路中的權益來選擇的。
4. 鏈條連接
一旦驗證，該區塊就會被添加到區塊鏈中。每個後續區塊都會引用前一個區塊，確保防篡改結構。換句話說，要驗證新區塊，它必須使用前一個區塊識別碼。
5. 透明度
區塊鏈的另一個特點是它的透明度。任何人通常都可以在稱為區塊鏈瀏覽器的公共網站上檢查區塊鏈的數據，包括所有交易數據和區塊數據。
例如，您可以查看比特幣網路上記錄的每筆交易，包括發送者和接收者的錢包地址、轉帳金額等等。您還可以追蹤所有比特幣區塊，一直追溯到第一個區塊，即創世區塊。
區塊鏈密碼學
密碼學是區塊鏈維護安全、透明和防篡改交易記錄的關鍵。例如，哈希是區塊鏈中使用的一種重要的加密方法。這是一個將任意大小的輸入轉換為固定大小的字串的加密過程。
區塊鏈中使用的雜湊函數通常是抗碰撞的，這意味著找到產生相同輸出的兩條數據的幾率非常小。另一個特徵稱為雪崩效應，指的是輸入資料的任何微小變化都會產生截然不同的輸出的現象。
讓我們用比特幣中使用的 SHA256 函數來說明這一點。正如您所看到的，更改字母的大小寫會導致輸出顯著不同。雜湊函數也是單向函數，因為透過對雜湊輸出進行逆向工程來獲得輸入資料在計算上是不可行的。
區塊鏈中的每個區塊都安全地包含前一個區塊的哈希值，從而建立了強大的區塊鏈。任何想要更改一個區塊的人都需要修改所有後續的區塊，這項任務不僅在技術上具有挑戰性，而且成本高昂。
區塊鏈中廣泛使用的另一種密碼方法是公鑰密碼學。也稱為非對稱加密技術，它有助於在用戶之間建立安全且可驗證的交易。
這就是它的工作原理。每位參與者都有一對獨特的金鑰：他們保密的私鑰和公開分享的公鑰。當用戶發起交易時，他們使用私鑰對其進行簽名，從而創建數位簽名。
然後，網路中的其他用戶可以透過將發送者的公鑰應用於數位簽章來驗證交易的真實性。這種方法確保了交易的安全，因為只有私鑰的合法所有者才能授權交易，並且每個人都可以使用公鑰驗證簽名。
什麼是共識機制？
共識演算法是一種允許使用者或機器在分散式環境中進行協調的機制。它需要確保系統中的所有代理都能就單一事實來源達成一致，即使某些代理失敗了。
共識機制確保網路中的所有節點都擁有相同的帳本副本，其中包含所有交易的記錄。
當數以萬計的節點保存區塊鏈資料的副本時，很快就會出現一些挑戰，包括資料一致性和惡意節點。為了確保區塊鏈的完整性，有各種共識機制來控製網路節點如何達成協議。讓我們仔細看看主要的共識機制。
共識機制的類型
什麼是工作量證明？
工作量證明（PoW）是許多區塊鏈網路中使用的共識機制，用於驗證交易並維護區塊鏈的完整性。這是比特幣最初使用的共識機制。
在 PoW 中，礦工們競相解決複雜的數學問題，以便將下一個區塊添加到區塊鏈中。在稱為挖礦的過程中，第一個解決問題的礦工將獲得加密貨幣獎勵。
礦工必須使用強大的電腦來解決數學問題、開採新硬幣並保護網路安全。這就是為什麼採礦過程需要大量資源（運算能力和能源）。
什麼是權益證明？
股權證明（PoS）是一種共識機制，旨在解決工作量證明（PoW）的一些缺點。在 PoS 系統中，礦工不再競爭解決複雜的數學問題來驗證交易並向區塊鏈添加新區塊，而是根據他們在網路中「抵押」的加密貨幣數量來選擇驗證者。
權益代表驗證者作為抵押品持有的加密貨幣數量。通常，PoS 驗證器會被隨機選擇來建立新區塊並根據其權益大小驗證交易。他們因創建新區塊而獲得交易費獎勵，並作為為網路最佳利益行事的激勵。如果他們採取惡意行為，他們就有失去抵押加密貨幣的風險。
其他流行的共識機制
工作量證明和權益證明是最常見的共識演算法，但還有許多其他類型。有些是結合了兩個系統元素的混合體，而有些則是完全不同的方法。
例如，委託權益證明 (DPoS) 與 PoS 類似，但不是所有驗證者都有資格創建新區塊，而是代幣持有者選舉一小部分代表來代表他們創建新區塊。
另一方面，在權威證明（PoA）中，驗證者透過其聲譽或身分來識別，而不是透過他們持有的加密貨幣數量來識別。驗證者是根據其可信度來選擇的，如果他們有惡意行為，可以將其從網路中刪除。
區塊鏈網路有哪些不同類型？
公鏈
公共區塊鏈是一個去中心化的網絡，向任何想要參與的人開放。這些網路通常是開源、透明且無需許可的，這意味著任何人都可以存取和使用它們。比特幣和以太坊是公共區塊鏈的例子。
私有區塊鏈
私有區塊鏈，顧名思義，是不對外開放的區塊鏈網路。私有區塊鏈通常由單一實體（例如公司）運行，並用於內部目的和用例。
私有區塊鏈是經過許可的環境，具有規定誰可以查看和寫入鏈的既定規則。它們不是分散的系統，因為有明確的控制層次結構。然而，它們可以是分散式的，因為許多節點在其機器上維護鏈的副本。
聯盟鏈
聯盟鏈是公共區塊鏈和私有區塊鏈的混合體。在聯盟鏈中，多個組織聚集在一起創建一個共同管理和治理的共享區塊鏈網路。這些網路可以是開放的，也可以是封閉的，這取決於聯盟成員的需求。
聯盟鏈不是任何人都可以驗證區塊的開放系統，也不是只有一個實體指定區塊生產者的封閉系統，而是由少數同等強大的各方充當驗證者。
系統的規則很靈活：鏈的可見性可以只限於驗證者，對授權個人可見，或對所有人可見。如果驗證者能夠達成共識，則可以輕鬆實施變更。至於區塊鏈是如何運作的，如果這些各方在一定的閾值下誠實行事，系統就不會出現問題。
區塊鏈有什麼用？
雖然區塊鏈技術仍處於起步階段，但它已經在許多不同行業中使用案例。區塊鏈技術目前最常見的一些應用包括：
1. 加密貨幣
區塊鏈技術的開發是為了支持加密貨幣的創建，加密貨幣使用區塊鏈作為記錄交易的安全且去中心化的分類帳。
雖然傳統的跨境交易涉及中介機構和高額費用，但區塊鏈可以實現更快、更便宜、更透明的國際轉帳。除了其價值儲存屬性外，許多人還使用比特幣和其他加密貨幣進行全球匯款。
2. 智能合約
智能合約是自動執行的合約，可以編程為在滿足某些條件時自動執行。區塊鏈技術能夠以安全和去中心化的方式創建和執行智慧合約。
智慧合約最受歡迎的應用程式之一是去中心化應用程式（DApp）和組織（DAO），它們是去中心化金融（DeFi）平台的重要組成部分。 DeFi 平台利用區塊鏈在沒有傳統機構的情況下提供借貸和交易等金融服務。這使得金融工具的取得更加民主化。
3. 代幣化
房地產、股票或藝術品等現實世界資產 (RWA) 可以被代幣化（轉換為區塊鏈上的數位代幣）。這可以提高流動性並擴大投資機會。
4. 數位身份
區塊鏈可用於創建安全且防篡改的數位身份，可用於驗證個人資訊和其他敏感資料。隨著我們越來越多的個人資訊和資產轉移到網路上，這一點可能變得越來越重要。
5. 投票
透過提供所有投票的去中心化、防篡改帳本，區塊鏈技術可用於創建安全、透明的投票系統，消除選民詐欺的可能性並確保投票過程的完整性。
6.供應鏈管理
區塊鏈技術可用於建立供應鏈內所有交易的分類帳。每筆交易（或一組交易）都可以記錄為區塊鏈上的區塊，從而創建整個供應鏈流程的不可變且透明的記錄。
結束語
區塊鏈技術提供了一種安全、透明的方式來記錄交易和儲存資料。這項技術透過將數位世界的信任和安全性提升到了新的水平，正在為產業帶來革命性的變化。
無論是實現點對點交易、創建新形式的數位資產，還是促進去中心化應用程序，區塊鏈技術都開闢了一個充滿可能性的世界。隨著該技術不斷發展並獲得更廣泛的採用，我們預計未來幾年將會出現更多創新和變革性的用例。
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