Blockchain For Dummies

这个 dummy 很显然是我 😄。系统性地输出一下了解到的 Web3 理论。

何谓 Blockchain？

区块链（blockchain）是一切的主题。所谓 block，就是公开记录的数据块。前一个 block 的哈希值通常被包含在后一个 block 的开头，因此它们像链条一样紧紧连接，一旦改动前面的区块，后面的所有区块都会引发连锁反应。这种方式保证了数据的不可篡改性。

共识机制

你可以说：我重新计算后面的区块就好了呀？理论上是这样。

比特币的解决方案是工作量证明（Proof of Work, PoW）。每添加一个区块都需要做一道极难的、只能用算力堆砌破解的数学题。也就是说，如果我想要修改 block n-k，我必须计算出 block n-k+1, block n-k+2, ... 的数学题，而且速度要比「世界上最幸运的矿工的接力棒」还要快。最终，我的篡改链比当前的共识链还要长，成为新的共识链。这只有在我掌握了全网 51% 及以上的算力的时候，才有机会稳定实现。这在现实中是不可能的。

数学题

所谓数学题，就是：

$$\begin{equation} \text{solve \textbf{Nonce}}\quad s.t.\quad \left[(\text{Block}\ n-1)_{\text{Hash}}+\text{Transactions}+\textbf{Nonce}\right]_\text{Hash}< A \end{equation}$$

其中 $A$ 是一个给定的哈希值上限，按 64 位十六进制数来表示的话，目前的难度是开头有 19 个零。其大小会根据挖矿难度动态调整，以确保每产出 2016 个新的区块，总用时在两周（20160 分钟，即保证每 10 分钟产生一个新的 block）左右。

这个 Nonce 目前没有任何数学解法。只能穷举法暴力破解，因此这是一场算力的比拼。谁最先碰到任何一个满足条件的 Nonce 值，他就有权利将上述内容打包成 block n 并广播。验证方法极其简单：计算新 block 的哈希值，看看开头的零够不够 19 个即可。这是一个解题难度和验证难度极其不对称的题目。

一旦这个幸运的矿工正式将他手头的 block n 部署上链，所有人都会放弃手头的挖矿工作，重新开始，基于 block 0 - ... - block n 来制作 block n+1。这是一个「第一名冲线后，所有人就回到起点重新开始比赛」的游戏。

比特币的发行

比特币会奖励成功上链的矿工一定数量的比特币。这个数额每 210,000 个 block 减半一次。根据上述十分钟定律，每产生 210,000 个 block 需要四年左右。头一个四年（2008-2012）的奖励是 50 比特币。

截至 2024 年，94% 的比特币（接近 2000 万）已经被挖出。但是比特币的使用规则决定了它是越用越少的：一旦被送到一个黑洞地址，那么比特币就永远遗失了。所以比特币有严重的通缩倾向。

公钥和私钥