Day 1
区块链基础与共识机制
理解区块链的核心原理、区块结构、共识机制(PoW/PoS)以及钱包基础知识
2025-01-11
区块链共识机制PoWPoSMetaMask
什么是区块链？
一句话定义: 区块链是一个去中心化的、不可篡改的分布式账本。
核心特征
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 去中心化 | 没有单一控制方，由全球节点共同维护 |
| 不可篡改 | 一旦写入，几乎无法修改 |
| 透明公开 | 所有交易记录可查询 |
| 无需信任 | 通过密码学和共识机制保证安全 |
区块结构
区块 (Block)
├── 区块头 (Block Header)
│ ├── 前一区块哈希 (Previous Hash) ← 形成"链"的关键
│ ├── 时间戳 (Timestamp)
│ ├── 难度目标 (Difficulty)
│ ├── Nonce (随机数)
│ └── Merkle Root (交易摘要)
└── 区块体 (Block Body)
└── 交易列表 (Transactions)为什么不可篡改？
1. 哈希链接: 每个区块包含前一区块的哈希值
2. 雪崩效应: 改一个字符，哈希值完全不同
3. 算力保护: 篡改需要重新计算后续所有区块
4. 多数共识: 需要控制51%以上的网络
共识机制
PoW (工作量证明) - Proof of Work
原理: 通过算力竞争获得记账权
矿工竞争流程:
1. 收集待打包交易
2. 不断尝试不同的Nonce值
3. 计算区块哈希
4. 直到哈希值小于目标难度
5. 第一个找到的矿工获得奖励特点:
- ✅ 安全性经过验证（比特币运行15年+）
- ✅ 去中心化程度高
- ❌ 能源消耗巨大
- ❌ 出块速度慢（BTC约10分钟）
代表项目: Bitcoin, Litecoin, Dogecoin
PoS (权益证明) - Proof of Stake
原理: 通过质押代币获得记账权
验证者流程:
1. 质押一定数量的ETH（至少32 ETH）
2. 被随机选中成为提议者
3. 其他验证者投票确认
4. 获得区块奖励
5. 恶意行为会被罚没质押特点:
- ✅ 能耗低（比PoW低99.95%）
- ✅ 出块速度快（ETH约12秒）
- ✅ 更容易参与验证
- ❌ 可能导致"富者更富"
- ❌ 历史较短，安全性待验证
代表项目: Ethereum(现在), Cardano, Solana
PoW vs PoS 对比
| 对比项 | PoW | PoS |
|---|---|---|
| 验证方式 | 算力竞争 | 质押代币 |
| 能耗 | 极高 | 极低 |
| 硬件要求 | 专业矿机 | 普通电脑 |
| 出块时间 | 较慢(BTC 10min) | 较快(ETH 12s) |
| 攻击成本 | 51%算力 | 51%质押 |
| 去中心化 | 矿池集中风险 | 质押集中风险 |
| 代表 | Bitcoin | Ethereum |
钱包基础
钱包类型
| 类型 | 说明 | 代表 |
|---|---|---|
| EOA | 外部拥有账户，由私钥控制 | MetaMask |
| 合约钱包 | 由智能合约控制，支持更多功能 | Safe, Argent |
| MPC钱包 | 多方计算，私钥分片存储 | Fireblocks |
私钥与助记词
助记词 (12/24个单词)
↓ BIP39标准
私钥 (256位随机数)
↓ 椭圆曲线加密
公钥
↓ Keccak256哈希
地址 (0x开头，40位十六进制)安全要点
- ⚠️ 助记词 = 私钥 = 完全控制权
- ⚠️ 永远不要截图、拍照、在线存储助记词
- ⚠️ 手抄到纸上，存放在安全位置
- ⚠️ 任何索要助记词的都是骗子
MetaMask 实操记录
安装步骤
1. 访问 metamask.io（注意是.io）
2. 下载Chrome/Firefox插件
3. 创建新钱包，设置强密码
4. 备份12位助记词（手抄！）
5. 验证助记词顺序
界面认识
- 账户地址: 0x开头，可以分享给他人
- 网络切换: 主网/测试网（Sepolia）
- 余额: 显示ETH和代币
- 活动: 交易历史记录
今日思考
问题1: 去中心化的代价是什么？
- 效率较低（需要多节点共识）
- 用户门槛高（需要自己管理私钥）
- 不可逆操作（转错无法撤回）
问题2: 以太坊为什么从PoW转向PoS？
- 环保压力（能耗降低99.95%）
- 扩展性需求（为分片做准备）
- 经济模型（质押创造更多价值捕获）
问题3: 什么场景适合区块链？
- ✅ 需要多方协作且互不信任
- ✅ 需要透明可审计
- ✅ 需要防篡改
- ❌ 不适合高频、低价值交易
- ❌ 不适合需要隐私的场景
学习资源
视频教程
| 资源 | 语言 | 说明 |
|---|---|---|
| 3Blue1Brown - 区块链原理 | 英文 | 26分钟，可视化讲解，强烈推荐 |
| 李永乐讲区块链 | 中文 | 15分钟，通俗易懂 |
| 北大肖臻区块链课程 | 中文 | 系统性强，适合深入学习 |
| Whiteboard Crypto | 英文 | 动画讲解，概念清晰 |
文档阅读
| 资源 | 说明 |
|---|---|
| ethereum.org/learn | 以太坊官方入门，必读 |
| ethereum.org 共识机制 | PoW/PoS详细解释 |
| Bitcoin白皮书 | 中本聪原版论文，9页 |
| Vitalik博客 | 理解以太坊设计思想 |
工具网站
| 工具 | 用途 |
|---|---|
| MetaMask | 浏览器钱包，必装 |
| Etherscan | 以太坊区块浏览器 |
| Sepolia Faucet | 领取测试网ETH |
延伸阅读
| 主题 | 资源 |
|---|---|
| 哈希函数 | SHA-256可视化 |
| 椭圆曲线 | ECC入门 |
| The Merge | 以太坊合并详解 |
面试题准备
Q: 什么是区块链？
30秒版本: 区块链是一个去中心化的分布式账本，通过密码学和共识机制确保数据不可篡改。每个区块包含前一区块的哈希值，形成链式结构。
Q: PoW和PoS的区别？
30秒版本: PoW通过算力竞争获得记账权，安全但耗能；PoS通过质押代币获得记账权，高效但历史较短。以太坊已在2022年从PoW转向PoS。
明日预告
Day 2: 钱包深入与账户模型
- EOA vs 合约账户
- 领取测试网ETH
- 理解交易结构