前言
近期，由于工作需要，对区块链相关技术进行了大量的调研和学习。本文将从一个开发者的角度对整个区块链行业技术的发展进行全面的总结和总结。
文章的目的是帮助大家了解区块链技术出现的目的，它能解决什么问题，以及数字货币的意义和价值。此外，文章后半部分将探讨在区块链快速发展的今天，开发者社区可以做什么。事情。
如今，市场上新的数字货币不断涌现，其中很多都是空气币，其目的是通过诈骗赚钱。只有深刻理解数字货币的底层逻辑，才能清楚地看到它想要达到的目的，谨防上当受骗。
区块链技术
曾经听到一个外行问一个问题：“如果区块链技术成熟了，是不是能够帮助我们国家快速研发芯片？”这样的问题让人感觉天真可爱。很多朋友对区块链的本质并不熟悉。缺乏基本的了解，误以为它是万能的，似乎任何问题在它面前都不值一提。
区块链技术并不能解决所有问题。它出现的目的是解决人或机构之间的信任问题，使互联网通信数据和网络交换真正实现。
为了更好地理解区块链的本质，我们以同样热门的技术人工智能为例。人工智能解决的是单个物体的生产力问题。通过使用人工智能相关技术，物体拥有更强大的能力。过去，很多做不到的事情，现在都可以通过人工智能来完成。
例如，自动驾驶汽车和天气预报。无论是能够自动驾驶的汽车还是预测天气的系统，它们都需要与其他系统进行数据通信。区块链需要解决的问题是让物体之间能够进行信息交换。变得真实可信。
有的朋友可能会问，真实的信息交流有那么重要吗？它不能解决任何重大问题。是否需要大量的人力、财力去研究？
从实践层面来看，尤其是在某些领域，数据的真实性非常重要。
假设一家跨国集团通过全民公决选举出该公司的新任首席执行官。公司规模庞大，员工数十万，如果保证投票数据必须真实可靠，不会被暗中操纵呢？
目前还没有万无一失的方法。但如果将投票过程公布到区块链上，就可以保证数据真实可靠。因为区块链解决方案从技术层面直接隔离了数据的不可篡改。每个人的投票记录都是公开的、可追溯的，一旦存入区块链就无法修改。
投票只是区块链技术的应用方向之一。国家历史、居民信用记录、药品追溯等数据一旦出现就无法篡改。另外，在特别关键的金融领域，每个人的转账记录都应该是可追溯的、不可修改的。如果金融体系不能保证金融数据的绝对信任，那么发展互联网金融就没有意义。
区块链原理
从上面的例子可以看出，区块链存储数据一般，但与普通数据库相比，它具有以下三大特点。
区块链采用什么样的架构才能具备以上三个特点？
点击放大上面的图片。该图片包含按顺序排列的块。每个块存储一组数据记录。这些块首尾相连，形成一条长链。区块称为区块，整个链条由区块连接起来。由此产生的链称为区块链。
第一个区块通常由区块链的开发者创建，称为创世区块。假设区块链目前只有一个创世区块，后续区块分别命名为区块1、区块2、区块3等。
此时，张三投票给了李四，这条数据记录将在节点网络中广播。区块1收到这条消息，把这条记录存入区块1。过了一会儿，王五也把票投给了李四。一旦您投票，该记录也将存储在区块 1 中。
随着越来越多的投票记录被记录，区块1继续被存储在内存中。当内存快满的时候，块1被打包，封装成一个完整的块。此时区块链上就有了两个完整的区块。区块、创世区块和区块 1。
区块1打包完成后，在区块1之后会创建一个空的区块2，区块2的头部指向区块1的哈希索引。安排谁来打包封装的过程是在数字货币中。该领域称为采矿。
上面提到了节点网络和哈希索引这两个专业术语。它们是什么意思？
在回答上述问题之前，我们先来明确一下区块链的存储机制。
既然区块链是用来存储数据的，那么它存在于哪里呢？众所周知，当前所有的互联网应用数据都存储在数据库服务器中。例如，微信的聊天记录存储在微信的服务器中，微博的实时新闻存储在微博的服务器中。
这些数据属于企业的私有财产，完全由企业掌控。它可以根据需要删除它，根据需要检查它，根据需要更改它（当然，它实际上不会这样做）。数据完全由互联网公司掌控。集中控制就是所谓的集中化。
中心化的缺点是什么？
区块链技术的普及将彻底打破中心化格局，预示着未来新时代——web3.0的到来。
web3.0的目标是实现数据的去中心化，打破互联网巨头的垄断，让每个人都参与数据的生产、使用、管理和监督。
区块链如何实现去中心化的目标？
我们以上面的投票案例为例。为了实现投票工作的公平、公正、公开，跨国集团采纳了技术人员张三的建议，决定将整个投票工作搬到区块链上执行。
张三的技术团队为公司开发了一个客户端程序，为所有员工提供投票功能。王武是该公司的一名普通员工。他积极响应公司的号召，在自己的电脑上下载安装了客户端程序，发现自己最喜欢的目标是李四，按下确定按钮为他投票。
这时，王五选择李四的记录就会被发送到区块链上进行存储，数千名员工也会像王五一样对客户端发起投票。无数的投票记录将不断被发送到区块链上。当一个块满时，立即打包封装，并继续添加到下一个块中。最后一条长链由此形成。
现在回到上面的问题，这条长长的区块链存储在哪里？答案可能会让你感到惊讶。假设公司有 100,000 人，那么这 100,000 名员工中的每一位都会在他们的计算机上存储这个区块链的副本。长区块链数据。
有的朋友可能会问，同样的数据存储在10万台电脑上不是浪费资源吗？
确实如此，但正是因为每个人都保存了备份，所以每个人都直接成为了数据的维护者和管理者，而这些数据的命运将由每个人共同决定。这就是区块链的实现。中心化的核心逻辑。
我们再次回到上面提出的问题，什么是节点网络？什么是哈希索引？
成千上万的员工都像王舞一样安装了客户端程序，所以每个员工的电脑都是区块链上的一个节点，所有节点组成的网络就是节点网络。
每个节点都存储一份完整的区块链数据副本，客户端程序在后台悄悄连接所有节点，让节点广播消息并同步数据。
什么是哈希索引？
回想一下上面介绍区块链架构的图片。每个块存储一系列消息记录。事实上，当每条消息记录被添加到块中时，都会使用加密算法为该记录生成唯一的字符串。哈希值（也称为哈希索引）。
什么是哈希值？
它类似于身份证号码。它是这条数据的唯一标识。在计算机中，它是由字母、数字和符号随机组合而成的一长串。如果有人把王五选择李四的记录改成王五选择牛二，那么这个数据的哈希值就会立刻改变。
不仅每条记录都会生成一个哈希值，而且每个块都会生成与块中包含的内容相对应的唯一哈希值。
李斯竞选的对手牛二看到投票形势对自己十分不利，心中泛起涟漪。
牛二突然想起远房表弟的遗孀嫁给了村里卖烧饼的李二狗的父亲。李二狗毕业的时候，让牛二去张三的技术团队找工作，可惜二狗却在张三的技术团队找到了工作。狗工作多年，失去了天赋和知识，年纪轻轻就秃顶了。
牛二赶紧联系二狗，希望他利用技术手段篡改区块链上的数据，扭转目前选举中不利的局面。电话最后，他答应将多年未能嫁人的女儿介绍给他。二狗高兴地答应了。
二狗兴奋得买了两盒可乐，三天没睡。他最终篡改了计算机上存储的区块链数据。但当数据与其他节点同步时，神奇的一幕出现了。其他节点均通过算法验证。之后，发现二狗电脑上的数据被篡改，并且不承认。
其他节点是如何做到的呢？
二狗将区块链中存储的某一条记录从王五选择李四改为王五选择牛二，那么这条数据的哈希值就会发生变化，这个区块的哈希值也会相应发生变化。改变。还记得我们之前提到过的吗？每个块的标头将链接到前一个块的哈希值。现在由于数据篡改，前一个区块的哈希值发生了变化，导致后续区块失效。算法验证。
从上述案例可以看出，区块链通过密码学消除了数据篡改的可能性，使得所有数据记录真实可信。即便如此，很多朋友心中仍然存在误区。区块链是数字货币，区块链只是为了赚钱和融资。
区块链与数字货币
从狭义上理解，区块链是一种去中心化数据存储的技术。其目标是实现web3.0，与数字货币无关。
数字货币是利用区块链技术开发的一种具体实现。例如，一家跨国集团利用区块链技术开发了投票系统。日本中本聪想利用区块链技术开发数字货币。
那么为什么一提到区块链就离不开数字货币呢？
这是因为区块链的三大特性是公开透明、记录可追溯、不可篡改，这些特性非常适合货币。如果区块链技术能够应用到金融领域，那么数字货币的信用体系就能获得公众的认可。
很多朋友可能不知道，区块链技术已经在现实社会的很多领域得到应用，但还没有发行数字货币。比如我们接下来要讲解的私有链和联盟链。
区块链按照类型分为三种：公有链、私有链和联盟链。
目前市场上非常流行的比特币和以太坊构建的区块链都是公有链。任何公链都意味着每个人都可以参与其中获取信息、发起交易等。
私有链并不向所有人开放。加入私有链必须首先获得相关组织或个人的授权。比如上面介绍的投票系统，需要搭建一条私链，只有公司员工才能参与投票。
联盟链也是私有链的一种。一般来说，大型平台机构通常会建立联盟链来存储一些关键数据。例如，国家银行和公共机构将投资联盟链上的研发。
私有链、联盟链相关应用的开发不需要数字货币的参与。比如，投票系统的核心目的是完成公平公正的选举，刻意创造数字货币就没有任何意义。
数字货币的基本原理
数字货币是区块链技术的具体应用，但同时又促进了区块链技术的发展。
本节将选择比特币和以太坊为素材，讲解数字货币的使命和意义，以及其运行机制和对区块链行业的影响。
比特币
不知道什么时候，说起区块链就不得不提到比特币，这足以说明比特币在数字货币中的地位。
比特币的使命是建立一个人人参与维护的超级账本。那么什么是超级账本呢？
张三、李四、王五、牛二住在一座孤岛上。张三身强体壮，擅长钓鱼；李四性情柔弱，擅长缝纫；王五是名牌大学建筑系的高材生，会搭棚子。牛二已经没有体力了。他不知道如何做任何工作，但他有商业头脑。
为了物尽其用、人尽其才，牛二把大家聚集在一起，想出了一个计划。首先给所有产品定价，一条鱼10元，搭棚子100元，缝制野人服50元。
有一天，张三让王五搭一个棚子。牛二记下了张三的一百块钱，转给了王五。
张三又从李四那里买了一套野人套装，牛二记下了张三转给李四的一笔50块钱。
王五和李四也想吃东西，就各从张三那里买了一条鱼。
牛二记录了两笔交易，王五转账10元给张三，李四转账10元给张三。
通过牛二硕里的账本，我们可以发现张三的余额为-130元，张三欠王五90元，张三欠李四40元。
理论上，只要这个账本持续被记录，每个人的余额和交易状态都可以被计算出来。即使人与人之间不使用现金交易，账本中记录的余额仍然可以用于人与人之间的经济交易。如果我们继续下去，这个账本的功能将非常像银行。
荒岛上四人的所有交易记录都由牛二一人掌控。这是一个集中式账本。如果牛二想要做假账，别人就很难察觉。
比特币构建的区块链相当于牛二中的账本，但这个电子账本是大家共同维护的，并不是由任何个人单独控制的。交易记录一旦记录在区块链中，就无法再使用。被篡改。
此外，比特币不能用于信用。如果一笔交易是由张三发起的，转账100元给李四，则说明张三的余额至少大于100元，这笔交易就被认为是合法的。
日常交易使每个人的账户余额都处于动态变化中。余额需要根据账本中的交易记录来计算。随着交易数量不断增加，牛二每天都在计算这个，心力交瘁。对于人类来说，计算不仅缓慢而且容易出错。但是计算机的会计能力很强，不然就不会叫计算机了。
随着孤岛互联网技术的不断发展，荒岛上的四人顺势而为，放弃了原来的中心化账本，决定未来使用比特币进行交易。张三本想让王五建一座城堡来逗女儿玩，王五却加班加点地用了一座。月结后，张三打开手机APP，向王五的钱包转了100个比特币。然后这条记录被记录在区块链上，交易就完成了。
同样，王五想从张三那里买一只乌龟，送妻子去上班。快递员到达后，王五打开手机APP，给张三转了50个比特币，确认收货。该交易被视为已完成。牛二终于遗憾的是，自从账本被加入区块链之后，他就不能再偷偷赚几块钱了。
以上介绍的都是比特币的功能和意义，那么挖矿到底是什么呢？比特币和挖矿有什么关系？
挖矿机制及原理
比特币官方有一个客户端程序。一旦计算机下载、安装并运行客户端，该计算机就成为一个节点。
应用程序首次启动时，会与节点网络同步信息，下载并保存某个节点上的区块链信息到本地计算机，使本地计算机拥有区块链数据的备份。
比特币的目标是构建一个超级账本，它包含钱包的功能，主要用于进行交易转账。
钱包实际上是私钥、地址和区块链数据的管理工具。
该地址相当于银行帐号。一些数字货币将其称为公钥。如果有人想转账给您，他们会将比特币转账到您的地址。它看起来像什么？像这样的东西。
私钥相当于银行密码。如果你想给别人转账，就需要通过私钥转账。另外，私钥一定不能泄露，否则别人会转移你所有的比特币。
区块链数据是存储在区块链上的交易记录。张三的客户端程序扫描电脑上的区块链数据，找到所有与他相关的交易记录，并计算出账户余额。
张三发现余额中还有2个比特币，他想全部转给李四。
张三付了2个钱，李四收了2个钱。这条交易记录使用张三的私钥通过加密算法生成哈希值，这就是交易记录的电子签名。
交易记录和电子签名将由应用程序一起广播到节点网络。某个节点监听到这个广播，取出交易记录和电子签名，并使用张三的公钥解密计算来确定该物品。首先检查交易记录是否是张三发起的，其次判断整个过程是否被篡改。
验证交易记录合法后，节点会将交易记录广播给所有其他节点接收，然后节点在本地搜索区块链，查看张三账户中是否有足够的资金。 ，如果是，则该交易已建立，并准备放入区块中存储。接收到广播的其他节点也会做同样的事情，最终这条交易记录将被添加到所有节点计算机上的区块中。
还记得上一节中提到的，当一个块到达无法再存储的地步时，该块将被打包并封装成一个完整的块。那么谁负责这个包装和封装呢？
比特币官方规定，如果有哪个节点愿意做这份辛苦工作，我将用比特币奖励它。
节点网络中有很多节点，它们都在竞相做这项工作。比特币官方遇到麻烦了，该选择谁来做呢？
比特币官方最终设计了一种POW算法来决定由哪个节点来封装和打包区块。
这种利用选定节点作为加壳器的算法统称为共识算法。 POW 是一种共识算法。其他代表性算法包括POS算法和PoST算法。
当一个节点参与共识算法竞争时，它被称为矿工，其为赢得打包者资格而做出的努力被称为挖矿。
如果一个矿工被共识算法选中，那么它就具备了打包和封装的资格，我们可以称之为区块或区块爆炸。
矿工一旦产生区块，就可以从官网获得比特币奖励。
比特币使用的POW算法非常依赖显卡。因此，在比特币热潮期间，市场上高端显卡一机难求。硬件制造商乘着数字货币的潮流赚了很多钱。
现在我们来看看矿工张三的出块过程底层逻辑是如何实现的。
矿工张三的区块填满5000条交易信息，加上一条福利消息后，张三获得2个币、上一个区块的验证码和一个随机数。
关键的一步来了。此时，其他矿工也和张三一样进行了类似的操作。然后他们将不得不争夺生产区块的权利。
张三的电脑首先计算出这个新区块的验证码，使用哈希算法不断地计算。可以即时计算，但要求验证码必须小于区块中的随机值（难度值）。如果值不够小，我就改变随机数，重新计算。如果还是不行，我又把随机数改了一遍，继续计算。经过千亿次的计算，我终于找到了符合条件的验证码，并将其添加到了这个新区域中。 ，包裹现已包装完毕。
张三将新区块广播到网络。其他矿工会验证该区块的所有交易信息，并重点验证针对该区块计算的验证码。如果没有问题，他们会认出这个区块。从此以后，区块链会长出一块，然后处理你本地的交易信息池，清除那些已经记录的，更新张三广播的区块，并在区块链末尾添加一个新的空区块，以备不时之需。以便下一轮发布。争夺区块权。
从上面的过程我们可以看出，谁能赢得出块权，取决于谁能先计算出一个困难的数学问题。有人可能会问，如果两个人同时计算怎么办？币安官方的解释将这种可能性与某种机制的发生隔离开来。
但我们不禁质疑，比特币吸收了全网最高的算力。导致这些算力只作用于区块链本身的数据计算以及整个链的稳定性，并没有对社会做出任何实际的贡献。实在是浪费电。
以太坊
以太坊本身不是数字货币，而是一个数字平台。以太坊使用的数字货币称为以太坊。
很多朋友可能会问，以太坊是和比特币一样的另一种数字货币吗？
以太坊的出现对于区块链的发展具有革命性的意义。它不仅具备数字货币的能力，而且还有进一步的突破。
狭义上理解，以太坊=比特币+智能合约。
什么是智能合约？
智能合约运行在以太坊虚拟机（EVM）上，本质上是部署在以太坊区块链中的一段脚本代码。
我们可以简单理解，以太坊是一个巨大的数字平台。该平台向所有开发人员开放了定制智能合约的能力。智能合约相当于运行在以太坊上的后端代码。这部分可以由开发者来编写，这样作为开发者我们就可以基于以太坊来开发一些日常生活中的应用。
智能合约是使用与 .它具有操纵区块链上的数据的能力。
这和我们目前主流的BS（浏览器-服务器）架构非常相似。浏览器访问智能合约的开放接口，智能合约收到请求后对区块链上的数据进行操作。
BS架构模式下，数据存储在数据库中，后端代码接收前端请求来操作数据库中的数据。现在它已经成为一个智能合约，接受前端请求来操作区块链上的数据。
由于数据存储的容器已经从数据库变成了区块链，基于以太坊开发的应用程序都是去中心化的应用程序。
当然，智能合约还没有传统后端编程语言那么强大。很多功能，比如上传下载、对外发出http请求等，本身并不支持，需要调用其他程序来实现。
目前我们可以使用以太坊来开发一些应用程序，比如投票系统、众筹软件等，因此基于以太坊生态开发的应用程序如雨后春笋般涌现。
网上充斥着三分钟发行数字货币、十分钟发行自己的虚拟货币的新闻。事实上，这些文章教授如何使用代码在以太坊智能合约上开发电子钱包功能。发行的货币是代币（ICO），与比特币、以太坊有着本质的区别。
代币不一定是坏事。比如腾讯会对外发行QQ币，QQ币就是一种代币。用户可以通过QQ币购买腾讯的游戏皮肤或装备，但QQ币不能用于其他用途。公司交易。
腾讯的业务很多，发行代币可以更好地支持自有产品和服务的销售。然而，有些人没有任何实体产业，所以他们使用智能合约开发电子钱包，根据其代码可以任意数量的货币。分发然后广泛推广，欺骗人们购买他们的货币，导致许多无辜的人上当受骗。
比特币和以太坊都有官方的客户端程序，这些客户端程序包括节点同步、挖矿、区块链操作、消息广播、各种算法验证等功能模块。这些代码实现了底层链的所有功能，因此开发此类客户端需要强大的技术实力和专业背景。
当然，也有一些不法分子制作假冒的客户端程序。外面的界面运行得还不错，但里面其实是一个欺骗普通人的空壳。
其次，社会上也会存在一些无良资本家。他们会投资组建一个完整的技术团队，但目的是开发一种不会带来任何实际价值的数字货币。商家煽动媒体和公共关系来制造声势并吸引公众。资本投入之后，风头落尽，受苦最深的还是普通老百姓。这些不良行为给社会带来了不良影响。
回到正题，以太坊的智能合约可以让程序员开发出各种各样的应用，但是如果应用的数据非常大，比如抖音、微博，里面包含了大量的图片、视频资源，这些巨大的体量在哪里？数据存在吗？
IPFS
我们在谈论比特币转账过程时已经提到过，每次向区块链添加一条记录，最终都会同时添加区块链上的所有节点，这意味着每条消息记录都应尽可能保持轻量级。
试想一下，节点网络之间一直有数十万笔交易在进行。如果每笔交易记录的数据量非常大，最终所有节点的并发同步将导致整个区块链崩溃。
一个基于以太坊开发的应用程序想要在区块链上存储视频。如何达到这个要求呢？
IPFS相关技术可以有效解决大数据的区块链存储问题。
IPFS（星际文件系统）是一种网络传输协议。它的出现是为了取代现有的 HTTP 协议，并使 Web 更快、更安全、更开放。
IPFS本身不一定与区块链相关，但它可以设计成与区块链协同工作。
IPFS社区开发了基于IPFS协议的客户端应用程序。这时，IPFS客户端就可以看作是一个去中心化的百度网盘。
用户在IPFS网络上存储一个文件，应用程序返回一串哈希值，这是该文件的唯一证书。下次，可以使用这串哈希值将文件从 IPFS 网络下载到本地计算机。
以太坊上的应用程序可以利用IPFS的能力，将所有大数据量的资源文件存储在IPFS网络上。文件返回的哈希值数据很小，这些哈希值可以存储在以太坊中而不是文件中。在区块链上。
IPFS底层如何存储数据内容？
用户将视频上传到IPFS网络，视频将自动分为几个片段。每个片段的大小可能是数百千元。该视频可以分为20个片段或30个片段。分割后，这些视频片段将随机分布到网络上的各个节点并存储。节点是安装客户端以访问IPFS网络的计算机。
如果视频分为如此多的细分市场，打开并下载视频会不会很麻烦吗？
无需为此担心。上传到IPFS网络的文件首先分为几个片段。整个文件由算法对整个文件进行加密，以生成一个唯一的哈希值字符串 - 文件索引。每个小片段还通过加密算法生成唯一的哈希值。哈希值，然后小片段的哈希值将值以文件的原始顺序排列到哈希列表中。除了视频剪辑，哈希值列表和文件索引外，此文件还包含内容摘要。当用户想下载视频时，他只需要通过索引文件来搜索此信息，您可以平稳打开或下载视频。
IPF的行为模型与资源共享非常相似。但是，它具有致命的弱点。例如，将视频上传到IPFS网络，视频片段分布到不同的节点以进行存储。但是，一旦关闭这些节点，视频资源就无法下载。
可以解决上述问题的数字货币的出现是使用IPFS传输协议（通常称为文件货币）构建的数字货币。
从狭窄的意义上理解，=比特币 + IPF。
它可以解决IPF的两个主要问题。
目的是构建一个用于存储大型文件数据的区块链网络。它的出现对区块链行业的发展具有革命性的意义。
开发区块链应用
以上已对几种主流数字货币进行了详细的介绍。阅读本文后，读者必须对整个区块链行业的状态有基本的了解。
接下来，我想谈谈区块链技术的快速发展。作为IT领域的从业者，我们该怎么办？
结束
许多开发工程师曾经在公司中主要在页面，开发应用程序等上工作，后来转变为区块链技术人员。最初，这些项目的计划和应用是集中的，因此如何将这些集中式思想转变为分散的思想？它需要许多技术人员来理解和思考。
此外，许多区块链项目都是上的开源，并且代码也是公开的，例如比特币和以太坊。通过源代码了解其操作机制，了解如何编写分散的应用程序和设计原则，然后参与集中式项目。
