区块链如何运作
了解区块链背后运作的技术，密码学、共识机制及节点。
介绍
在上一个章节中，你了解了区块链的定义、起源及其重要性。在这个章节，你将深入认识 “区块链” 究竟是如何运作的，这里面涵盖了密码学、共识机制等技术。
密码学
虽然我们说区块链是公开透明、不可被篡改的，但如果有人把错误的交易纪录随意发至区块链，那很明显会造成问题，因此，加密方式就显得尤为重要。
链上的每个讯息都会由「 公钥 」 在交易中安插一段可被钥匙解开的「 锁头程式码 」，第一步的验证便是拿这把公开的钥匙插进讯息中的锁头，以确认是否能被解开。
非对称加密 : 公钥和私钥
我们先从对称加密开始谈起，对称加密就像一般钥匙，每个锁头只会有一把特定形状的钥匙可以解开，也就是使用同一个密钥进行加密、解密。
那什么是「 非对称加密 」呢 ? 它是指我们在创建能够存取区块链纪录的锁头时，会分别生成「 公钥 」及「 私钥 」两串密码。
私钥非常重要，相当于你个人帐户的密码，不会被其他人知道；公钥则公开可见，被用于解开由「 私钥 」签名的档案。
你已经知道，区块链是由许多个“区块（Block）” 串连而成，每个链上产生的行为都需透过密码学生成对应的公私钥对数据进行验证、加密。
当你发起交易时，即会需要你使用「 私钥 」对该数据进行签名，而同样在区块链上的其他人，若想阅读由「 私钥 」签名的这份档案内容，就需要透过另外的钥匙「 公钥 」才能读取该档案。
共识机制及演算法
区块链的数据，除了节点外还需要特定的共识机制，以验证提交数据的合法性，也确保该区块链网路中的所有参与者都能同步正确资讯且达成一致。每个共识机制又有不同的演算法，有各自的优势。
工作量证明 PoW、权益证明 PoS 是最常见的共识机制
最常见的共识机制是 PoW 工作量证明，它要求矿工解决复杂的密码学难题，以便将区块添加到区块链中。当前市值最大的 BTC 即是采用工作量证明机制，目前其运行超过了 16 年，安全性已获得验证。不过其耗能较高、无法规模化的缺点也颇受争议。
其他较新的共识算法，例如 PoS 权益证明，被视为是一种更高效、安全的替代方案，也越来越受欢迎，毕竟 PoW 作为最早的共识算法，是有些跟不上时代。
生态及应用发展最蓬勃的以太坊，在 2022 年 9 月完成了 The Merge（合并），正式从 PoW 转为 PoS 权益证明。以质押 ETH 成为验证者的方式，取代耗费电脑算力的 PoW 挖矿机制，此举将能使以太坊在兼顾安全性的同时，确保其能永续发展，并为未来扩容方案打下基石。
区块链共识机制对于确保区块链网络的安全性和完整性至关重要。 通过确保所有参与者对账本有相同的看法，共识算法保护网络免受恶意行为者的侵害，并确保只有有效的符合协议规则的有效交易才会被添加到区块链中。
谁在协助维护
与银行、中央利用第三方来验证交易不同，Bitcoin、Ethereum 等区块链使用分散各地的计算机网络来检查交易的可靠性，我们称之为节点或矿工。
节点是维护区块链运作的关键角色
节点非常重要，是记录、验证、处理所有数据的关键角色，它允许使用 BTC、ETH 等加密货币，进行匿名和安全的点对点支付，甚至协助 DApp 执行更复杂的交易。
节点在任何区块链网络中都起著至关重要的作用，可以将它们想像成“监护人”，不断监控链上的各种行为数据，以区分 “合法” 和 “虚假” 的交易，以避免记录有问题的数据。
总结
区块链的数据使用非对称加密，生成公私钥对数据进行加解密；并以共识机制验证数据的合法性，PoW 工作量证明和 PoS 权益证明是最常见的；而区块链网路的运行，则仰赖世界各地的计算机 ( 电脑 ) 作为节点检查这些数据，他们的动机来自于生成区块，以获得的加密货币奖励，因此又被称为矿工。
至此你已经充分理解了区块链运作的重要观念：非对称加密、共识机制、节点 ( 矿工 )。
重点回顾
不同区块链有不同的共识机制，以验证提交数据的合法性，常见的是 PoW 和 PoS。
以太坊区块链在 2022 年 9 月从 PoW 转为 PoS 共识机制，以质押 ETH 的方式取代算力挖矿，更加高效节能，且为未来扩容方案打下基石。
节点是维持区块链系统运作的重要角色，负责记录、验证、处理所有数据。
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密码学
虽然我们说区块链是公开透明、不可被篡改的，但如果有人把错误的交易纪录随意发至区块链，那很明显会造成问题，因此，加密方式就显得尤为重要。
链上的每个讯息都会由「 公钥 」 在交易中安插一段可被钥匙解开的「 锁头程式码 」，第一步的验证便是拿这把公开的钥匙插进讯息中的锁头，以确认是否能被解开。
非对称加密 : 公钥和私钥
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那什么是「 非对称加密 」呢 ? 它是指我们在创建能够存取区块链纪录的锁头时，会分别生成「 公钥 」及「 私钥 」两串密码。
私钥非常重要，相当于你个人帐户的密码，不会被其他人知道；公钥则公开可见，被用于解开由「 私钥 」签名的档案。
你已经知道，区块链是由许多个“区块（Block）” 串连而成，每个链上产生的行为都需透过密码学生成对应的公私钥对数据进行验证、加密。
当你发起交易时，即会需要你使用「 私钥 」对该数据进行签名，而同样在区块链上的其他人，若想阅读由「 私钥 」签名的这份档案内容，就需要透过另外的钥匙「 公钥 」才能读取该档案。
共识机制及演算法
区块链的数据，除了节点外还需要特定的共识机制，以验证提交数据的合法性，也确保该区块链网路中的所有参与者都能同步正确资讯且达成一致。每个共识机制又有不同的演算法，有各自的优势。
工作量证明 PoW、权益证明 PoS 是最常见的共识机制
最常见的共识机制是 PoW 工作量证明，它要求矿工解决复杂的密码学难题，以便将区块添加到区块链中。当前市值最大的 BTC 即是采用工作量证明机制，目前其运行超过了 16 年，安全性已获得验证。不过其耗能较高、无法规模化的缺点也颇受争议。
其他较新的共识算法，例如 PoS 权益证明，被视为是一种更高效、安全的替代方案，也越来越受欢迎，毕竟 PoW 作为最早的共识算法，是有些跟不上时代。
生态及应用发展最蓬勃的以太坊，在 2022 年 9 月完成了 The Merge（合并），正式从 PoW 转为 PoS 权益证明。以质押 ETH 成为验证者的方式，取代耗费电脑算力的 PoW 挖矿机制，此举将能使以太坊在兼顾安全性的同时，确保其能永续发展，并为未来扩容方案打下基石。
区块链共识机制对于确保区块链网络的安全性和完整性至关重要。 通过确保所有参与者对账本有相同的看法，共识算法保护网络免受恶意行为者的侵害，并确保只有有效的符合协议规则的有效交易才会被添加到区块链中。
谁在协助维护
与银行、中央利用第三方来验证交易不同，Bitcoin、Ethereum 等区块链使用分散各地的计算机网络来检查交易的可靠性，我们称之为节点或矿工。
节点是维护区块链运作的关键角色
节点非常重要，是记录、验证、处理所有数据的关键角色，它允许使用 BTC、ETH 等加密货币，进行匿名和安全的点对点支付，甚至协助 DApp 执行更复杂的交易。
节点在任何区块链网络中都起著至关重要的作用，可以将它们想像成“监护人”，不断监控链上的各种行为数据，以区分 “合法” 和 “虚假” 的交易，以避免记录有问题的数据。
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区块链的数据使用非对称加密，生成公私钥对数据进行加解密；并以共识机制验证数据的合法性，PoW 工作量证明和 PoS 权益证明是最常见的；而区块链网路的运行，则仰赖世界各地的计算机 ( 电脑 ) 作为节点检查这些数据，他们的动机来自于生成区块，以获得的加密货币奖励，因此又被称为矿工。
至此你已经充分理解了区块链运作的重要观念：非对称加密、共识机制、节点 ( 矿工 )。
重点回顾
不同区块链有不同的共识机制，以验证提交数据的合法性，常见的是 PoW 和 PoS。
以太坊区块链在 2022 年 9 月从 PoW 转为 PoS 共识机制，以质押 ETH 的方式取代算力挖矿，更加高效节能，且为未来扩容方案打下基石。
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