区块链 — ETH.BUILD

由奥斯汀·格里菲斯制作的教程，演示了如何使用 ETH.BUILD 可视化编程工具进行区块链挖矿。奥斯汀涵盖了工作量证明 (PoW) 共识、区块链接、挖矿难度、区块奖励和链的不可篡改性。

本文字稿是奥斯汀·格里菲斯发布的原视频文字稿 (opens in a new tab)的无障碍副本。为了提高可读性，进行了少量编辑。

协调问题 (0:00)

早上好，领结星期五快乐！这期 ETH.BUILD 的重点是区块链——非常酷的东西。我们坐在这艘小丑船上，戴着我们的比特币领结。我们开始吧。

在目前的课程中，我们已经快速学习了密钥对、哈希和账本。我们发现，如果我们想在一个分布式网络（而不是中心化网络）上进行价值的来回交易，我们最终会遇到协调问题。我们最终会遇到这样一个问题：我们无法在不同的参与方之间达成共识，因为他们都在不同的时间接收到不同的交易。有很多不同的方法可以解决这个问题，但在工作量证明 (PoW) 出现之前，没有一个是完美的。

我们在支线任务中讨论了拜占庭将军问题，我们在那里学到的是，将军们在通过不安全的网络发送消息时，需要证明他们拥有一支军队。这样，接收方就能确认那个人确实是一位即将发起攻击的将军，从而进行协调。

区块与随机数 (1:04)

因此，有了这个账本，我们就可以从网络中注入交易。我们不再让每个单独的用户证明他们的工作量，而是将工作量证明抽象成一个交易区块，并让矿工来处理它。

我们引入一个包含交易的区块——无论网络上传来什么，我们都将其加载到这个区块中。如果我们看一下这个区块的结构，它还有一个随机数。这个随机数允许我们微调哈希。如果我们把整个区块转换成字符串并进行哈希处理，我们就会得到一个哈希。随着交易的改变，哈希也会改变，但当我们改变随机数时，哈希同样会改变。

我们在这里做一些工作——我们有一组随机的交易，并且我们不断改变随机数，直到哈希出现前导零。如果你看过关于拜占庭将军的支线任务，我们选择这个前导零作为需要证明的任意工作量。因此，随机数只需遍历每个数字——一、二、三、四——当我们得到一个前导零时，我们就会说：这是一个有效的区块。

工作量证明的实际应用 (3:00)

如果我们拿一个已经挖出的区块，提取出哈希，并将其放入哈希函数中，我们就可以证明它有一个前导零——我们可以证明这个区块已经经过了工作量证明。

哈希函数会消耗 CPU，而 CPU 是一种有限的资源。我们投入所有的 CPU 算力，试图找到一个带有前导零的哈希。一旦找到，我们就得到了一个有效的区块——这个区块基本上就被冻结了。当时在里面的任何交易现在都在这个区块中，每个人都认可它，然后我们就可以继续处理下一个区块。

将区块链接在一起 (3:56)

诀窍在于：我们把旧区块和新区块连接起来。如果我们看一下结构，新区块没有交易，随机数也是空的，但它有一个包含交易的父区块。前一个区块将成为下一个区块的一部分，这样我们就会得到一条完整的链。

我们从交易池中投入最新的交易，并努力寻找一个随机数。二号区块被挖出来了——我们需要一个值为 10 的随机数才能使这些交易有效。然后我们做同样的事情：连接旧区块，引入新区块，投入最新的交易，然后再次进行工作量证明。经过足够多的尝试后，我们找到了三号区块的随机数。四号区块——同样的过程，我们继续向前推进。

挖矿难度 (5:02)

这太容易了——我们能够非常快地找到一个有效的区块，而我们希望它变得更难。我打算把难度调高到二。我们连接五号区块，引入最新的交易，并让计数器飞速运转。现在我们正在挖矿——利用我们有限的 CPU 算力随意地向其抛出随机哈希，直到我们找到一个带有两个前导零的哈希，因为难度已经提高了。这需要一点时间。

现在我们有了这条包含五个区块的区块链。这些区块包含交易，并且每个区块都引用前一个区块。每个区块都需要一定的任意工作量才能产生，而工作量的大小由难度控制。

矿工 (6:46)

让我们看看矿工是什么。在拜占庭将军问题中，想要“在黎明时分进攻”的将军需要士兵。每个士兵内部发生的事情，正是我们在这里用矿工所做的事情——我们获取一条消息和一个随机数，并尽可能快地将它们投入哈希函数中，试图获得那些前导零。前导零是我们大家都同意的某种任意标准——这足以证明你是一名士兵，或者你可以发动战争。

让我引入一个矿工，把这个过程做得更快一点。矿工将对我们的区块做同样的事情——它从交易池中获取传入的交易，将它们注入区块，然后不断进行工作量证明，直到找到一个有效的哈希。

矿工的效率要高一点。他更专注于挖矿。他正在随机抛出哈希——这正是我们的矿工之前所做的，只是被抽象化了。我们可以看到它在后台飞速运转，不断地进行哈希处理。找到了——六号区块被挖出来了。

双重支付与网络传播 (10:00)

现在我们讨论了双重支付的问题，甚至网络传播的问题。当我们有一个账本和一个分布式网络，并且有人发送了一笔交易时，它会在不同的时间到达不同的人那里。因此，网络上可能会有两个矿工在完全相同的时间挖出一个区块，而它们里面包含不同的交易。

每一个在当时都是有效的——它们都完成了工作量证明，它们都有前导零。但它们不可能都是规范的。它们不可能都是真相。因此，我们需要一种方法让网络就哪一条是真正的链达成共识。

多个矿工与共识 (12:27)

让我抓住这个区块并把它移到这里。我想要的是两个不同的矿工在同一个问题上工作，有点像监听同一个交易池并独立地生成区块。我们有两个矿工：Mallory 和 Mike。我已经把难度调到了三，两人都在努力寻找一个带有三个前导零的哈希。

所以 Mallory 先找到了一个区块！太棒了。现在会发生什么——因为我们在一个分布式网络上，Mike 可能还不知道 Mallory 的区块。他可能还在处理他自己的版本。现在 Mike 也找到了一个。所以我们有两条有效的路径。

如果你是网络上的一个对等节点，并且你先看到了 Mallory 的区块，你会认为那是主区块。然后稍后 Mike 的区块到达了。你会把它们都保留下来，以防其中一个成为最长的链。规则是：遵循最长的有效链。

Coinbase 与区块奖励 (15:33)

当矿工挖出一个区块时，我们会说：这是我们想要的所有交易，这是随机数，这是父区块——但我们也会说，这是挖出那个区块的人。这被称为 coinbase——我想现在有一家公司叫这个名字，但这是两码事。我们姑且称之为“矿工”。所以我们的区块现在需要一个矿工字段。

所以 Mike 刚刚找到了这个区块，Mike 也将从中获得 10 的价值。我们需要激励矿工去做所有这些工作，对吧？他们花钱购买这些矿机，基本上是为了确保网络的安全。这些矿工花钱用他们所有的哈希算力来保护网络——所有矿工加起来，可能有成千上万个。他们花大价钱建造处理这些哈希的矿机，为了激励他们，我们从他们挖出的每个区块中给他们一部分分成，称为区块奖励。

区块奖励与激励 (16:52)

所以在这个版本的区块中，Mallory 有十美元，但在另一个版本中 Mike 有十美元。这两个参与者都有动力继续沿着他们自己的链走下去，而网络的其余部分需要达成共识。基本上，这归结为谁拥有最长的有效链。

Mike 将把他的区块设置为父区块，并开始处理下一个区块。Mallory 也会做同样的事情。这取决于网络上的其他人选择站在哪一边。因为我们不想惩罚网络状况不佳的人，我很确定在以太坊中我们会向叔块（未能进入最长链的有效区块）支付报酬——因为它们仍在帮助保护网络。

我们遇到了协调和共识的问题，我们通过引入必须参与的任意工作量来使交易有效，从而解决了这个问题。Mallory 做了所有这些哈希处理工作，不断地进行哈希处理，以找到所有这些交易和前一个区块的哈希的三个前导零。

查询区块链 (18:30)

我们可以与任何最长的链进行交互。Mike 还没有达到七，所以我们可以看到这里的区块高度仍然是六。我们可以做一些事情，比如查询人们的余额。所以我们点击余额——我们得到了什么？五百二十四。所以 Heidi 一直持有 524 个这条链的原生代币。我们可以看到她的随机数，我们可以做所有我们在账本上能做的事情，但现在我们正在堆叠区块，而这些区块包含着交易。

我们已经将工作量从只是发送资金的用户抽象给了矿工，并且我们通过给予他们区块奖励来激励他们。每笔交易每个人还需要支付少量费用，但我们将在以后的节目中讨论这个问题。我们现在不想谈论 Gas，但了解这一点很有帮助：不仅有挖出一个区块的激励，还有挖出一个包含大量交易的完整区块的激励。但这是一个较小的激励——我们最终会讲到它。

链的不可篡改性 (19:51)

随着区块被挖出，它们变得越来越安全。让我向你展示我的意思。所以 Mike 挖出了一个区块，Mallory 在这里做演示，没能挖出一个区块。所以现在 Mike 的链将是最长的，它将在整个网络中传播。每个人都会看到它并说：好的，这条链有七个区块，它们都是有效的——这就是我们要遵循的链。你可能会遇到硬分叉、有争议的分叉，我们所遵循的规则将会改变，不同的人群想要遵循不同的链。很酷的东西。

好了，最后，如果我们回到三号区块并改变一些东西——改变任何微小的细节——我要进去了。有一笔给 Frank 的交易。假设我们把 Frank 改成 Eve。现在看看当我点击确定时会发生什么：看那个。我改变了三号区块的一小部分，突然之间整条链就崩溃了。它不再有效了。如果我在网络上广播这个，人们会把我笑掉大牙。

一旦区块被挖出，你就不能改变任何东西，除非你回去并在它改变时重新挖矿。我基本上必须把矿机重新连接到这里，并试图拥有足够的算力来追上已经有七个区块的 Mike。这将是非常非常困难的。一个区块越深，就越难恢复。事实上，在这个三号区块中，Carlos 发送了 84 给 Bob——Bob 可以非常确定地知道，在多个区块的深度下，那笔钱肯定在那里。这里不可能出现什么有争议的分叉——我很稳。这就是我们所说的最终性。

总结 (22:00)

我们不再使用账本并面临这种共识问题，而是使用工作量证明 (PoW) 来进行哈希处理以验证区块——而“有效”意味着任意数量的前导零。在构建区块链时，我们仍然会遇到问题，即挖出的区块实际上可能会在不同的时间到达不同的地方。因此，我们有一个进一步的共识算法，它规定：遵循最长的有效链，并且遵循你希望参与的规则集。

好了，领结星期五快乐！这就是 ETH.BUILD 上的区块链。我会把它保存并放上去，这样你只需点击“加载”就可以有一条链来玩了。星期五快乐！