区块链技术是如何运作的？

加密密钥、分布式网络与网络服务协议

正如在“区块链技术是什么？”指南所提到的，区块链技术由三种主要技术所构成。没有一个是新技术，唯有在其编排和应用方面是创新的。

这些技术是：1）加密私钥（private key cryptography），2）具备共享分类账（shared ledger）的分布式网络和3）对网络交易、纪录保持和安全提供服务的激励。

以下的例子将说明上述这些技术如何相互运作并保障数字关系（digital relationships）。

加密密钥

有两人想透过互联网进行交易。

双方都握有各自的私钥与公钥。

区块链技术在这方面的组成，主要目的在于创建一个安全的数字身份依据。身分主要是借由当事人所拥有公钥与私钥的组合来辨别。

这些密钥的组合可被视为是一种灵巧的同意形式，创造了一个极度实用的数字签名（digital signature）。

反过来说，这个数字签名提供了强有力的所有权控制。

（来源：Pixabay）

身份

但强有力的所有权控制并不足以保障数字关系。当身份验证被解决以后，还需要有个方式来批准交易和准许（授权）。

对于区块链，这要从分布式网络开始。

分布式网络

分布式网络的好处和需求能通过“如果树在森林里倒下”的思想实验来了解。

当一棵树在森林里倒下，我们用相机记录它倒下的过程，可以很肯定它倒下了。我们有证据——因为我们看到了，即使详细的原因和方式我们并不清楚。

比特币区块链大部分的价值在于，它是一个大型网络，由许多验证器（如比喻中的相机）一同达成共识，即他们都在同一个时间目睹同一件事情。与相机不同，这些验证器采用了数学的验证达成共识。

简而言之，网络的容量（size）对于网络安全的保障是重要的。

强大且积累许多的计算能力是比特币区块链最具吸引力的特质之一。在撰写本文的时候，比特币拥有 3,500,000 TH/s算力的保障、，多于世界上前一万家大型银行的总合。就连仅发展两年、仍处于测试状态、尚未成熟的以太坊（Ethereum），也以 12.5 TH/s进行安全运算（比 google更多）。

记录系统

当加密密钥与区块链网络结合，一个特别实用的数字互动形式便出现了。这个过程始于 A以其私钥，发布某类型的公告在比特币的案例里，发送加密货币的总和并将其附加到 B的公钥。

协议

将包含数字签名、时间点与相关信息的区块广播到网络中的所有节点里。

网络服务协议

一个现实主义者可能会对“如果树在森林里倒下”的思想实验提出以下问题：为何在森林中会有一万台带着相机功能的计算机等着记录一棵树的倒下？换句话说，如何借由计算能力来为网络提供确保安全的服务？

对于开放式的公有区块链，此涉及挖矿。挖矿是建立在一个古老的经济问题——公地悲剧（the tragedy of the commons）——之上的一个特殊方法。

使用区块链，借由提供计算机处理能力来为网络提供服务，其中一台计算机能获得奖励。一人的自身利益将被用来帮助满足公众的需求。

比特币协议的目标是用来消除同一比特币被用于不同交易的可能性，这种方式不容易被侦测到。

这就是为何比特币力求成为像黄金一样的资产的原因。比特币和其基本单位（satoshis）必须是独一无二的被拥有，并具有价值。为了达成上述目的，网络中提供服务的节点借由解决数学验证工作来为每一个比特币创建并维护交易历史。

他们基本上运用 CPU算力来进行投票，表达他们同意新区块建立或拒绝无效区块的意见。当大多数的矿工有相同的解决方案时，他们会在链上增加新的区块。这个区块是带有时间点并能够乘载数据或信息的。

这是一条由众多区块组成的链：

每个区块的类型、数量和验证可能不同。这是区块链协议的问题——或是有效交易的规则，或有效建立新区块的规则。也能为每个区块订制验证的过程。当足够的节点针对如何验证交易达成共识时，便可创建任何需要的规则与激励。

这是一种尝试选择，而人们只是刚开始实验而已。

我们正处于区块链的发展阶段，有许多实验正在开展。截至目前得出的唯一结论是，我们尚未完全了解区块链协议的巧妙。