什么是区块链？
区块链是一个技术术语，解决（或者说颠覆）了现有的依赖第三方中心的交易体系：如果有一个水果市场，我们在市场上用100新台币购买了一个芒果，其实是新台币的发行方（央行）为这一张薄薄的纸作了信用背书--因为水果销售者信任这100新台币可以在他需要的时候，购买等值的其他用品。
第三方中心的存在，解决了交易双方的信任问题，但是带来了新的问题，如果第三方作恶（比如说央行滥发货币）怎么办？最终极的解决项目就是不需要第三方，这个就是区块链产生的根本动机。
在没有第三方的情形下，怎么实现交易？区块链实现了一个去中心化的帐本实现项目：
1.我们有一个公开的帐本，任何人都可以获取这个帐本，帐本上有每个人的余额；
2.当Alice向Bob购买商品的时候，Alice向Bob开具一张有一定数额的支票；
3.Alice向所有人公示这个支票，大家确认确实是Alice的签名后，在帐本上记录
i. Alice的余额减，Bob的余额加；
4.每隔一段时间，大家交换一下帐本的内容，让大家的帐本信息同步。
可以看出，区块链是一个完全自治的体系，但是现在有几个问题：
1.为什么会记帐，每个人都可以指望别人记帐，自己使用别人的帐本才是最节省成本行为；
2.当交易帐本内容的时候，如果两个人的帐本不一致，该以谁的为准；
3.Alice如果账户里只有10块钱，在市场的这一侧花了8块购买后，飞速跑到另外一头购买另外一件8块的商品，这时候另外一侧的帐本还没有来得及记录前面的购买记录，同样的钱Alice是不是可以花了两次？
为了解决这些问题，区块链作了最基本的设计：
1.把所有的交易按时间段组织成区块；
2.区块内使用一个哈希防止修改；
3.每个区块内记录前一个区块的哈希，保证永久无法修改；
4.当同时有多个区块出现时，按某种指定的算法选择一个区块为准。
使用此项目后，每次交换帐本，只需要交换总帐本中的一个区块，大大减少的交换的数量；当多个区块同时出现时，使用某种约定的算法--这个算法在区块链中被称为共识，以符合算法条件的某个区块为准；而Alice同样的钱花两次的想法也会落空：商户只有在支票信息被纳入到共识后的区块里时，才会向Alice提交商品。至于大家为什么愿意记帐呢？注意图上区块中有个记帐人，每个被共识承认的区块的记帐人都会得到一定的奖励。
这时候，货币只是一个数字了（类似于银行内的存款数字），由于帐本是公开的，因此可以在帐本开始前，大家约定好总共的货币数字和记帐人的奖励项目，在任何一个时间点上，可以流通的数字都是可预测的，而且是不可更改的。
区块链的共识机制
当区块进行同步时，有可能会同时产生多个区块，需要一种预先定义的项目来确定使用哪一个区块，这个项目在区块链中称为共识机制。而在在一个去中心化的系统中，有什么是可信的？每个人信自己嘛，交易和出块的结果数据到达我这里的时刻，是无法作假的：数据可能会延时到达（由于网络延时），但绝对不会提前到达（除非时光倒流）。我们可以设计一种机制，让每个节点的记账结果必须达到某个条件，每个节点都认第一个达到这个条件的节点的记录。
PoW机制
Proof-Of-Work，工作量证明机制。
每个节点在记账的同时，按照某种规则找一个随机数，通过这个随机数可以算出某个符合条件的（哈希）值，谁第一个找到的，他就出块成功。这个找随机数的过程就是不断调整随机数-->计算的过程，只要这种算法能够足够离散（这一次和下一次的计算没有任何关联，随机数的变化导致计算结果变化足够离散），那么就能够实现出块节点的随机化。
举个简单的例子，如果算法得到的哈希值总是在0-10000之间，而算法要求得到的（哈希值）小于1，一台机器如果一秒钟能够计算一次,那么平均计算一万次，就有一次值可能小于1；或者反过来说，每次计算，有万分之一的机会小于1. 如果有一万台节点同时在计算，那么每秒都有可能有一台节点得到符合条件的结果，得到符合条件结果的节点就是出块成功。而每一秒，得到结果的机器都可能不一样。这样就获得了足够随机的结果。
POS
Proof-Of-Stake，权益证明机制。
PoW机制很好用，但是有个问题，军备竞赛后，太耗电了，都是做些无意义的计算，除了这个结果和到达时间之外，还有什么可信的数据作为随机值的呢？有想到一个新的点子，每个人存在账号里的币的数量是不一样的么，是不是可以用来作为一种随机数呢？
想想也可以啊，每一次出块的时候，出块节点（账号）里谁的币最多，就认谁的。但这样有个问题：币最多的岂不是一直在出块？
加个币龄，某个账号（节点）一旦出块成功，币龄就清零，如果没有出块成功，币龄就加上。
比如 账号A有7个币，B有8个币，C有3个币
初始币龄值 ： A:7, B:8, C:3 第 一轮: B出块；
第一轮后币龄：A:14，B:0，C:6 第二轮 A出块；
第二轮后币龄：A:0，B:8，C:9 第三轮：C出块；
第三轮 后币龄：A:7 B:16，C:0。
通过上述结果，可以看到达到了随机出块的效果，而且没有额外耗电的计算，但是POS有两个问题：
1.如果币被集中在一些人手机，这些人的节点的出块概率非常高；
2.如果轮到某个节点出块，最后他没出怎么办？
DPoS
Delegated Proof of Stake：授权权益证明机制。
在PoS的基础上，有人就想了，哦，去中心化的意思就是不要在一个节点上出块啊，那我选出一些节点，让这些节点轮流出块不就可以了么。于是就有了DPoS(Delegated Proof-Of-Stake)，我们选出一些节点，让这些节点为大家服务，他们来出块，OK，省事又省心。
慢着，这个好像有点不对味啊，去中心化的方法是让出块节点尽可能的分散，防止总是由某一个或是一些节点出块，因此如果总是他们出块，那他们完全就可以为所欲为啊，这个DPos岂不是与这个原则背道而驰？
这个结论部分正确，因为区块链不仅仅有公链，还有联盟链的存在。比如说各国海关设立一个联盟链，他们代表各自国家的利益，因此是处于互联监督的状态，再说，他们如果联合作恶，没有作恶的对象啊，因此没有联合作恶的意义和条件。
那DPos在公链上会有什么后果呢？DPos在公链上有主节点，备选节点，还有广大的币民，DPoS主节点联合作恶的前提条件就是他们作恶的收益大于成本（愿赌服输，输家最后可能会抛弃这个链。这个前提会不会存在呢？见仁见智吧！）
区块链的三角问题
区块链带来的好处无法用言语形容:不需要第三方的自治体系；所有的帐本通过共识进行，总共有多少货币，在帐本开始的时候就约定好了，一旦约定，就无法更改，不怕第三方滥发货币；当水果市场越来越大，加入的商贩和消费者越来越多的情况下，货币会变得越来越值钱。
到现在为止，一切看起来很完美，在没有第三方的情况下，这个系统可以在市场里运行的很好。但是随着时间的推移，市场越来越大，问题慢慢的出现了：
同一时间段内，进行交易的人越来越多，记帐员需要记录的、需要交换的交易越来越多，而为了达到一致性，需要留出时间让交易记录、出块内容扩散到整个市场都知道。
区块链里定义了一个术语：TPS（Transactions Per Second)--每秒交易的数量，这个数量表征了一个区块链系统的交易能力。而这个交易能力受到区块链的不可能三角的制约：
“不可能三角”是指无法同时达到可扩展性（Scalability）、去中心化（Decentralization）、安全（Security），三者只能得其二。
如果可扩展性要高，即TPS要高，那么对记帐员的要求就会变高，有很多人就无法成为记帐员，那么去中心化程度就会变低。
如果既要可扩展性，又要去中心化程度不降低，解决的项目就是市场中的记账员可以只记录一部分交易，或者只记录某一些人的交易，那么安全性就会降低（记帐员和客户共同做假的可能性升高）。
区块链的可扩展性
从技术上说，TPS值 = 每个区块内容纳的交易数/区块的间隔时间，要提高TPS值，要么提高区块内容纳的交易数，要么降低区块的间隔时间。
简单来看，区块内容纳的交易数越多，区块就越大，区块传输和同步所需的时间就越长，对网络带宽、出块的主机要求就越高。
而如果缩短出块时间，由于区块内的每个交易都需要验证，传输也需要时间，同样对网络带宽和出块的主机要求会变高。
但是反过来说，当出块的间隔和块的大孝交易的容纳能力预先定义后，不论网络带宽如何，主机性能如何，TPS都无法扩展。事实上，从2008年到现在，主机的能力、网络的带宽都有了成数量级的增长，但是比特币的TPS一直保留在7笔/秒。
比特币的7笔/秒的TPS，并不是因为POW共识算法导致的，而是设计时的区块大小和出块时间决定的。
因此，要解决区块链的可扩展性问题，必须在区块结构和出块时间设计上重构和优化，通过修改、提出新的共识机制是隔靴搔痒，无济于事的解决项目。
在设计新区块结构和出块时间的时候，如何解决或是优化“不可能三角”，这是开发者在设计过程中需要重点考虑的问题。
配图为朋友摄影作品《如何梭哈Filecoin》
本文已经取得我公司技术总监授权
