区块链是种开放、实时共享的分散式资料库。它记录了每个使用者对资料库进行的操作，并将这些操作组合成一个安全且不可篡改的链状结构，这些操作将被记录并同步至网络上的所有节点。

区块链是分散式帐本

区块链被视为一种分散式账本技术，减少了第三方的信任成本。无需中央机构或第三方，即可记录、验证由任何人发起的交易及行为。

区块链能够确保双方或多方在进行交易时，可以以安全的方式转移数字资产。一旦交易完成，便被记录进区块链，将无法再被篡改，其他网路成员也能直接公开存取资讯。这些完成的交易，将会被记录在每个被定义为“区块”的资料结构中，所有区块相连成一条链，即为 “区块链”。

而每个区块都包含上一个区块的加密杂凑、时间戳和交易数据，因此已经存储在区块链中的数据是难以被篡改的，资料更加安全且透明。

但这并非表示区块链是绝对安全的技术。理论上，若是有人能联合掌握验证资料的权限，发起不合理的交易并迫使其通过验证，仍有可能对区块链的安全性造成威胁。其前提条件是，发起攻击的一方需掌握达 51% 以上的算力，即 51% 攻击。

以现在主流区块链的规模来说，这非常困难，从现实角度来说，作恶成本会高到极难实现。

区块链起源

区块链技术最早由神秘的比特币创始人中本聪，于 2008 年在发布的白皮书 《 比特币：一种点对点的支付系统 》中提及。可以说比特币是基于区块链技术实现的项目，但比特币并非完全等于区块链。

Bitcoin 是最早的区块链

Bitcoin Network 即是第一个区块链网路，创建于 2009 年，是区块链技术的首个落地应用，其价值在于允许用户在不需要任何第三方的信任，也能够完成点对点的价值交换。

在 Bitcoin 诞生之后，众多项目争相效仿，纷纷打造了各具特色的区块链，旨在透过创新的方式解决当前效率低下的价值传输方式。其中最关键的技术便是「 智能合约 」的出现。

智能合约解锁区块链更多可能性

最具代表性的，即是当前市值第二大的加密货币项目以太坊 Ethereum 所发展出的智能合约。简单来说，它是一种能够基于区块链运作的代码，设定明确的规则，部署至区块链后即可永久运行。

智能合约的使用方式非常多元，像是发行代币、生成钱包、建立去中心化交易所等，但现阶段区块链技术，仍受限于可拓展和安全性之间的权衡，短时间内较难看到能真实落地、深入人们日常的应用。

不过区块链生态，确实因为智能合约的概念，催生出更多原有技术难以实现的事情，受到更多人的认可，例如，去中心化金融 ( DeFi ) 、非同质化代币 ( NFT )、GameFi 等。

为什么区块链技术重要 ？

在了解区块链技术的基本定义、起源及相关概念后，我们来讲一下该技术的重要之处。

改变数据存储方式

区块链彻底改变了数据的存储、共享和管理方式。主要是因为它是一个理论上更安全、透明且不可篡改的分布式数据库，它无需第三方的信任，即可实现点对点的数据传输。基于这些特性，它被广泛运用于金融、游戏、数字身份等领域。

充满潜力的应用场景

它的技术特性，解锁了更多真实场景的可能性，如基于智能合约建立的去中心化应用 ( DApp ) 、NFT 非同质化代币、数字身份 ( DID ) 。

区块链技术还可以在各方之间实现更快、更安全、更具成本效益的交易和数据共享。 这很可能彻底改变我们当前处理和共享数据的方式。

区块链如何运作

密码学

虽然我们说区块链是公开透明、不可被篡改的，但如果有人把错误的交易纪录随意发至区块链，那很明显会造成问题，因此，加密方式就显得尤为重要。

链上的每个讯息都会由「 公钥 」 在交易中安插一段可被钥匙解开的「 锁头程式码 」，第一步的验证便是拿这把公开的钥匙插进讯息中的锁头，以确认是否能被解开。

非对称加密 : 公钥和私钥

我们先从对称加密开始谈起，对称加密就像一般钥匙，每个锁头只会有一把特定形状的钥匙可以解开，也就是使用同一个密钥进行加密、解密。

那什么是「 非对称加密 」呢 ? 它是指我们在创建能够存取区块链纪录的锁头时，会分别生成「 公钥 」及「 私钥 」两串密码。

私钥非常重要，相当于你个人帐户的密码，不会被其他人知道；公钥则公开可见，被用于解开由「 私钥 」签名的档案。

你已经知道，区块链是由许多个“区块（Block）” 串连而成，每个链上产生的行为都需透过密码学生成对应的公私钥对数据进行验证、加密。

当你发起交易时，即会需要你使用「 私钥 」对该数据进行签名，而同样在区块链上的其他人，若想阅读由「 私钥 」签名的这份档案内容，就需要透过另外的钥匙「 公钥 」才能读取该档案。

共识机制及演算法

区块链的数据，除了节点外还需要特定的共识机制，以验证提交数据的合法性，也确保该区块链网路中的所有参与者都能同步正确资讯且达成一致。每个共识机制又有不同的演算法，有各自的优势。

工作量证明 PoW、权益证明 PoS 是最常见的共识机制

最常见的共识机制是 PoW 工作量证明，它要求矿工解决复杂的密码学难题，以便将区块添加到区块链中。当前市值最大的 BTC 即是采用工作量证明机制，目前其运行超过了 13 年，安全性已获得验证。不过其耗能较高、无法规模化的缺点也颇受争议。

其他较新的共识算法，例如 PoS 权益证明，被视为是一种更高效、安全的替代方案，也越来越受欢迎，毕竟 PoW 作为最早的共识算法，是有些跟不上时代。

生态及应用发展最蓬勃的以太坊，在 2022 年 9 月完成了 The Merge（合并），正式从 PoW 转为 PoS 权益证明。以质押 ETH 成为验证者的方式，取代耗费电脑算力的 PoW 挖矿机制，此举将能使以太坊在兼顾安全性的同时，确保其能永续发展，并为未来扩容方案打下基石。

区块链共识机制对于确保区块炼网络的安全性和完整性至关重要。 通过确保所有参与者对账本有相同的看法，共识算法保护网络免受恶意行为者的侵害，并确保只有有效的合法交易才会被添加到区块链中。

谁在协助维护

与银行、中央利用第三方来验证交易不同，Bitcoin、Ethereum 等区块链使用分散各地的计算机网络来检查交易的可靠性，我们称之为节点或矿工。

节点是维护区块链运作的关键角色

节点非常重要，是记录、验证、处理所有数据的关键角色，它允许使用 BTC、ETH 等加密货币，进行匿名和安全的点对点支付，甚至协助 DApp 执行更复杂的交易，

节点在任何区块链网络中都起著至关重要的作用，可以将它们想像成“监护人”，不断监控链上的各种行为数据，以区分 “合法” 和 “虚假” 的交易，以避免记录有问题的数据。

总结

区块链的数据使用非对称加密，生成公私钥对数据进行加解密；并以共识机制验证数据的合法性，PoW 工作量证明和 PoS 权益证明是最常见的；而区块链网路的运行，则仰赖世界各地的计算机 ( 电脑 ) 作为节点检查这些数据，他们的动机来自于生成区块，以获得的加密货币奖励，因此又被称为矿工

至此你已经充分理解了区块链运作的重要观念：非对称加密、共识机制、节点 ( 矿工 )。

区块链的不可能三角

区块链三难困境（Trillama）是一个术语，用于描述区块链技术的去中心化（Decentralization）、安全性（Security）、可扩展性（Scalability）之间的权衡关系。

大多数主流的老牌区块链，交易速度仍非常慢，主要是为了保证 “安全” ，根本原因在于用计算换信任。像 Bitcoin、Ethereum 追求的是在缺乏互相信任的分布式网路环境下，实现交易的安全、公平以确保写入公开账本的资料一致且正确，其代价便是可扩展性受到极大的限制。

去中心化、安全性、可扩展性（规模化）

这三个要素是任何区块链项目的基础，在设计区块链平台时必须考虑这三个要素。

区块链三难困境，形容的是不可能有区块链同时具备去中心化、安全性、可扩展性，任何项目都必须选择两个来优化同时牺牲第三个。早期区块链如 Bitcoin 、 Ethereum 即是在牺牲可扩展性的情况下，追求去中心化和安全性。

新兴公链如 Tron 、 Solana 等更多是牺牲了一定程度的去中心化，以获得更好的可扩展性，因此交易更加快速、便宜。

开发上的妥协

区块链三难困境，突出了在设计区块链时必须谨慎根据其愿景进行权衡。 因此，了解三难困境及其含义非常重要，不过这也是一个一直被广泛讨论、多方观点各执一词的问题，至今仍无绝对正确的答案。

比特币区块链，每秒处理 5 ~ 7 笔交易。作为最早的区块链，完全没有出过问题，有极高的安全性及去中心化的特性，但可扩展性极差；

以太坊作为新一代区块链，支援智能合约，但每秒最多处理 20 ~ 30 笔交易，也是选择牺牲了可扩展性，而保留了去中心化和安全性；

Solana 被誉为交易速度和可拓展性最强的区块链，但节点数量较少且核心节点有更多权限，因此， “中心化”情况使其受到部分社群诟病。不过也有 Solana 的拥护者认为，比起是否去中心化这种抽象定义，致力于可扩展性并使其能被尽快大规模采用，才是更实际的路线。

技术进步，不可能三角将逐渐被克服

技术日新月异，虽说主流公链比特币、以太坊有在成长，但毕竟还是上个时代的技术，按当前市场需求及用户量，它们的性能远远不足。因此我们能看到各有特色的公链出现。

以太坊正逐步升级技术，以达到更好的可扩展性

大多数人的认知是，不可能三角是无法被解决的难题，但随著投入的资源变多、技术进步变快，已经有许多人为解决这问题付出大量努力以带来更好的落地及使用体验。

承载最大的开发者及应用生态的以太坊，在完成The Merge之后，已经从效率低下的 PoW 共识机制转为更高效的 PoS 共识机制，质押 ETH 成为验证者共同维护网路安全的方式，不再需要昂贵的硬体设备，能源浪费的情形将大幅度改善，兼顾永续发展，并为未来的扩容方案打下基础。

在 Rollup 和分片技术都更加成熟的未来，可扩容性不再会是以太坊的弱项，它能够承载更大的用户需求，不过这一切仍需要时间。

总结

去中心化、安全性、可扩展性一直是区块链在发展上必须权衡的目标，Bitcoin 作为最早的区块链采用 PoW 共识机制确实具备了去中心化及极高的安全性，但可扩展性一直为人诟病；Ethereum 则是成功从 PoW 转为 PoS 但可扩展性上仍有非常大的进步空间，正发展解决方案如 Layer2、Sharing … 等技术，透过清晰且明确的技术路线，一步步升级网路，并在未来克服不可能三角。

区块链的种类

首先要知道，目前其实对公链、私链的定义没有一个准确的规定，以及区分不同 Layer 的明确界定，所有技术都还在发展中，以下分类及解释普遍符合当前的市场共识。

公链&私链

大部分公链完全开放，所有人自由发起交易

公链，是指任何人都可以参与的区块链网络，也是目前市场上主流的区块链网络类别；公链通常被称为Layer 1 ，是因为它将作为区块链的基础层，并透过Roll-up、Plasma…等扩容技术堆叠在其之上，接入其他公链形成庞大的区块链网路。

它对所有人开放，可自由存取、发送、接收及验证交易；共识机制是为了验证资料的合法性，节点则协助将正确的交易新增到帐本中，以此获得加密货币报酬。

私有链通常由单一组织、机构集权管理

私链，或称私有区块链，是指由单个组织或一群人管理，不向公众开放的区块链网络。只有获得许可的用户，才能访问和写入区块链网络帐本。

尽管私链在点对点的交互上与公链相同，但身份和访问管理（ Identity and Access Management，简称 IAM ）系统的存在，使其难以成为去中心化的区块链网络。

私链通常在公司或组织内的小型网络上运行，只有取得授权的节点可以验证交易和更新帐本。私链的运作速度很快，维护网络运作的节点少，意味著可以用更短的时间达成共识以确认交易。在可扩容性方面，私链的表现也明显优于公链，企业可以依照自身的需求轻易地扩大或是缩减其网络规模。

私链的不透明的特性，使用户的信任成本增加。此外，因其中心化特性，若是其中一个节点取得了网络中央管理系统的访问权限，它可以入侵所有节点，窃取数据并破坏区块链网络。另外私链中心化的本质，也与区块链技术的去中心化愿景背道而驰，较难符合社群普遍对区块链愿景的预期。

什么是 Layer 1

Layer 1 是区块链的基础层，负责提供管理、存储和处理交易所需的基础设施和协议。

其设计是为了让区块链能够保持状态的「 帐本一致性 」与「 交易最终性 」，让节点以不可篡改的方式记录数据，并在没有中央审查的情况下以加密的方式达成共识。

Layer 1 多有原生代币，各有优势及生态特色

Layer 1 区块链网络大都有专属的原生代币，可用于支付交易手续费，通过共识机制验证链上交易的合法性以获得奖励，这也是当前最主流的区块链类别。

这些 Layer 1 （公链）各有其优势和生态特色，例如，专注于引入主流 IP 发展 NFT 生态的 Flow、 致力于打造区块链网际网路的 Cosmos、兼容以太坊开发语言的 Polygon、号称每秒负载 6 万笔交易的高性能公链 Solana、兼具可扩展性及互操作性的 Avalanche。

什么是 Layer 2

Layer 2 是区块链的第二层。它建立在基础层之上，负责为区块炼网络提供额外的特性和功能。

第二层解决方案旨在提高区块炼网络的可扩展性、隐私性和其他功能。 第二层解决方案通常建立在智能合约之上，旨在促进区块炼网络上用户之间的价值和数据传输。

Layer 2 基于主链安全性建立，引入更好的可扩展性

Layer 2 的安全性和去中心化程度，通常不如 Layer 1，但它依托主链的优势发展出更好的可扩展性，帮助该区块链生态承载更多的用户需求及应用。

当前基于以太坊的 Layer 2 项目且被认为具有较大的发展潜力、备受关注的有使用 Optimism roll-up 的 Optimism、Arbiturm，采用 zk-rollup 的 zksync。

这些协议基于以太坊网络共享以太坊的安全性，以允许更快、更便宜地执行交易；缺点是技术仍在早期阶段，没经过长期运行的检验，谁都没法百分百确认现阶段技术没有任何问题，不过随官方团队和社区开发者的密切合作，这些项目势必会在一次次的迭代中进化。

区块链的安全性

“区块” 里的资料被分配给所有参与该网路的节点，也就是验证者，经由共识机制对提交的新资料进行检查，以避免有人发出假资料或数据，危害网路安全。

一旦交易经过共识机制验证，被打包成“块”记录之后，资料就无法再被篡改。

区块链安全性由共识机制确保

因其分布式账本技术和加密演算法，区块链被视为一种安全且有弹性的技术。安全性由共识算法一起维护，确保网路中的所有参与者都同意分类账本的状态。

这种共识算法还确保没有任何一个实体可以控制网路，可以有效防止恶意行为发生，如篡改交易数据、窃取资金等。

透过特定的演算法，即使区块链是个公开账本，还是能在一定程度上确保用户隐私。而这些共识机制和演算法，更进一步确保了已存储在区块链上的数据是安全且不可篡改的。

虽然区块链技术看起来可靠，但区块链网络仍然有遭到攻击的风险。

可能面临的攻击

虽说区块链技术理论上是安全的，但这并不表示它能完全免于黑客攻击、安全漏洞的影响。黑客可能利用区块链的代码漏洞窃取资产、获得用户私钥。

恶意行为者可通过控制区块链网路 50% 以上算力，发起 51% 攻击。前面提到，区块链由节点共同维护，但如果当半数以上节点被控制发起错误或不存在的交易，仍然能够通过共识机制的验证。

听起来很可怕，然而这样做的攻击成本极高，几乎难以实现；在当前主流区块链算力市场都已经非常成熟的情况下，不太需要过度担心这件事，知道有它的存在即可。

防范措施有哪些

经常体验链上应用的人会频繁使用热钱包与各种合约互动，并授权部分功能，这其实是有风险的。

如果你是用户，建议使用更加安全的冷钱包；如果你是节点运营者，则需要定期升级代码，就像作业系统的升级和日常维护，它虽不会在短时间完全改善效能，但会通过一点点的改善、迭代升级最终带来更好的安全性及用户体验。

革命应用及创新场景

在前面的章节你已经了解区块链的技术、安全风险及主要分类，但可能对其衍生的重要技术知之甚少，接下来你将了解到完全颠覆应用开发方式的区块链。

智能合约

智能合约的构想最早由 Nick Szabo 在 1994 年的论文 《 The Idea of Smart Contracts 》 中提出，描述了以更自动化的方式强制执行最初合同设定的条件，并以自动贩卖机进行举例。这是一个损失可控且随著不断完善更加安全的商业机制。

在区块链技术蓬勃发展的情况下，智能合约已经能实现更多元的应用方式。你可以将智能合约理解为在区块链上自动执行的程式，在设定好的条件下自动执行指令，无需第三方、中间机构的裁定强制执行。理论上基于智能合约建立的应用，会比中心化应用更公开透明。

说到智能合约，就一定得提到加密货币市值排行第二的 Etheruem（以太坊），它是由 Vitalik 于 2014 年发布的项目，在将近十年的时间里，智能合约的概念催生整个区块链产业的多次创新；2017 年基于 ERC20 标准的众多 ICO、2020 年去中心化金融的爆发、2021 年 NFT 热潮席卷全球…… Etheruem 已是生态发展最活跃的区块链项目。

要想在以太坊上编写智能合约，创建去中心化的应用程序，就必须用 Solidity 进行编写，把它想像成是一种指定系统的沟通语言。智能合约使复杂的流程自动化，区块链的安全性使其避免被篡改或安除，让所有行为都能够按特定标准更高效地被执行。

多链未来

区块链的种类大致能分成公链、私链和联盟链三种。当前最主流、也被广泛认识的是「 公链 」。

随著区块链技术被更多人认识，越来越多人想借由该技术解决对应的问题。若将每一个区块链比喻为一条高速公路，那公链之间就像永不相交的公路般，有各自对应的目的地。多链即是在描述该场景。

为什么多链很重要，且注定是未来 ?

随使用人数、需求在过去两年因去中心化应用快速发展，现有区块链架构已经无法完全承载如此高的使用需求以及更客制化的应用场景。

因此更多团队主动站出来，根据自己的愿景打造更高效、符合其应用场景想像的区块链网路。

针对特定场景打造对应的解决方案听起来很合理，实际上却并不是件容易的事。

这相当于从头设计一套新的作业系统，建立系统时要考虑去中心化、安全性、可扩展性间的权衡；数据要以何种演算法进行加密；什么样的共识机制能够更有效地验证提交资料的正确性 ……

公链项目频出，已发展出特色生态

尽管困难，但自 2020 年开始，我们确实看到了许多创新公链发展出了各具特色的生态：专注于引入主流 IP 发展 NFT 生态的 Flow、 致力于打造区块链网际网路的 Cosmos、兼容以太坊开发语言的 Polygon、号称每秒负载 6 万笔交易的高性能公链 Solana、兼具可扩展性及互操作性的 Avalanche。

以上仅是众多公链的一部分，另外有基于以太坊发展出的 EVM 兼容链，还有基于以太坊主网发展出的 Layer 2 扩容方案，具有代表性的分别是使用 Optimism-rollup 的项目 Optimism、Arbiturm，采用 zk-rollup 的 zksync 。

许多公链为了激励生态发展，不惜注资重金吸引开发者及用户，竞赛早已展开。有没有其他应用能改善多链生态中的竞争，避免流动性的分裂，甚至让生态共同进步的呢 ？那就是「 跨链桥 」

跨链桥促进各生态间的数据交互、资产转移

每一个区块链网络都有特定的共识机制、代币、智能合约、资料结构，这使得彼此之间无法直接进行数据交换。这就很像一位美国人和一位中国人想要使用自己的语言对话，一边说的是英文，另一边讲的是中文，如果没有经过翻译是无法沟通的。

跨链桥让不同区块链网络有了互操作性，开发人员能够彼此协作，各自部署最适合该区块链网络的应用程序，例如，大部分的计算在 A 区块链网络运行，而数据储存则搬移至 B 区块链网路，使不同区块链生态系统可以互相整合。可以说，跨链桥与未来区块链产业的发展息息相关。

模块化区块链

模块化解决方案是为区块链按功能区分成各堆栈，普遍分为执行、结算、共识、安全、数据可用性，由每个模块处理特定任务，各司其职。常见的做法是将执行层（Execution）、安全层（Security ）及数据可用性（ Data Availability ）分开，以更好地解决扩容、去中心化、安全性的不可能三角问题。

模块化提升系统灵活性

长久以来，每个区块链须自己对执行、安全、数据可用性负责，这也导致了扩容上的瓶颈。

模块化架构的优点是提高系统的灵活性，同时保有更好的可扩展性，因为每个模块有明确的分工；且在此架构下，能够更容易针对特定功能进行维护和更新，是更前沿的技术。

Celestia 是模块化公链代表，但离实际落地仍有距离

当前模块化公链尚未有非常明确的落地实例，不过最具代表性的模块化区块链当属 Celestia。

它是一个可被插拔共识和数据可用层，这句话读起来很绕口，简单来说，透过将共识机制和数据拆分，你可能有种应用是基于特定的共识层（节点网路），但却能在多个链上直接部署该应用。

Celestia 将共识层、执行层分开，允许特定应用能根据自身需求优化，理论上基于此架构的程序有更好的灵活性、安全性和可扩展性。

不过它仍属非常早期的阶段，2022 年中才发布测试网，激励测试和主网要在 2023 年才会有明确进度，更何况尽管技术出现，但开发和建设需要积累、生态更需要时间培养，建议现阶段将其理解为未来其中值得留意的一种技术方向即可。

总结

区块链可说天生就适合智能合约，确实 Dapp 的概念因此爆发，出现许多革命性的创新场景，如 DeFi、NFT、GameFi 等，都是依托智能合约概念才得以实现并被广泛采用的场景，随着人们的积累及研究，它在未来还有更多可能性等着我们去发掘

随着应用和使用人数爆发增长，原有的技术已无法完全承载需求，因此出现许多新链为解决特定场景或问题而生， 致力打造区块链网际网路的 Cosmos、兼容以太坊开发语言的 Polygon、号称每秒负载 6 万笔交易的高性能公链 Solana … 多链已成必然未来，且为解锁生态间的流动性，跨链桥基础设施也颇受重视，不过安全性上仍有许多难题待克服。

模块化区块链的相关技术，还在比较早期的阶段，透过将功能模块区分以达到更好的可扩展性及灵活度，当前最具代表性的是 Celestia，不过仍有相当常一段路要走

区块链技术在近几年蓬勃发展，孕育出许多创新的应用，随着应用爆发、使用人数增长，开始出现。

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