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什么是区块链？
什么是哈希函数？
特点
种类
SHA2_256
区块链如何记账？
普通账本
链接账本
区块链账本
什么是采矿？
概念
如何命中？
为什么需要哈希函数？
什么是区块链？
我们先来看定义：
区块：永久存储数据信息的载体单位
链：用金属环节连套而成的索子
区块链：一种安全共享的去中心化的数据账本
从定义中我们可以大概看出来，区块是区块链中的基本信息单位（就像原子一样），多个区块通过链连接起来，形成一个名字叫区块链的账本。
所以，我们可以这样比喻，区块链是账本，区块是账本中的一行，链是某种将多个行连接起来的方式。
那么如何将多个行连接起来方便查找和读取呢，最简单的就是给每一行顺序编号，这样每一行就通过编号连接起来成为一个账本中的一部分了。账本最重要的就是安全性，顺序编号之后某个人就不可能再插入一个新行了（电子表格除外）。
但是，如果某个人想要修改（而非删减或增加）某一行的内容，那么他只需要找到对应的行号，然后修改这一行中的部分内容，修改后行号没有变化，所以他的修改不会被人发现，这个账本就不安全了。
如果账本可以被修改，那么你的存款，贷款都可以被他人修改，后果可想而知。
所以，想要实现一种安全的账本，必须要有一种安全的链，区块链由此诞生。
什么是哈希函数？
从上面账本中的例子我们可以看到，如果想要保证账本修改后能被发现，那么我们需要：
将一行内容备份到另一个账本，跟另一个账本比对信息就能确认原账本是否被修改。
但，如何保证备份账本不被修改？给备份账本再增加一个备份账本1？这就陷入了没有止境的递归 了。
所以，我们需要一种机制——让账本的每一行信息，都包含有以前所有行的信息。
你可能立马会意识到，第二行就包含了两行信息，第一百行包含了一百行信息，最后一行包含了整个账本的信息。
那么，也出现了一个物理问题，一行能写下多行的信息吗。还出现了一个哲学问题，如果一行写下了一本书的信息，这一行还能叫一行吗，一片海还是一滴水吗？
所以，很明显，我们需要一种信息压缩机制，将以前所有的账本信息压缩到能在最新的一行中存储。
| 压缩种类 | 效果 | 特点 | 缺点 |
| 可恢复压缩 | 消息<->摘要 | 可以恢复原始信息，但摘要和信息的体积直接相关，信息越大，摘要越大 | 摘要越来越大 |
| 不可恢复压缩 | 消息 ->摘要 | 无法恢复原始信息，但提取了原始信息特征 | 耗时长，实现难度大 |
注：其实严格来说，这并不是一种压缩，而是一种信息特征提取
现在我们来看哈希函数：
是否能明白为什么区块链大部分选择哈希函数了。
特点
哈希函数特点很多，我按照自己方式总结几个：
| 特点 | 解释 |
| 输入长度不固定，但输出长度固定 | 即提取信息的特征 |
| 由输出难以逆推输入 | 由特征无法恢复信息 |
| 难以找到输出相同的不同输入 | 不同信息特征不同 |
| 输入同，输出同；输入不同，输出极大不同 | 相似信息特征不相似 |
下面是一些例子：
在线加密解密OSCHINA.NET在线工具,ostools为开发设计人员提供在线工具，提供jsbin在线 CSS、JS 调试，在线 Java API文档,在线 PHP API文档,在线 Node.js API文档,Less CSS编译器，MarkDown编译器等其他在线工具https://tool.oschina.net/encrypt?type=2
如果你在以上网站输入和图片相同的信息，你就会得到相同的输出，这就是哈希函数的一个特点——不论你用何种方式执行哈希函数，对于相同的输入总是能得到相同的输出。
种类
哈希算法种类丰富，但区块链主要用SHA2和SHA3，SHA2_256和SHA2_512只是输出的宽度不同，但原理相同。
SHA2_256
SHA家族的算法原理类似，基本流程包括：
信息分块→各块拆分→顺序压缩（加密循环）→输出结果
对于不同长度的输入信息，只是顺序压缩的执行次数不同。
有兴趣的同学可以研究图中细节，或阅读SHA256算法原理详解_随煜而安的博客-CSDN博客
区块链如何记账？
好了，现在我们知道哈希函数SHA2_256，现在如何实现难以被修改的记账？
普通账本
我们先假设存在如下表格的简单账本
| 信息（原始） | 备注 |
| 1 | 无 |
| 2 | 无 |
| 3 | 无 |
现在假设有人篡改且所有账本第二信息
| 信息（原始） | 备注 |
| 1 | 无 |
| 5 | 无 |
| 3 | 无 |
此时如果没有别的记忆，无人能发现修改
链接账本
如果我们在每一行存储前面的信息，做成一个串联的账本
| 信息（原始） | 备注 |
| 1 | 0 |
| 2 | 1 |
| 3 | 2 |
现在假设有人篡改第二行
| 信息（原始） | 备注 |
| 1 | 0 |
| 5 | 1 |
| 3 | 2 |
其他人通过检验第三行的信息就能推断出账本第二行被人修改了 。
如果需要篡改账本，且需要篡改所有账本第二+第三行的信息，虽然链接起来了，但只是相邻行的链接。如果要防止多行一起篡改，还需要分布式链接账本，但分布式账本需要每个人存一份，但如果数据在传输或记录过程中出错呢？由谁决定哪个数据是正确的呢？
区块链账本
现在我将上表的前一行信息+备注通过SHA2_256加密（可以在在线加密网站得到和我同样的结果），得到下表：
第一行备注=SHA_256(0)
其中最后一个2是第二行信息。
第二行备注=SHA_256(5feceb66ffc86f38d952786c6d696c79c2dbc239dd4e91b46729d73a27fb57e92)
其中最后一个2是第二行信息。
第三行备注=SHA_256(9bedabceae9404008ff254faed3441d4ec4379584b65399a18b0d24e23bebe213)
其中最后一个3是第三行信息。
| 信息（原始） | 备注 |
| 1 | 5feceb66ffc86f38d952786c6d696c79c2dbc239dd4e91b46729d73a27fb57e9 |
| 2 | 9bedabceae9404008ff254faed3441d4ec4379584b65399a18b0d24e23bebe21 |
| 3 | aa5522adbe0f0f7be76995152a84736addf4c4b50b09d2e384cb8c1ee8ae4eb5 |
所以区块链账本有什么区别？
第二行的哈希值包含了第一行的信息，
第二行的哈希值包含了第一行的信息+第二行信息，
第三行的哈希值包含了第二行的备注+第三行信息
所以，每一行都包含了前面所有行的信息。
现在假设有人篡改第二行
| 信息（原始） | 备注 |
| 1 | 5feceb66ffc86f38d952786c6d696c79c2dbc239dd4e91b46729d73a27fb57e9 |
| 5 | a12b6c77955ba11b7ee9f2502060a6261e6a0c87356178825859f4e08accfa50 |
| 3 | 16e947d9a2e165e2147e3b1967c373c8bb6a5d6cc88b3255cc28c369cd852699 |
那么从第二行生成的HASH值就大变样了，因为第三行中包含了前面所有行，如果这个账本有1000行，那么篡改者还需要修改另外998行，且保证所有节点的账本都被修改完成，这个任务几乎不可能完成。
这么多账本，如果传输出错了，如何确认谁对谁错呢？
记账人（矿工）将当前行（区块）打包输出哈希值并全网发布，每个节点通过哈希函数执行一次，如果哈希值相同，则验证成功，本地存储新的一行（区块）。如果矿工篡改，传输错误，则在正常节点上验证不成功，正常节点不会记录此新交易（区块）。
这就是区块链账本的不可篡改性。
什么是采矿？
概念
由于比特币是第一种区块链加密货币，我们以比特币为例，先看定义：
定义1：是一种获得比特币的方式,简单来讲就是全网矿工一起来做一道题目,谁先做出来,谁就会得到比特币奖励。
所以挖矿就是解题，具体解什么题呢，就是上面的哈希算法。
但是，哈希算法不是不可解的吗，确实如此。那么如何解题呢？你应该听说过暴力穷举吧？
挖矿就是给定一个哈希函数的输出，你不断尝试不同的输入，将其代入到哈希函数中，看看能否得到相同的输出。
注：真实挖矿为了降低难度，给定的目标输出是一个范围，矿工只需要找到范围内输出对应的输入值。
这里举个例子，挖矿就是射箭，找到一个合适的箭头（随机数），装配上箭柄（ 区块信息），通过一个给定的弓（哈希函数），射箭（输出散列值），射中靶子（输出目标散列），就算挖矿成功（得到奖励）。
如何命中？
由于这把弓（哈希函数）的机制比较复杂，所以射出去的箭到处乱飞，此时如何射中靶子呢？
明白了吗，就是保证射箭过程尽可能快，射出去箭尽可能多 。
回到挖矿，既然挖矿是暴力计算哈希函数，那么高效的挖矿方式就是算的快（高频率），算的多（并行化），由于芯片频率早就已经见顶，所以并行化就是高效挖矿的唯一手段了。
所以你从下面的图看为什么显卡GPU更适合挖矿（绿色是计算单元）
为什么需要哈希函数？
我们知道挖矿，但我们并不知道加密货币需要挖矿，那么我们先看挖矿的另一种定义：
定义2：争夺记账的权利,然后获得比特币奖励。
所以，挖矿其实是争取记账的权利，为什么要争取记账的权利？
因为区块链项目是分布式的、去中心化的，没有中心节点指挥着其它节点“有序”的出块。既然没人指挥，就需要在每次出块时有一种所有节点都认可的确权机制：出块的人必须满足某个要求，并且其它节点可以验证这个满足条件。这种确权机制被称之为共识。
但是为什么需要有人打包区块，因为交易信息传播需要时间，每个人打包的信息可能不一样，但是区块链中的某个区块必须是确定唯一的，所以才需要要通过某种方式选中一个节点负责打包区块。
所以，挖矿是打包区块模拟考试，证明旷工有能力运算哈希函数执行区块打包的任务，挖矿的难度是区块链中的一种记账人选择机制。
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-772760.html
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