编辑“区块链（Blockchain）”（章节）

== 设计和结构 ==
区块链是一种去中心化的、分布式的、通常是公开的数字账本，由称为区块的记录组成，用于记录许多计算机之间的交易。这些区块以一种方式链接在一起，使得任何涉及的区块都无法在不改变所有后续区块的情况下进行追溯性更改。这使得参与者能够独立且相对廉价地验证和审计交易。

区块链数据库通过对等网络和分布式时间戳服务器进行自主管理。它们通过集体自我利益驱动的广泛协作进行认证。这种设计有助于建立一个稳健的工作流程，其中参与者对数据安全的担忧降到最低。

通过使用区块链，可以消除数字资产无限复制的特性。它可以确认每个价值单位只被转移一次，从而解决了长期存在的双重支付问题。区块链可以被视为一种价值交换协议。当区块链被正确设置以详细记录交换协议时，它可以提供强制执行要约和接受的记录，从而维护所有权。

从逻辑上讲，区块链可以分为几个层：

* 基础设施层（硬件）
* 网络层（节点发现、信息传播、验证）
* 共识层（工作量证明、权益证明）
* 数据层（区块、交易）
* 应用层（智能合约/去中心化应用，如适用）

=== 区块 ===
区块是区块链的基本单位，它包含了一批有效的交易，并通过哈希算法和 Merkle 树进行编码。每个区块都包含了前一个区块的加密哈希值，从而形成一条链式结构。这种链式结构确保了区块的完整性，因为任何对区块的篡改都会导致后续区块的哈希值失效。

为了保证区块和其中包含的数据的完整性，通常会对区块进行数字签名。有时，可能会同时产生多个区块，形成一个临时性的分叉。为了解决这种分叉问题，区块链系统会根据特定的算法对不同的历史版本进行评分，选择得分最高的版本作为主链。未被选中的区块被称为孤块。

参与区块链网络的节点可能会拥有不同的历史版本。它们只保留已知得分最高的版本。当一个节点接收到一个得分更高的版本（通常是旧版本加上一个新区块）时，它会扩展或覆盖自己的数据库，并将改进后的版本重新传输给其他节点。随着越来越多的区块被添加到链上，某个区块被取代的概率会指数级下降，最终变得非常低。

比特币使用工作量证明（PoW）系统，即拥有最多累积工作量证明的链被网络视为有效链。通过冗余计算，而不是传统的隔离和并行方式，确保了区块链的安全性。

==== 区块时间 ====
区块时间是指网络平均生成一个新的区块所需的时间。当区块完成时，其中包含的数据就变得可验证了。在加密货币中，这实际上就是交易发生的时间，因此更短的区块时间意味着更快的交易速度。

以太坊的区块时间设置为14 到15 秒，而比特币的平均区块时间为10 分钟。

==== 硬分叉 ====
主条目：[[分叉]]

硬分叉是一种对区块链协议的更改，不向后兼容，要求所有用户升级软件才能继续参与网络。在硬分叉中，网络分裂成两个独立的版本：一个遵循新规则，另一个遵循旧规则。

例如，以太坊在2016年进行了一次硬分叉，以补偿 DAO 攻击事件中的投资者损失。这次硬分叉导致了以太坊和以太坊经典（Ethereum Classic）两条链的分裂。2014年，NXT 社区曾考虑进行一次硬分叉，以回滚区块链记录，以减轻从一个主要的加密货币交易所盗取 5000 万 NXT 的影响。但硬分叉提案被拒绝，部分资金通过谈判和赎金支付的方式被追回。

另一个较近的硬分叉例子是2017年的比特币硬分叉，导致了比特币和比特币现金的分裂。网络分裂的主要原因是对如何增加每秒交易量以满足需求存在分歧。

=== 去中心化 ===
通过将数据分散存储在对等网络中，区块链减少了集中式数据存储带来的风险。这种分布式架构，结合了临时消息传递和分布式网络，使得数据更加安全可靠。

尽管区块链具有高度的安全性，但仍存在一些潜在的威胁。其中之一是 [[51%攻击]]，即一个实体控制了网络中超过一半的算力，从而可以操纵区块链记录。然而，这种攻击需要巨大的计算资源，通常难以实施。

区块链使用公钥加密技术来确保数据的安全性。公钥是一个长串的随机数字，作为区块链上的地址。发送到网络的价值代币被记录为属于该地址。私钥就像密码一样，赋予其所有者访问数字资产或与区块链支持的各种功能进行交互的权限。

区块链上的数据被认为是不可篡改的。每个节点都拥有区块链的副本，通过大量的数据库复制和计算信任来维护数据质量。不存在中央权威，也没有任何用户被信任度更高。交易通过软件广播到网络，消息以尽力交付的方式传递。早期的区块链依赖于高能耗的挖矿节点来验证交易，将它们添加到正在构建的区块中，然后将完成的区块广播给其他节点。区块链使用各种时间戳方案，如工作量证明，来序列化更改。随着区块链的增长，处理大量数据所需的计算资源也变得越来越昂贵，这可能导致中心化的风险。因此，一些新的共识机制，如权益证明，被引入以解决这一问题。

==== 终结性 ====
终结性是指对最近添加到区块链的格式良好的区块的信任程度，即该区块在未来不会被撤销（被“终结”）的可能性。大多数分布式区块链协议，无论是工作量证明（PoW）还是权益证明（PoS)，都不能保证新添加的区块的绝对终结性，而是依赖于“概率终结性”：随着区块在区块链中越深，它被更改或回滚的可能性就越小。

拜占庭容错的权益证明协议声称可以提供所谓的“绝对终结性”：一个随机选中的验证者提议一个区块，其余验证者对其进行投票，如果大多数验证者同意，则该区块将不可逆地添加到区块链中。经济终结性是一种对该方法的修改，在实际协议中使用，例如以太坊中的 Casper 协议。验证者如果在区块链的同一位置签署两个不同的区块，就会受到“削减”惩罚，即他们的质押权益会被没收。

=== 开放性 ===
开放区块链比传统的拥有权记录更加用户友好，尽管传统记录对公众开放，但仍需要物理访问才能查看。由于早期所有的区块链都是无许可的，因此关于区块链的定义引发了争议。正在进行的辩论中的一个问题是，是否应该将由中央权威授权和任务的验证者组成的私有系统视为区块链。

许可或私有链的支持者认为，“区块链”这个术语可以应用于任何将数据批处理成时间戳区块的数据结构。这些区块链作为数据库中多版本并发控制 (MVCC) 的分布式版本。就像 MVCC 阻止两个事务同时修改数据库中的单个对象一样，区块链阻止两个事务花费区块链中的同一个输出。

反对者认为，许可系统类似于传统的企业数据库，不支持去中心化数据验证，并且这些系统不能抵御运营商的篡改和修改。Computerworld 的 Nikolai Hampton 说，“许多内部区块链解决方案只不过是笨重的数据库”，并且“如果没有明确的安全模型，专有区块链应该受到怀疑”。

==== 无许可（公共）区块链 ====
无许可（公共）区块链的一个优势是不需要保护免受不良行为者的攻击，也不需要访问控制。这意味着应用程序可以无需其他人的批准或信任即可添加到网络中，使用区块链作为传输层。

比特币和其他加密货币目前通过要求新条目包含工作量证明来保护其区块链。为了延长区块链，比特币使用哈希现金难题。虽然哈希现金由 Adam Back 于1997年设计，但最初的想法是由 Cynthia Dwork、Moni Naor 和 Eli Ponyatovski 在1992年的论文“Pricing via Processing or Combatting Junk Mail”中提出的。

2016年，美国对区块链相关项目的风险投资正在减弱，但在中国却在增加。比特币和其他许多加密货币都使用开放（公共）区块链。截至2018年4月，比特币市值最高。

==== 许可（私有）区块链 ====
许可区块链使用访问控制层来管理谁可以访问网络。有人认为，如果设计得当，许可区块链可以保证一定程度的去中心化，而无许可区块链在实践中往往是中心化的。

==== 许可区块链的缺点 ====
Nikolai Hampton 在 Computerworld 上指出：“对于私有区块链，不需要进行‘51% 攻击’，因为私有区块链（很可能）已经控制了所有区块创建资源的 100%。如果你可以攻击或破坏私有企业服务器上的区块链创建工具，你就可以有效地控制他们的整个网络并随意更改交易。” 这在金融危机或债务危机（如 2007-2008 年金融危机）期间具有特别严重的负面影响，政治上有权势的行动者可能会做出有利于某些群体而不利于其他群体的决定，“比特币区块链受到大规模采矿努力的保护。不太可能任何私有区块链会尝试使用千兆瓦的计算能力来保护记录——这是耗时且昂贵的。”他还表示：“在私有区块链中，也没有‘竞赛’；没有动力使用更多的电力或比竞争对手更快地发现区块。这意味着许多内部区块链解决方案将只不过是笨重的数据库。”

==== 区块链分析 ====
随着比特币、以太坊、莱特币等加密货币的普及，对公共区块链的分析变得越来越重要。只要具备相关技术知识，任何人都可以观察和分析公共区块链上的数据。理解和访问加密货币的流动一直是许多加密货币交易所、银行和其他机构面临的挑战。人们普遍认为加密货币是私密且不可追踪的，这导致许多人将其用于非法目的，如毒品、武器交易和洗钱。然而，随着专业技术公司的出现，提供区块链追踪服务，加密货币交易所、执法机构和银行对加密资金和法币-加密货币交易的了解更加深入。一些人认为，这一发展促使犯罪分子转向使用新的加密货币，如门罗币。

=== 标准化 ===
2016年4月，澳大利亚标准协会向国际标准化组织 (ISO) 提交了一份提案，考虑制定支持区块链技术的标准。该提案导致了 ISO 技术委员会 307 的成立，该委员会负责区块链和分布式账本技术。技术委员会设有工作组，负责区块链和 DLT 的术语、参考架构、安全和隐私、身份、智能合约、治理和互操作性等标准，以及特定行业和通用政府要求的标准。超过 50 个国家以及国际银行间金融电信协会 (SWIFT)、欧盟委员会、国际测量师联合会、国际电信联盟 (ITU) 和联合国欧洲经济委员会 (UNECE) 等外部联络机构正在参与标准化过程。

许多其他国家标准机构和开放标准机构也在制定区块链标准。其中包括美国国家标准与技术研究院 (NIST)、欧洲电工标准化委员会 (CENELEC)、电气和电子工程师协会 (IEEE)、结构化信息标准促进组织 (OASIS) 以及一些互联网工程任务组 (IETF) 的个别参与者。

=== 集中式区块链 ===
尽管大多数区块链实现都是去中心化和分布式的，但 Oracle 在 Oracle 21c 数据库中推出了一个集中式区块链表功能。Oracle 21c 数据库中的区块链表是一个集中式的区块链，提供不可变性。与去中心化区块链相比，集中式区块链通常可以提供更高的吞吐量和更低的交易延迟，因为它们不需要基于共识的分布式机制。