◇区块链的运行机制

区块链网络是一个分布式网络，网络中存在众多节点，每个节点都参与数据维护。一旦有新的数据加入，所有的节点都会对数据进行验证，节点间必须对处理结果达成一致，才能将新加入的数据成功地写入各自维护的区块链中，让网络中每个节点都拥有一套完全一致的数据记录。那么，区块链是怎么工作的呢？下面，我们就以比特币的一笔交易为例来说明区块链的工作过程。

1．身份验证

在区块链网络中没有中心机构对节点进行认证，首要解决的问题是对节点的身份进行验证。在比特币区块链系统中，是使用一对密钥来完成验证的。

创建比特币账户时，会生成公钥和私钥，私钥用于数字签名，确认交易所有权；公钥则是私钥通过算法生成的，还是对外公开的，此过程不可逆，即无法通过公钥推算私钥。

用公钥对数据进行加密后，只有对应的私钥才能解密；用私钥加密，只有对应的公钥才能解密。在区块链系统中，就是使用唯一匹配的私钥和公钥来完成加密、解密和身份验证的，举个例子：

Alice向Bob发送消息“Hello Bob”。

首先，用Bob提供的公钥对信息进行加密形成密文，Bob使用自己的私钥对密文进行解密；解密后的结果如果是“Hello Bob”，则证明这个消息是正确的。

其次，还提供了签名机制，Alice可以用自己的私钥对消息进行签名，Bob则要通过Alice提供的公钥进行验签，从而证明该消息的发送者是Alice。

2．交易确认

如果某个节点发起一笔交易，交易不会被立刻添加到区块链中，首先会对交易余额进行校验。可是，在区块结构中，并没有记录账户余额，如何才能知道交易方有足够的余额呢？在比特币交易网络中，货币的所有权是通过验证历史交易信息来核实的。

例如，Alice要给Bob发送1个BTC, Alice必须援引之前收到这个或更多的比特币的历史交易信息，即“进账”; Bob会查看那些进账，确保Alice是真正的接收者，确保进账数额为1个BTC或更多。如果一笔交易已被使用过一次，该笔交易就会被认为是已消费，且不能被再次使用。

如果Alice的账户通过了验证，则该笔交易就是合法交易，Bob会将交易信息保存在事务池（或内存池）中，广播给其他节点；其他节点接收到交易信息后，也会进行同样的校验操作。

3．交易记录

当某一个节点获得记账权后，会将交易纳入区块，在区块上加盖时间戳，并记录到自己维护的区块链中；然后，将该区块进行全网广播，其他节点接到广播后，将区块记录到各自维护的区块链中。

上例中Alice给Bob的转账完成，交易信息被记录到区块链上，无法更改。

4．双重支付和分叉

比如，Alice账户有一个未消费的BTC, Alice将这个BTC同时发送给Bob和Tom，就是“双重支付”或“双花”。如果两笔交易被先后验证，例如，给Bob的交易通过验证，那么给Tom的交易就会验证失败，反之亦然。如果两笔交易被同时验证，都被认为是有效交易，接入区块链时，就会暂时出现分叉情况，如图4-1所示。

图4-1 两笔有效交易接入区块链时出现的分叉情况

之后的区块认同哪个区块，就会在哪个区块后面延续。比特币规定，选择最长的那条链进行扩展，所以一旦有新的区块加入，就会沿着最长的链延续，较短的那条链上的区块就会被抛弃，对应的交易也将失效，失效的交易就要承担相应的损失。