一張圖看懂區塊鏈一

『壹』 圖解什麼是區塊鏈

區塊鏈這么火，都開始影響到我的生活了，不想了解也不行了的樣子，今天來看看到底什麼是區塊鏈。

本文結構：

和它的名字一樣，
區塊鏈是由一組塊組成的鏈，
塊是包含信息的信息塊，組成的鏈也就包含了信息。

區塊鏈技術最早是在1991年由一群研究人員研發，用來給數字化文檔打時間戳，使得這些文檔不能被篡改。從那之後就基本上沒有再發揮其他作用，直到2009年，中本聰採用區塊鏈技術創造了數字加密貨幣-比特幣。

一條區塊鏈，就是一個對所有人完全公開的分布式賬本，它有一個很有趣的屬性： 一旦某些數據被記錄到一條區塊鏈中後，那麼數據就很難再被改變。

來看一下 一個區塊（block）的組成：

每一個區塊包含了 一些數據，這個區塊的哈希值，以及前一個區塊的哈希值 。

區塊中所保存的數據與區塊鏈的類型有關，例如，比特幣區塊鏈中的區塊保存了相關的交易信息，包括賣家，買家，以及交易比特幣的數量。

每個區塊包含了一個哈希值，哈希值用來標識一個區塊和它所包含的所有內容，並且它是獨一無二的，就像指紋一樣。一旦某個區塊被創建，它的哈希值就相對應的被計算出來了。如果改變區塊中的某些內容會使得哈希值改變， 如果一個區塊的指紋改變了，那它就再也不是之前的區塊了 。

區塊中包含的第三個元素是前一個區塊的哈希值，這個元素使得區塊之間可以形成鏈接，並且能夠使得區塊鏈十分的安全。

假設我們有一條區塊鏈包含3個區塊
每個區塊包含了一個自己的哈希值以及前一個區塊的哈希值
3號區塊指向2號區塊，2號區塊又指向1號區塊
1號區塊有點特殊，它不能指向前一個區塊，因為它是第一個
我們把1號區塊叫做 創世區塊 。

現在假設我們篡改了第二個區塊
這將導致第二個區塊的哈希值改變
接下來這就會導致3號區塊以及3號區塊連接的所有的後續區塊變得非法
因為現在它們存儲的前一個區塊號的都變得非法
所以 單獨改變一個塊，將連帶性地致使後面的所有內容都變成無效 。

但要 防止篡改，只有哈希是不夠的
因為現在的計算機運算速度已經足夠強大，並且能夠每秒計算成千上萬的哈希值
這樣你完全可以篡改一個區塊並且重新計算其他的區塊的哈希值，使得你的區塊再次變得合法。

所以 為了減少這種風險，區塊鏈還採用了一種技術，叫做工作證明
這是一種減緩新區塊創建過程的機制
在比特幣區塊鏈中，大概需要花費10分鍾來完成所要求的工作證明，並且添加一個新的區塊到區塊鏈中
這個機制使得區塊鏈的篡改更加困難
因為 一旦篡改了一個區塊，就需要重新計算所有後續的區塊的工作量證明 。

所以 區塊鏈技術的安全性主要來自於哈希值以及工作量證明機制 。

區塊鏈還有一種機制來 保護自身的安全性，那就是分布式
相對於用一個中心化的實體來管理區塊鏈網路，區塊鏈採用的是一種 peer-to-peer網路，並且所有人都可以加入
當有人加入這個網路時， 他就會得到整個區塊鏈的復制
這個人就可以以此來驗證是否所有的區塊還是合法未篡改的，也就是不同的節點也可以藉此互相驗證。

當某人創建了一個新的區塊時，
這個新的區塊會被發送給網路上的所有人。
每個人再驗證這個區塊以確保這個區塊沒有被篡改過
如果所有的東西都被檢驗正確之後，那麼每個人才能把這塊新的區塊加到自己的區塊鏈上
我們可以稱之為， 網路上的所有人達成了「共識」 。

區塊鏈網路中的所有節點都達成共識
他們認同網路中哪些區塊是合法的，哪些是不合法的
那些被篡改過的區塊將會被網路上的其他用戶拒絕
所以， 要成功篡改一個區塊鏈，你需要篡改區塊鏈上的所有區塊
重新完成每個區塊的工作量證明，並且控制區塊鏈網路中超過50%的用戶
只有這樣，你篡改的區塊才會被所有人承認
可以說， 這基本上是不可能做得到的！

區塊鏈技術本身也在不斷地發展
例如後來的一個技術改進，叫做智能合約
智能合約 是一些存放在區塊鏈上的簡單的程序
它能基於合約內所記載的條件自動執行， 只要條件成立，依照合約自動完成交易
例如在特定條件下可以實現自動化比特幣交易。

學習資料：
https://www.youtube.com/watch?v=SSo_EIwHSd4

『貳』 漫畫圖解 什麼是區塊鏈

漫畫圖解：什麼是區塊鏈

什麼是區塊鏈？
區塊鏈，英文 Blockchain，本質上是一種去中心化的分布式資料庫。任何人只要架設自己的伺服器，接入區塊鏈網路，都可以成為這個龐大網路的一個節點。
區塊鏈既然本質是資料庫，裡面究竟存儲了什麼東西呢？讓我們來了解一下區塊鏈的基本單元：區塊（Block）。
一個區塊分為兩大部分：
1.區塊頭
區塊頭裡面存儲著區塊的頭信息，包含上一個區塊的哈希值（PreHash），本區塊體的哈希值（Hash），以及時間戳（TimeStamp）等等。
2.區塊體
區塊體存儲著這個區塊的詳細數據（Data），這個數據包含若干行記錄，可以是交易信息，也可以是其他某種信息。
剛才提及的哈希值又是什麼意思呢？
想必大家都聽說過MD5，MD5就是典型的哈希演算法，可以把一串任意長度的明文轉化成一串固定長度（128bit）的字元串，這個字元串就是哈希值。
而在我們的區塊鏈中，採用的是一種更為復雜的哈希演算法，叫做SHA256。最新的數據信息（比如交易記錄）經過一系列復雜的計算，最終會通過這個哈希演算法轉化成了長度為256bit的哈希值字元串，也就是區塊頭當中的Hash，格式如下：

區塊與Hash是一一對應的，Hash可以當做是區塊的唯一標識。
不同的區塊之間是如何進行關聯的呢？依靠Hash和PreHash來關聯。每一個區塊的PreHash和前一個區塊的Hash值是相等的。
為什麼要計算區塊的哈希值呢？
既然區塊鏈是一個鏈狀結構，就必然存在鏈條的頭節點（第一個區塊）和尾節點（最後一個區塊）。一旦有人計算出區塊鏈最新數據信息的哈希值，相當於對最新的交易記錄進行打包，新的區塊會被創建出來，銜接在區塊鏈的末尾。
新區塊頭的Hash就是剛剛計算出的哈希值，PreHash等於上一個區塊的Hash。區塊體的Data存儲的是打包前的交易記錄，這部分數據信息已經變得不可修改。
這個計算Hash值，創建新區塊的過程就叫做挖礦。
用於進行海量計算的伺服器，叫做礦機。
操作計算的工作人員，叫做礦工。
計算哈希值究竟難在哪裡？咱們來做一個最粗淺的解釋，哈希值計算的公式如下：
Hash = SHA-256（最後一個區塊的Hash + 新區塊基本信息 + 交易記錄信息 + 隨機數）
其中，交易記錄信息也是一串哈希值，它的計算涉及到一個數據結構 Merkle Tree。有興趣的小夥伴可以查閱相關資料，我們暫時不做展開介紹。
這里關鍵的計算難點在於隨機數的生成。猥瑣的區塊鏈發明者為了增大Hash的計算難度，要求Hash結果的前72bit必須都是0，這個幾率實在是太小太小。
由於（最後一個區塊的Hash + 新區塊基本信息 + 交易記錄信息）是固定的，所以能否獲得符合要求的Hash，完全取決於隨機數的值。挖礦者必須經過海量計算，反復生成隨機數進行「撞大運」一般的嘗試，才有可能得到正確的Hash，從而挖礦成功。
同時，區塊頭內還包含著一個動態的難度系數，當全世界的硬體計算能力越來越快的時候，區塊鏈的難度系數也會水漲船高，使得全網平均每10分鍾才能產生出一個新區塊。
小夥伴們明白挖礦有多麼難了吧？需要補充的是，不同的區塊鏈應用在細節上是不同的，這里所描述的挖礦規則是以比特幣為例。
區塊鏈的應用

比特幣（BitCoin）的概念最初由中本聰於2008年提出，而後根據這一思路設計發布了開源軟體以及建構其上的P2P網路。比特幣是一種P2P形式的數字貨幣。點對點的傳輸意味著一個去中心化的支付系統。
什麼是P2P網路呢？
傳統的貨幣都是由中央銀行統一發行，所有的個人儲蓄也是由銀行統一管理，這是典型的中心化系統。
而比特幣則是部署在一個全世界眾多對等節點組成的去中心化網路之上。每一個節點都有資格對這種數字貨幣進行記錄和發行。
至於比特幣底層的數據存儲，正是基於了區塊鏈技術。比特幣的每一筆交易，都對應了區塊體數據中的一行，簡單的示意如下：
交易記錄的每一行都包含時間戳、交易明細、數字簽名。
表格中只是為了方便理解。實際存儲的交易明細是匿名的，只會記錄支付方和收款方的錢包地址。
至於數字簽名呢，可以理解為每一條單筆交易的防偽標識，由非對稱加密演算法所生成。
接下來說一說比特幣礦工的獎勵：
比特幣協議規定，挖到新區塊的礦工將獲得獎勵，從2008年起是50個比特幣，然後每4年減半，目前2018年是12.5個比特幣。流通中新增的比特幣都是這樣誕生的，也難怪大家對挖掘比特幣的工作如此趨之若鶩！
區塊鏈的優勢和劣勢
區塊鏈的優勢：
1.去中心化
區塊鏈不依賴於某個中心節點，整個系統的數據由全網所有對等節點共同維護，都可以進行數據的存儲和檢驗。這樣一來，除非攻擊者黑掉全網半數以上的節點，否則整個系統是不會遭到破壞的。
2.信息不可篡改
區塊內的數據是無法被篡改的。一旦數據遭到篡改哪怕一丁點，整個區塊對應的哈希值就會隨之改變，不再是一個有效的哈希值，後面鏈接的區塊也會隨之斷裂。
區塊鏈的劣勢：
1.過度消耗能源
想要生成一個新的區塊，必須要大量伺服器資源進行大量無謂的嘗試性計算，嚴重耗費電能。
2.信息的網路延遲
以比特幣為例，任何一筆交易數據都需要同步到其他所有節點，同步過程中難免會受到網路傳輸延遲的影響，帶來較長的耗時。
幾點補充：
1.本漫畫部分內容參考了阮一峰的博文《區塊鏈入門教程》，感謝這位大神的科普。
2.由於篇幅有限，關於Merkle Tree 和 非對稱加密 的知識暫時沒有展開細講，有興趣的小夥伴們可以查閱資料進行更深一步的學習。

『叄』 什麼是區塊鏈技術區塊鏈技術的核心構成是什麼

從技術的角度，架構的角度，用通俗的語言來跟大家講講，我對區塊鏈的一些理解。

究竟啥是區塊鏈？Block chain，一句話來說，區塊鏈是一個存儲系統，存儲系統更細一點，區塊鏈是一個沒有管理員，每個節點都擁有全部數據的分布式存儲系統。

那常見的存儲系統，是什麼樣子的呢？

首先看一下如何保證高可用？

普通的存儲系統通常是用「冗餘」的方式來解決高可用問題的。圖上圖所示如果能夠把數據復製成幾份，冗餘到多個地方，就能夠保證高可用。一個地方的數據掛了，另外的地方還存有數據，例如MySQL的主從集群就是這個原理，磁碟的RAID也是這個原理。

這個地方需要強調的兩點是：數據冗餘，往往會引發一致性的問題

1、例如MySQL的主從集群中中其實讀寫會有延時的，它其實就是有一個短的時間內讀寫不一致。這個是數據冗餘，帶來的一個副作用。

2、第二個點是數據冗餘往往會降低寫入的效率，因為數據同步也是需要消耗資源的。你看單點寫入，如果加了兩個從庫之後，其實寫入的效率會受影響。普通的存儲系統，就是採用冗餘的方式，保證數據的高可用的。

那麼第二個問題，普通的存儲系統，能否多點寫入呢？

答案是可以的，比如說以這個圖為例：

其實MySQL的話可以做一個雙主的主從同步，雙主的主從同步，兩個節點，同時可以寫入。如果要做多機房多活的數據中心，其實多機房多活也是進行數據同步的。這里要強調的是多點寫入，往往會引發寫寫沖突的一致性問題，以MySQl為例，假設有一個表的屬性是自增ID，那麼現在資料庫中的數據是1234，那麼其中一個節點寫入，插入了一條數據，那它可能變成5了，然後這5條數據，向另外一個主節點進行數據同步，同步完成之前，如果另外一個寫入節點，也插入了一條數據，也生成了一條這個自增id為5的數據。那麼，生成之後，往另外一個節點同步，然後同步數據到達之後會與本地的這兩條5沖突，就會同步失敗，會引發寫寫的一致性沖突問題。這個多點寫入的話都會出現這個問題。

多點寫入，如何保證一致？

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『肆』 一文看懂互聯網區塊鏈

一文看懂互聯網區塊鏈

一文看懂互聯網區塊鏈，要了解區塊鏈，就不得不從互聯網的誕生開始研究區塊鏈的技術發展簡史，從中發掘區塊鏈產生的動因，並由此推斷區塊鏈的未來。下面讓我們一文看懂互聯網區塊鏈。

一文看懂互聯網區塊鏈1

區塊鏈的鼻祖就是麻將，最早的區塊鏈是中國人發明的！區塊鏈就跟麻將一樣，只不過麻將的區塊比較少而已，麻將只有136個區塊，各地麻將規則不同可視作為比特幣的硬分叉。

麻將作為最古老的區塊鏈項目，四個礦工一組，最先挖出13位正確哈希值的獲得記賬權以及獎勵，採用願賭服輸且不能作弊出老千的共識機制！

麻將去中心化，每個人都可以是庄，完全就是點對點。

礦池=棋牌室的老闆抽佣。

不可篡改，因為說服其他三個人需要消耗太多算力和體力。

典型的價值互聯網。我兜里的價值用不了八圈，就跑到他們兜里去了。

中國人基本上人手打得一手好麻將，區塊鏈方面生產了全球70%~80%的礦機，並擁有全世界最多的算力，約佔77%的算力

麻將其實是最早的的區塊鏈項目：

1，四個礦工一組，先碰撞出13個數字正確哈希值的礦工可以獲得記賬權並得到獎勵。

2，不可篡改。因為說服其他三個人需要消耗太多算力和體力。

3，典型的價值互聯網。我兜里的價值數字貨幣www.gendan5.com/digitalcurrency/btc.html用不了八圈，就跑到他們兜里去了。

4、去中心化，每個人都可以是庄，完全就是點對點。

5、UTXO，未花費的交易支出。

還有另外一種賒賬的區塊鏈玩法，假設大家身上都沒現金

細究一下，在大家達成共識時，我們看不到任何中介或者第三方出來評判丙贏了，大家給丙的獎勵也不需要通過第三方轉交給丙，都是直接點對點交易，這一過程就是去中心化，牌友們（礦工）各自記錄了第一局的戰績，丙大胡自摸十三幺，乙杠了甲東風，記錄完成後就生成了一個完整的區塊，但要記住，這才只是第一局，在整個區塊鏈上，這才僅僅是一個節點，開頭說的8局打完，也就是8個節點（區塊），8個區塊連接在一起就形成了一個完整賬本，這就是區塊鏈。因為這個賬本每人都有一個，所以就是分布式賬本，目的就是為了防止有人篡改記錄，打到最後，誰輸誰贏一目瞭然。

4個男士（甲乙丙丁）湊在一塊打麻將來錢，大家都沒帶現金，於是請一美女（中心化）用本子記賬，記錄每一局誰贏了多少錢、誰輸了多少錢？最後結束時，大家用支付寶或微信支付結總賬，但是如果這位美女記賬時記錯了或者預先被4人中的某人買通了故意記錯，就保證不了這個游戲結果的公正公平合理性，你說是不是？那怎麼辦呢？如果你「打麻將」能用「區塊鏈」作為游戲規則改編為如下：

4個男士（甲乙丙丁）湊在一塊打麻將來錢，大家都沒帶現金，乙說讓她帶來的美女記賬，甲說這位美女我們都不認識，於是甲乙丙丁4人一致約定每個人每局牌都在自己的手機上（區塊鏈節點）同時記賬（去中心化），最後打完麻將，直接手機上以電子貨幣結賬時，大家都對一下記賬的的結果，本來應該是一樣的記賬結果。

假設本來結果是甲手機上記的賬：乙欠甲10元。但乙手機上的記錄卻是不欠，可是其餘2人（丙、丁）和甲的記賬一樣，那還是按照少數服從多數規則結算，另外大家心裡對乙的誠信印象就差評了，下次打麻將就不會帶乙一起玩了。

除非乙預先買通（丙、丁）2人讓其故意作假，但乙買通他們2人的代價是10萬元（賴賬10元的1萬倍），那常理上乙只能選擇放棄，因為做假成本太高了。

假設即使乙在打牌的過程中，偷偷願意以高價10萬元預先買通丙、丁做這筆巨虧的傻貓交易，但區塊鏈的規則是按時間戳記賬的，原來是下午1點鍾記賬乙欠甲10元的，即丙和丁下午3點鍾再改賬時，時間是不可逆的，只能記下午3點鍾，那就又不吻合游戲規則了。

實際上在2017年博主已經開發出了一套麻將幣

中國最早的區塊鏈項目：四個礦工一組，最先從 148 個隨機數字中碰撞出 14 個數字正確哈希值的礦工，可以獲得一次記賬權激勵，由於分布式記賬需要得到其他幾位礦工的共識，因此每次記賬交易時間長約十幾分鍾。

一文看懂互聯網區塊鏈2

一、比特幣誕生之前，5個對區塊鏈未來有重大影響的互聯網技術

1969年，互聯網在美國誕生，此後互聯網從美國的四所研究機構擴展到整個地球。在應用上從最早的軍事和科研，擴展到人類生活的方方面面，在互聯網誕生後的近50年中，有5項技術對區塊鏈的未來發展有特別重大的意義。

1、1974誕生的TCP/IP協議：決定了區塊鏈在互聯網技術生態的位置

1974年，互聯網發展邁出了最為關鍵的一步，就是由美國科學家文頓瑟夫和羅伯特卡恩共同開發的互聯網核心通信技術－－TCP/IP協議正式出台。

這個協議實現了在不同計算機，甚至不同類型的網路間傳送信息。所有連接在網路上的計算機，只要遵照這個協議，都能夠進行通訊和交互。

通俗的說，互聯網的數據能穿過幾萬公里，到達需要的計算機用戶手裡，主要是互聯網世界形成了統一的信息傳播機制。也就是互聯網設備傳播信息時遵循了一個統一的法律-TCP/IP協議。

理解TCP/IP協議對掌握互聯網和區塊鏈有非常重要的意義，在1974年TCP/IP發明之後，整個互聯網在底層的硬體設備之間，中間的網路協議和網路地址之間一直比較穩定，但在頂層應用層不斷涌現層出不窮的創新應用，這包括新聞，電子商務，社交網路，QQ，微信，也包括區塊鏈技術。

也就是說區塊鏈在互聯網的技術生態中，是互聯網頂層-應用層的一種新技術，它的出現，運行和發展沒有影響到互聯網底層的基礎設施和通訊協議，依然是按TCP/IP協議運轉的眾多軟體技術之一。

2、1984年誕生的思科路由器技術：是區塊鏈技術的模仿對象

1984年12月，思科公司在美國成立，創始人是斯坦福大學的一對夫婦，計算機中心主任萊昂納德·波薩克和商學院的計算機中心主任桑蒂·勒納，他們設計了叫做「多協議路由器」的聯網設備，放到互聯網的通訊線路中，幫助數據准確快速從互聯網的一端到達幾千公里的另一端。

整個互聯網硬體層中，有幾千萬台路由器工作繁忙工作，指揮互聯網信息的傳遞，思科路由器的一個重要功能就是每台路由都保存完成的互聯網設備地址表，一旦發生變化，會同步到其他幾千萬台路由器上（理論上），確保每台路由器都能計算最短最快的路徑。

大家看到路由器的運轉過程，會感到非常眼熟，那就是區塊鏈後來的重要特徵，理解路由器的意義在於，區塊鏈的重要特徵，在1984年的路由器上已經實現，對於路由器來說，即使有節點設備損壞或者被黑客攻擊，也不會影響整個互聯網信息的傳送。

3、隨萬維網誕生的B/S（C/S）架構：區塊鏈的對手和企圖顛覆的對象

萬維網簡稱為Web，分為Web客戶端和伺服器。所有更新的信息只在Web伺服器上修改，其他幾千，上萬，甚至幾千萬的客戶端計算機不保留信息，只有在訪問伺服器時才獲得信息的數據，這種結構也常被成為互聯網的B/S架構，也就是中心型架構。這個架構也是目前互聯網最主要的架構，包括谷歌、Facebook、騰訊、阿里巴巴、亞馬遜等互聯網巨頭都採用了這個架構。

理解B/S架構，對與後續理解區塊鏈技術將有重要的意義，B/S架構是數據只存放在中心伺服器里，其他所有計算機從伺服器中獲取信息。區塊鏈技術是幾千萬台計算機沒有中心，所有數據會同步到全部的計算機里，這就是區塊鏈技術的核心，

4、對等網路（P2P）：區塊鏈的父親和技術基礎

對等網路P2P是與C/S(B/S)對應的另一種互聯網的基礎架構，它的特徵是彼此連接的多台計算機之間都處於對等的地位，無主從之分，一台計算機既可作為伺服器，設定共享資源供網路中其他計算機所使用，又可以作為工作站。

Napster是最早出現的P2P系統之一，主要用於音樂資源分享，Napster還不能算作真正的對等網路系統。2000 年3月14 日，美國地下黑客站點Slashdot郵寄列表中發表一個消息，說AOL的Nullsoft 部門已經發放一個開放源碼的Napster的克隆軟體Gnutella。

在Gnutella分布式對等網路模型中，每一個聯網計算機在功能上都是對等的，既是客戶機同時又是伺服器，所以Gnutella被稱為第一個真正的對等網路架構。

20年裡，互聯網的一些科技巨頭如微軟，IBM，也包括自由份子，黑客，甚至侵犯知識產權的犯罪分子不斷推動對等網路的發展，當然互聯網那些希望加強信息共享的理想主義者也投入了很大的熱情到對等網路中。區塊鏈就是一種對等網路架構的軟體應用。它是對等網路試圖從過去的沉默爆發的標桿性應用。

5、哈希演算法：產生比特幣和代幣（通證）的關鍵

哈希演算法將任意長度的數字用哈希函數轉變成固定長度數值的演算法，著名的哈希函數如：MD4、MD5、SHS等。它是美國國家標准暨技術學會定義的加密函數族中的一員。

這族演算法對整個世界的運作至關重要。從互聯網應用商店、郵件、殺毒軟體、到瀏覽器等、，所有這些都在使用安全哈希演算法，它能判斷互聯網用戶是否下載了想要的東西，也能判斷互聯網用戶是否是中間人攻擊或網路釣魚攻擊的受害者。

區塊鏈及其應用比特幣或其他虛擬幣產生新幣的過程，就是用哈希演算法的函數進行運算，獲得符合格式要求的數字，然後區塊鏈程序給予比特幣的獎勵。

包括比特幣和代幣的挖礦，其實就是一個用哈希演算法構建的小數學游戲。不過因為有了激烈的競爭，世界各地的人們動用了強大的伺服器進行計算，以搶先獲得獎勵。結果導致互聯網眾多計算機參與到這個小數學游戲中，甚至會耗費了某些國家超過40%的電量。

二、區塊鏈的誕生與技術核心

區塊鏈的誕生應該是人類科學史上最為異常和神秘的發明和技術，因為除了區塊鏈，到目前為止，現代科學史上還沒有一項重大發明找不到發明人是誰。

2008年10月31號，比特幣創始人中本聰（化名）在密碼學郵件組發表了一篇論文——《比特幣：一種點對點的電子現金系統》。在這篇論文中，作者聲稱發明了一套新的不受政府或機構控制的電子貨幣系統，區塊鏈技術是支持比特幣運行的基礎。

論文預印本地址在http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdf，從學術角度看，這篇論文遠不能算是合格的論文，文章的主體是由8個流程圖和對應的解釋文字構成的, 沒有定義名詞、術語，論文格式也很不規范。

2009年1月,中本聰在SourceForge網站發布了區塊鏈的應用案例-比特幣系統的開源軟體，開源軟體發布後, 據說中本聰大約挖了100萬個比特幣.一周後，中本聰發送了10個比特幣給密碼學專家哈爾·芬尼，這也成為比特幣史上的第一筆交易。伴隨著比特幣的蓬勃發展，有關區塊鏈技術的研究也開始呈現出井噴式增長。

向大眾完整清晰的解釋區塊鏈的確是困難的事情，我們以比特幣為對象，盡量簡單但不斷深入的介紹區塊鏈的技術特徵。

1、區塊鏈是一種對等網路（P2P）的軟體應用

我們在前文提過，在21世紀初，互聯網形成了兩大類型的應用架構，中心化的B/S架構和無中心的對等網路（P2P）架構，阿里巴巴，新浪，亞馬遜，網路等等很多互聯網巨頭都是中心化的B/S架構，簡單的說，就是數據放在巨型伺服器中，我們普通用戶通過手機，個人電腦訪問阿里，新浪等網站的伺服器。

21世紀初以來，出現了很多自由分享音樂，視頻，論文資料的軟體應用，他們大部分採用的是對等網路（P2P）架構，就是沒有中心伺服器，大家的個人計算機都是伺服器，也都是客戶機，身份平等。但這類應用一直沒有流行起來，主要原因是資源消耗大，知識版權有問題等。區塊鏈就是這種領域的一種軟體應用。

2、區塊鏈是一種全網信息同步的對等網路（P2P）軟體應用

對等網路也有很多應用方式，很多時候，並不要求每台計算機都保持信息一致，大家只存儲自己需要的的信息，需要時再到別的計算機去下載。

但是區塊鏈為了支持比特幣的金融交易，就要求發生的每一筆交易都要寫入到歷史交易記錄中，並向所有安裝比特幣程序的計算機發送變動信息。每一台安裝了比特幣軟體的計算機都保持最新和全部的.比特幣歷史交易信息。

區塊鏈的這個全網同步，全網備份的特徵也就是常說的區塊鏈信息安全，不可更改來源。雖然在實際上依然不是絕對的安全，但當用戶量非常大時，的確在防範信息篡改上有一定安全優勢。

3、區塊鏈是一種利用哈希演算法產生」通證（代幣）」的全網信息同步的對等網路（P2P）軟體應用

區塊鏈的第一個應用是著名的比特幣，討論到比特幣時，經常會提到的一個名詞就是「挖礦」，那麼挖礦到底是什麼呢？

形象的比喻是，區塊鏈程序給礦工（游戲者）256個硬幣，編號分別為1,2,3……256，每進行一次Hash運算，就像拋一次硬幣，256枚硬幣同時拋出，落地後如果正巧編號前70的所有硬幣全部正面向上。礦工就可以把這個數字告訴區塊鏈程序，區塊鏈會獎勵50個比特幣給礦工。

從軟體程序的角度說，比特幣的挖礦就是用哈希SHA256函數構建的數學小游戲。區塊鏈在這個小游戲中首先規定了一種獲獎模式：給出一個256位的哈希數，但這個哈希數的後70位全部是0，然後游戲者（礦工）不斷輸入各種數字給哈希SHA256函數，看用這個函數能不能獲得位數有70個0的數字，找到一個，區塊鏈程序會獎勵50個比特幣給游戲者。實際的挖坑和獎勵要更復雜，但上面的舉例表達了挖礦和獲得比特幣的核心過程。

2009年比特幣誕生的時候，每筆賞金是50個比特幣。誕生10分鍾後，第一批50個比特幣生成了，而此時的貨幣總量就是50。隨後比特幣就以約每10分鍾50個的速度增長。當總量達到1050萬時(2100萬的50%)，賞金減半為25個。當總量達到1575萬(新產出525萬，即1050的50%)時，賞金再減半為12.5個。根據比特幣程序的設計，比特幣總額是2100萬。

從上述介紹看，比特幣可以看做一個基於對等網路架構的猜數小游戲，每次正確的猜數結果獎勵的比特幣信息會傳遞給所有游戲者，並記錄到每個游戲者的歷史資料庫中。

4、區塊鏈技術因比特幣的興起產生的智能合約，通證、ICO與區塊鏈基礎平台

從上面的介紹看，比特幣的技術並不是從天上掉下來的新技術，而是把原來多種互聯網技術，如對等網路架構，路由的全網同步，網路安全的加密技術巧妙的組合在一起，算是一種組合創新的演算法游戲。

由於比特幣通過運作成為可以兌換法幣，購買實物，通過升值獲得暴利，全世界都不淡定了。抱著你能做，我也能做的態度，很多人創造了自己的仿比特幣軟體應用。同時利用政府難以監管對等網路的特點，各種山寨幣與比特幣一起爆發。這其中出現了很多欺詐和潛逃事件，逐步引起各國政府的關注。

區塊鏈基礎平台：用區塊鏈技術框架創建貨幣還是有相當的技術難度，這時區塊鏈基礎平台以太坊等基礎技術平台出現了，讓普通人也可以方便的創建類「比特幣」軟體程序，各顯神通，請人入局挖幣，炒幣，從中獲得利益。

通證或代幣：各家「比特幣」、「山寨幣」如果用哈希演算法創建的猜數小游戲，產生自己的「貨幣」時，這個「貨幣」統稱「通證」或「代幣」。

ICO:由於比特幣和以太幣已經打通與各國法幣的兌換，其他新虛擬幣發幣時，只允許用比特幣和以太幣購買發行的新幣，這樣的發幣過程就叫ICO，ICO的出現放大了比特幣，以太幣的交易量。同時很多ICO項目完全建立在虛無的項目上，導致大量欺詐案例頻發。進一步加深了社會對區塊鏈生成虛擬貨幣的負面認識。

智能合約:可以看做區塊鏈上的一種軟體功能，是輔助區塊鏈上各種虛擬幣交易的程序，具體的功能就像淘寶上支付寶的資金託管一樣，當一方用戶收到的貨物，在支付寶上進行確認後，資金自動支付個給買家貨主，智能合約在比特幣等區塊鏈應用上也是承擔了這個中介支付功能。

三、區塊鏈技術在互聯網中的歷史地位和未來前景

1、區塊鏈處於互聯網技術的什麼位置？是頂層的一種新軟體和架構。

我們在前面的TCP/IP介紹中提到，區塊鏈與瀏覽器、QQ、微信、網路游戲軟體、手機APP等一樣，是互聯網頂層-應用層的一種軟體形式。它的運行依然要靠TCP/IP的架構體系傳輸數據。只是與大部分應用層軟體不同，沒有採用C/S（B/S）的中心軟體架構。而是採用了不常見的對等網路架構，從這一點說，區塊鏈並不能顛覆互聯網基礎結構。

2、區塊鏈想要顛覆誰？想顛覆萬維網的B/S（C/S）結構。

它試圖要顛覆其實是89年年誕生的萬維網B/S,C/S結構。前面說過。由於89年年歐洲物理學家蒂姆· 伯納斯· 李發明萬維網並放棄申請專利。此後近30年中，包括谷歌，亞馬遜，facebook，阿里巴巴，網路，騰訊等公司利用萬維網B/S（C/S）結構，成長為互聯網的巨頭。

在他們的總部，建立了功能強大的中心伺服器集群，存放海量數據，上億用戶從巨頭伺服器中獲取自己需要的數據，這樣也導致後來雲計算的出現，而後互聯網巨頭把自己沒有用完的中心伺服器資源開放出來，進一步吸取企業，政府，個人的數據。中心化的互聯網巨頭對世界，國家，互聯網用戶影響力越來越大。

區塊鏈的目標是通過把數據分散到每個互聯網用戶的計算機上，試圖降低互聯網巨頭的影響力，由此可見區塊鏈真正的對手和想要顛覆的是1990年誕生的B/S（C/S）結構。但能不能顛覆掉，就要看它的技術優勢和瓶頸。

3、區塊鏈的技術缺陷：追求徹底平等自由帶來的困境

區塊鏈的技術缺陷首先來自與它的對等網路架構上，舉個例子，目前淘寶是B/S結構，海量的數據存放在淘寶伺服器集群機房裡，幾億消費者通過瀏覽器到淘寶伺服器網站獲取最新信息和歷史信息。

如果用區塊鏈技術，就是讓幾億人的個人電腦或手機上都保留一份完整的淘寶資料庫，每發生一筆交易，就同步給其他幾億用戶。這在現實中是完全無法實現的。傳輸和存儲的數據量太大。相當於同時建立幾億個淘寶網站運行。

因此區塊鏈無法應用在數據量大的項目上，甚至小一點的網站項目用區塊鏈也會吃力。到2018年，比特幣運行了近10年，積累的交易數據已經讓整個系統面臨崩潰。

於是區塊鏈採用了很多變通方式，如建立中繼節點和閃電節點，這兩個概念同樣會讓人一頭霧水，通俗的說，就是區塊鏈會向它要顛覆的對象B/S結構進行了學習，建立數據伺服器中心成為區塊鏈的中繼節點，也用類瀏覽器的終端訪問，這就是區塊鏈的閃電節點。

這種變動能夠緩解區塊鏈的技術缺陷，但確讓區塊鏈變成它反對的樣子，中心化。由此可見，單純的區塊鏈技術由於技術特徵有重大缺陷，無法像萬維網一樣應用廣泛，如果技術升級，部分採用B/S（C/S）結構,又會使得區塊鏈有了中心化的信息節點，不在保持它誕生時的夢想。

4、從互聯網大腦模型看區塊鏈的未來前景

我們知道互聯網一般是指將世界范圍計算機網路互相聯接在一起的網際網路，在這基礎上發展出覆蓋全世界的全球性互聯網路稱互聯網，即是互相連接一起的網路結構。

從1969年互聯網誕生以來，人類從不同的方向在互聯網領域進行創新，並沒有統一的規劃將互聯網建造成什麼結構，當時間的車輪到達2017年，隨著人工智慧，物聯網，大數據，雲計算，機器人，虛擬現實，工業互聯網等科學技術的蓬勃發展，當人類抬起頭來觀看自己的創造的巨系統，互聯網大腦的模型和架構已經越來越清晰。

通過近20年的發展依託萬維網的B/S,C/S結構，騰訊QQ，微信，Facebook，微博、twitter亞馬遜已經發展出類神經元網路的結構。互聯網設備特別是個人計算機，手機在通過設備上的軟體在巨頭的中心伺服器上映射出個人數據和功能空間，相互加好友交流，傳遞信息。互聯網巨頭通過中心伺服器集群的軟體升級，不斷優化數億台終端的軟體版本。在神經學的體系中，這是一種標準的中樞神經結構。

區塊鏈的誕生提供了另外一種神經元模式，不在巨頭的集中服務中統一管理神經元，而是每台終端，包括個人計算機和個人手機成為獨立的神經元節點，保留獨立的數據空間，相互信息進行同步，在神經學的體系中，這是一種沒有中心，多神經節點的分布式神經結構。

有趣的是，神經系統的發育出現過這兩種不同類型的神經結構。在低等生物中，出現過類區塊鏈的神經結構，有多個功能相同的神經節，都可以指揮身體活動和反應，但隨著生物的進化，這些神經節逐步合並，當進化成為高等生物時，中樞神經出現了，中樞神經中包含大量神經元進行交互。

四、關於區塊鏈在互聯網未來地位的判斷

1、對比特幣的認知：一個基於對等網路架構（P2P）的猜數小游戲，通過高明的金融和輿論運作，成為不受政府監管的」世界性貨幣」。

2、對區塊鏈的認知：一個利用哈希演算法產生」通證（代幣）」的全網信息同步的對等網路(P2P)軟體應用。

3、區塊鏈有特定的用途，如大規模選舉投票，大規模賭博，規避政府金融監管的金融交易等等領域，還是有不可替代的用處。

4、在更多時候，區塊鏈技術會依附於互聯網的B/S,C/S結構，實現功能的擴展，但總體依然屬於互聯網已有技術的補充。對於區塊鏈目前設想的絕大部分應用場景，都是可以用B/S,C/S結構實現，效率可以更高和技術也可以更為成熟。

5、無論是從信息傳遞效率和資源消耗，還是從神經系統進化看，區塊鏈無法成為互聯網的主流架構，更不能成為未來互聯網的顛覆者和革命者。

6、當然B/S,C/S結構發展出來的互聯網巨頭也有其問題，但這些將來可以通過商業的方式，政治的方式逐漸解決。

『伍』 什麼是區塊鏈一幅漫畫讓你看懂（小白必看）

「區塊鏈」一詞其實在早期的密碼學圈子裡，對於比特幣的底層技術就是稱為「比特幣」，英文則用大寫的B開頭的Bitcoin指比特幣這個網路系統或者網路協議。

但是由於大眾的混淆，現在一談起比特幣人們就十分抵觸，認為比特幣就是違法、騙局、傳銷的代名詞，是互聯網金融又一個現象級泡沫！於是乎，人們只好將所有的底層技術(時間戳、工作量證明機制等等等)合並起來，為了跟比特幣區分，重新取了個名字叫Blockchain，翻譯過來就成了「區塊鏈」，這才有了「區塊鏈」一詞的出現。

區塊鏈不是一個單一的技術，而是一系列技術的集合。

那區塊鏈到底應該如何理解呢？我們首先用大家都愛談的戀愛，舉個簡單的例子。建立一個簡單的區塊鏈模型，那麼在這個區塊鏈模型裡面談戀愛將會出現一下情況：

未來所有適齡男女戀愛，結婚的承諾全過程都被其他所有適齡男女共識，兩個人在一起發生的所有故事就會形成區塊。

其他所有男女就是鏈，如果有第三者來插足或自身違背另一半，其他人都能看到，以後就再也找不到對象了。

區塊鏈准確的說就是「全中心」體系，就是鏈上的每個節點都是中心。

試婚男女談戀愛，曬朋友圈，秀恩愛，承諾相愛一生一世並被其他所有適婚男女所知就是區塊鏈的應用。如果有一天某一方違背諾言，不要以為刪除照片就有用，因為樁樁件件都被所有適婚男女記錄在案。

不可刪除，不可更改，這就是區塊鏈技術。

『陸』 【深度知識】區塊鏈之加密原理圖示(加密,簽名)

先放一張以太坊的架構圖：

在學習的過程中主要是採用單個模塊了學習了解的，包括P2P,密碼學，網路，協議等。直接開始總結：

秘鑰分配問題也就是秘鑰的傳輸問題，如果對稱秘鑰，那麼只能在線下進行秘鑰的交換。如果在線上傳輸秘鑰，那就有可能被攔截。所以採用非對稱加密，兩把鑰匙，一把私鑰自留，一把公鑰公開。公鑰可以在網上傳輸。不用線下交易。保證數據的安全性。

如上圖，A節點發送數據到B節點，此時採用公鑰加密。A節點從自己的公鑰中獲取到B節點的公鑰對明文數據加密，得到密文發送給B節點。而B節點採用自己的私鑰解密。

2、無法解決消息篡改。

如上圖，A節點採用B的公鑰進行加密，然後將密文傳輸給B節點。B節點拿A節點的公鑰將密文解密。

1、由於A的公鑰是公開的，一旦網上黑客攔截消息，密文形同虛設。說白了，這種加密方式，只要攔截消息，就都能解開。

2、同樣存在無法確定消息來源的問題，和消息篡改的問題。

如上圖，A節點在發送數據前，先用B的公鑰加密，得到密文1，再用A的私鑰對密文1加密得到密文2。而B節點得到密文後，先用A的公鑰解密，得到密文1，之後用B的私鑰解密得到明文。

1、當網路上攔截到數據密文2時， 由於A的公鑰是公開的，故可以用A的公鑰對密文2解密，就得到了密文1。所以這樣看起來是雙重加密，其實最後一層的私鑰簽名是無效的。一般來講，我們都希望簽名是簽在最原始的數據上。如果簽名放在後面，由於公鑰是公開的，簽名就缺乏安全性。

2、存在性能問題，非對稱加密本身效率就很低下，還進行了兩次加密過程。

如上圖，A節點先用A的私鑰加密，之後用B的公鑰加密。B節點收到消息後，先採用B的私鑰解密，然後再利用A的公鑰解密。

1、當密文數據2被黑客攔截後，由於密文2隻能採用B的私鑰解密，而B的私鑰只有B節點有，其他人無法機密。故安全性最高。
2、當B節點解密得到密文1後， 只能採用A的公鑰來解密。而只有經過A的私鑰加密的數據才能用A的公鑰解密成功，A的私鑰只有A節點有，所以可以確定數據是由A節點傳輸過來的。

經兩次非對稱加密，性能問題比較嚴重。

基於以上篡改數據的問題，我們引入了消息認證。經過消息認證後的加密流程如下：

當A節點發送消息前，先對明文數據做一次散列計算。得到一個摘要, 之後將照耀與原始數據同時發送給B節點。當B節點接收到消息後，對消息解密。解析出其中的散列摘要和原始數據，然後再對原始數據進行一次同樣的散列計算得到摘要1, 比較摘要與摘要1。如果相同則未被篡改，如果不同則表示已經被篡改。

在傳輸過程中，密文2隻要被篡改，最後導致的hash與hash1就會產生不同。

無法解決簽名問題，也就是雙方相互攻擊。A對於自己發送的消息始終不承認。比如A對B發送了一條錯誤消息，導致B有損失。但A抵賴不是自己發送的。

在(三)的過程中，沒有辦法解決交互雙方相互攻擊。什麼意思呢？ 有可能是因為A發送的消息，對A節點不利，後來A就抵賴這消息不是它發送的。

為了解決這個問題，故引入了簽名。這里我們將(二)-4中的加密方式，與消息簽名合並設計在一起。

在上圖中，我們利用A節點的私鑰對其發送的摘要信息進行簽名，然後將簽名+原文，再利用B的公鑰進行加密。而B得到密文後，先用B的私鑰解密，然後 對摘要再用A的公鑰解密，只有比較兩次摘要的內容是否相同。這既避免了防篡改問題，有規避了雙方攻擊問題。因為A對信息進行了簽名，故是無法抵賴的。

為了解決非對稱加密數據時的性能問題，故往往採用混合加密。這里就需要引入對稱加密，如下圖:

在對數據加密時，我們採用了雙方共享的對稱秘鑰來加密。而對稱秘鑰盡量不要在網路上傳輸，以免丟失。這里的共享對稱秘鑰是根據自己的私鑰和對方的公鑰計算出的，然後適用對稱秘鑰對數據加密。而對方接收到數據時，也計算出對稱秘鑰然後對密文解密。

以上這種對稱秘鑰是不安全的，因為A的私鑰和B的公鑰一般短期內固定，所以共享對稱秘鑰也是固定不變的。為了增強安全性，最好的方式是每次交互都生成一個臨時的共享對稱秘鑰。那麼如何才能在每次交互過程中生成一個隨機的對稱秘鑰，且不需要傳輸呢？

那麼如何生成隨機的共享秘鑰進行加密呢？

對於發送方A節點，在每次發送時，都生成一個臨時非對稱秘鑰對，然後根據B節點的公鑰 和 臨時的非對稱私鑰 可以計算出一個對稱秘鑰(KA演算法-Key Agreement)。然後利用該對稱秘鑰對數據進行加密，針對共享秘鑰這里的流程如下：

對於B節點，當接收到傳輸過來的數據時，解析出其中A節點的隨機公鑰，之後利用A節點的隨機公鑰 與 B節點自身的私鑰 計算出對稱秘鑰(KA演算法)。之後利用對稱秘鑰機密數據。

對於以上加密方式，其實仍然存在很多問題，比如如何避免重放攻擊(在消息中加入 Nonce )，再比如彩虹表(參考 KDF機制解決 )之類的問題。由於時間及能力有限，故暫時忽略。

那麼究竟應該採用何種加密呢？

主要還是基於要傳輸的數據的安全等級來考量。不重要的數據其實做好認證和簽名就可以，但是很重要的數據就需要採用安全等級比較高的加密方案了。

密碼套件 是一個網路協議的概念。其中主要包括身份認證、加密、消息認證(MAC)、秘鑰交換的演算法組成。

在整個網路的傳輸過程中，根據密碼套件主要分如下幾大類演算法：

秘鑰交換演算法：比如ECDHE、RSA。主要用於客戶端和服務端握手時如何進行身份驗證。

消息認證演算法：比如SHA1、SHA2、SHA3。主要用於消息摘要。

批量加密演算法：比如AES, 主要用於加密信息流。

偽隨機數演算法：例如TLS 1.2的偽隨機函數使用MAC演算法的散列函數來創建一個 主密鑰 ——連接雙方共享的一個48位元組的私鑰。主密鑰在創建會話密鑰（例如創建MAC）時作為一個熵來源。

在網路中，一次消息的傳輸一般需要在如下4個階段分別進行加密，才能保證消息安全、可靠的傳輸。

握手/網路協商階段：

在雙方進行握手階段，需要進行鏈接的協商。主要的加密演算法包括RSA、DH、ECDH等

身份認證階段：

身份認證階段，需要確定發送的消息的來源來源。主要採用的加密方式包括RSA、DSA、ECDSA(ECC加密，DSA簽名)等。

消息加密階段：

消息加密指對發送的信息流進行加密。主要採用的加密方式包括DES、RC4、AES等。

消息身份認證階段/防篡改階段：

主要是保證消息在傳輸過程中確保沒有被篡改過。主要的加密方式包括MD5、SHA1、SHA2、SHA3等。

ECC ：Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學。是一種根據橢圓上點倍積生成 公鑰、私鑰的演算法。用於生成公私秘鑰。

ECDSA ：用於數字簽名,是一種數字簽名演算法。一種有效的數字簽名使接收者有理由相信消息是由已知的發送者創建的，從而發送者不能否認已經發送了消息(身份驗證和不可否認)，並且消息在運輸過程中沒有改變。ECDSA簽名演算法是ECC與DSA的結合，整個簽名過程與DSA類似，所不一樣的是簽名中採取的演算法為ECC，最後簽名出來的值也是分為r,s。 主要用於身份認證階段 。

ECDH ：也是基於ECC演算法的霍夫曼樹秘鑰，通過ECDH，雙方可以在不共享任何秘密的前提下協商出一個共享秘密，並且是這種共享秘鑰是為當前的通信暫時性的隨機生成的，通信一旦中斷秘鑰就消失。 主要用於握手磋商階段。

ECIES： 是一種集成加密方案,也可稱為一種混合加密方案，它提供了對所選擇的明文和選擇的密碼文本攻擊的語義安全性。ECIES可以使用不同類型的函數：秘鑰協商函數(KA)，秘鑰推導函數(KDF)，對稱加密方案(ENC)，哈希函數(HASH), H-MAC函數(MAC)。

ECC 是橢圓加密演算法，主要講述了按照公私鑰怎麼在橢圓上產生，並且不可逆。 ECDSA 則主要是採用ECC演算法怎麼來做簽名， ECDH 則是採用ECC演算法怎麼生成對稱秘鑰。以上三者都是對ECC加密演算法的應用。而現實場景中，我們往往會採用混合加密(對稱加密，非對稱加密結合使用，簽名技術等一起使用)。 ECIES 就是底層利用ECC演算法提供的一套集成(混合)加密方案。其中包括了非對稱加密，對稱加密和簽名的功能。

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這個先訂條件是為了保證曲線不包含奇點。

所以，隨著曲線參數a和b的不斷變化，曲線也呈現出了不同的形狀。比如:

所有的非對稱加密的基本原理基本都是基於一個公式 K = k G。其中K代表公鑰，k代表私鑰，G代表某一個選取的基點。非對稱加密的演算法 就是要保證 該公式 不可進行逆運算( 也就是說G/K是無法計算的 )。 *

ECC是如何計算出公私鑰呢？這里我按照我自己的理解來描述。

我理解，ECC的核心思想就是：選擇曲線上的一個基點G，之後隨機在ECC曲線上取一個點k(作為私鑰)，然後根據k G計算出我們的公鑰K。並且保證公鑰K也要在曲線上。*

那麼k G怎麼計算呢？如何計算k G才能保證最後的結果不可逆呢？這就是ECC演算法要解決的。

首先，我們先隨便選擇一條ECC曲線，a = -3, b = 7 得到如下曲線：

在這個曲線上，我隨機選取兩個點，這兩個點的乘法怎麼算呢？我們可以簡化下問題，乘法是都可以用加法表示的，比如2 2 = 2+2，3 5 = 5+5+5。 那麼我們只要能在曲線上計算出加法，理論上就能算乘法。所以，只要能在這個曲線上進行加法計算，理論上就可以來計算乘法，理論上也就可以計算k*G這種表達式的值。

曲線上兩點的加法又怎麼算呢？這里ECC為了保證不可逆性，在曲線上自定義了加法體系。

現實中，1+1=2，2+2=4，但在ECC演算法里，我們理解的這種加法體系是不可能。故需要自定義一套適用於該曲線的加法體系。

ECC定義，在圖形中隨機找一條直線，與ECC曲線相交於三個點(也有可能是兩個點)，這三點分別是P、Q、R。

那麼P+Q+R = 0。其中0 不是坐標軸上的0點，而是ECC中的無窮遠點。也就是說定義了無窮遠點為0點。

同樣，我們就能得出 P+Q = -R。 由於R 與-R是關於X軸對稱的，所以我們就能在曲線上找到其坐標。

P+R+Q = 0, 故P+R = -Q , 如上圖。

以上就描述了ECC曲線的世界裡是如何進行加法運算的。

從上圖可看出，直線與曲線只有兩個交點，也就是說 直線是曲線的切線。此時P,R 重合了。

也就是P = R, 根據上述ECC的加法體系，P+R+Q = 0, 就可以得出 P+R+Q = 2P+Q = 2R+Q=0

於是乎得到 2 P = -Q (是不是與我們非對稱演算法的公式 K = k G 越來越近了)。

於是我們得出一個結論，可以算乘法，不過只有在切點的時候才能算乘法，而且只能算2的乘法。

假若 2 可以變成任意個數進行想乘，那麼就能代表在ECC曲線里可以進行乘法運算，那麼ECC演算法就能滿足非對稱加密演算法的要求了。

那麼我們是不是可以隨機任何一個數的乘法都可以算呢？ 答案是肯定的。 也就是點倍積 計算方式。

選一個隨機數 k, 那麼k * P等於多少呢？

我們知道在計算機的世界裡，所有的都是二進制的，ECC既然能算2的乘法，那麼我們可以將隨機數k描 述成二進制然後計算。假若k = 151 = 10010111

由於2 P = -Q 所以 這樣就計算出了k P。 這就是點倍積演算法 。所以在ECC的曲線體系下是可以來計算乘法，那麼以為這非對稱加密的方式是可行的。

至於為什麼這樣計算 是不可逆的。這需要大量的推演，我也不了解。但是我覺得可以這樣理解：

我們的手錶上，一般都有時間刻度。現在如果把1990年01月01日0點0分0秒作為起始點，如果告訴你至起始點為止時間流逝了 整1年，那麼我們是可以計算出現在的時間的，也就是能在手錶上將時分秒指針應該指向00：00：00。但是反過來，我說現在手錶上的時分秒指針指向了00：00：00,你能告訴我至起始點算過了有幾年了么？

ECDSA簽名演算法和其他DSA、RSA基本相似，都是採用私鑰簽名，公鑰驗證。只不過演算法體系採用的是ECC的演算法。交互的雙方要採用同一套參數體系。簽名原理如下：

在曲線上選取一個無窮遠點為基點 G = (x,y)。隨機在曲線上取一點k 作為私鑰， K = k*G 計算出公鑰。

簽名過程：

生成隨機數R, 計算出RG.

根據隨機數R,消息M的HASH值H,以及私鑰k, 計算出簽名S = (H+kx)/R.

將消息M,RG,S發送給接收方。

簽名驗證過程：

接收到消息M, RG,S

根據消息計算出HASH值H

根據發送方的公鑰K,計算 HG/S + xK/S, 將計算的結果與 RG比較。如果相等則驗證成功。

公式推論：

HG/S + xK/S = HG/S + x(kG)/S = (H+xk)/GS = RG

在介紹原理前，說明一下ECC是滿足結合律和交換律的，也就是說A+B+C = A+C+B = (A+C)+B。

這里舉一個WIKI上的例子說明如何生成共享秘鑰，也可以參考 Alice And Bob 的例子。

Alice 與Bob 要進行通信，雙方前提都是基於 同一參數體系的ECC生成的 公鑰和私鑰。所以有ECC有共同的基點G。

生成秘鑰階段：

Alice 採用公鑰演算法 KA = ka * G ，生成了公鑰KA和私鑰ka, 並公開公鑰KA。

Bob 採用公鑰演算法 KB = kb * G ，生成了公鑰KB和私鑰 kb, 並公開公鑰KB。

計算ECDH階段：

Alice 利用計算公式 Q = ka * KB 計算出一個秘鑰Q。

Bob 利用計算公式 Q' = kb * KA 計算出一個秘鑰Q'。

共享秘鑰驗證：

Q = ka KB = ka * kb * G = ka * G * kb = KA * kb = kb * KA = Q'

故 雙方分別計算出的共享秘鑰不需要進行公開就可採用Q進行加密。我們將Q稱為共享秘鑰。

在以太坊中，採用的ECIEC的加密套件中的其他內容：

1、其中HASH演算法採用的是最安全的SHA3演算法 Keccak 。

2、簽名演算法採用的是 ECDSA

3、認證方式採用的是 H-MAC

4、ECC的參數體系採用了secp256k1, 其他參數體系 參考這里

H-MAC 全程叫做 Hash-based Message Authentication Code. 其模型如下：

在 以太坊 的 UDP通信時(RPC通信加密方式不同)，則採用了以上的實現方式，並擴展化了。

首先，以太坊的UDP通信的結構如下：

其中，sig是 經過 私鑰加密的簽名信息。mac是可以理解為整個消息的摘要， ptype是消息的事件類型，data則是經過RLP編碼後的傳輸數據。

其UDP的整個的加密，認證，簽名模型如下：