◇區塊鏈的運行機制

區塊鏈網絡是一個分布式網絡，網絡中存在眾多節點，每個節點都參與數據維護。一旦有新的數據加入，所有的節點都會對數據進行驗證，節點間必須對處理結果達成一致，才能將新加入的數據成功地寫入各自維護的區塊鏈中，讓網絡中每個節點都擁有一套完全一致的數據記錄。那么，區塊鏈是怎么工作的呢？下面，我們就以比特幣的一筆交易為例來說明區塊鏈的工作過程。

1．身份驗證

在區塊鏈網絡中沒有中心機構對節點進行認證，首要解決的問題是對節點的身份進行驗證。在比特幣區塊鏈系統中，是使用一對密鑰來完成驗證的。

創建比特幣賬戶時，會生成公鑰和私鑰，私鑰用于數字簽名，確認交易所有權；公鑰則是私鑰通過算法生成的，還是對外公開的，此過程不可逆，即無法通過公鑰推算私鑰。

用公鑰對數據進行加密后，只有對應的私鑰才能解密；用私鑰加密，只有對應的公鑰才能解密。在區塊鏈系統中，就是使用唯一匹配的私鑰和公鑰來完成加密、解密和身份驗證的，舉個例子：

Alice向Bob發送消息“Hello Bob”。

首先，用Bob提供的公鑰對信息進行加密形成密文，Bob使用自己的私鑰對密文進行解密；解密后的結果如果是“Hello Bob”，則證明這個消息是正確的。

其次，還提供了簽名機制，Alice可以用自己的私鑰對消息進行簽名，Bob則要通過Alice提供的公鑰進行驗簽，從而證明該消息的發送者是Alice。

2．交易確認

如果某個節點發起一筆交易，交易不會被立刻添加到區塊鏈中，首先會對交易余額進行校驗。可是，在區塊結構中，并沒有記錄賬戶余額，如何才能知道交易方有足夠的余額呢？在比特幣交易網絡中，貨幣的所有權是通過驗證歷史交易信息來核實的。

例如，Alice要給Bob發送1個BTC, Alice必須援引之前收到這個或更多的比特幣的歷史交易信息，即“進賬”; Bob會查看那些進賬，確保Alice是真正的接收者，確保進賬數額為1個BTC或更多。如果一筆交易已被使用過一次，該筆交易就會被認為是已消費，且不能被再次使用。

如果Alice的賬戶通過了驗證，則該筆交易就是合法交易，Bob會將交易信息保存在事務池（或內存池）中，廣播給其他節點；其他節點接收到交易信息后，也會進行同樣的校驗操作。

3．交易記錄

當某一個節點獲得記賬權后，會將交易納入區塊，在區塊上加蓋時間戳，并記錄到自己維護的區塊鏈中；然后，將該區塊進行全網廣播，其他節點接到廣播后，將區塊記錄到各自維護的區塊鏈中。

上例中Alice給Bob的轉賬完成，交易信息被記錄到區塊鏈上，無法更改。

4．雙重支付和分叉

比如，Alice賬戶有一個未消費的BTC, Alice將這個BTC同時發送給Bob和Tom，就是“雙重支付”或“雙花”。如果兩筆交易被先后驗證，例如，給Bob的交易通過驗證，那么給Tom的交易就會驗證失敗，反之亦然。如果兩筆交易被同時驗證，都被認為是有效交易，接入區塊鏈時，就會暫時出現分叉情況，如圖4-1所示。

之后的區塊認同哪個區塊，就會在哪個區塊后面延續。比特幣規定，選擇最長的那條鏈進行擴展，所以一旦有新的區塊加入，就會沿著最長的鏈延續，較短的那條鏈上的區塊就會被拋棄，對應的交易也將失效，失效的交易就要承擔相應的損失。