区块链是一种分布式存储技术。一谈到分布式服务，就会提及CAP原则。
CAP原则是以下三个单词的首字母：
- Consistency（一致性）：系统在执行某项操作后，仍然处于一致的状态。在分布式系统中，更新操作执行成功后，所有的用户都应该读取到最新的值，这样的系统被认为具有一致性。
- Availability（可用性）：每一个操作总是能够在一定的时间内返回结果。这里需要注意的是“一定时间内”和“返回结果”，也就是说系统的结果必须在给定的时间内返回，若超时，则被认为是不可用的。
- Partition Tolerance（分区容错性）：系统存在网络分区的情况下，仍然可以接受请求（即满足一致性和可用性）。网络分区指的是由于某种原因网络被分成若干个孤立的区域，而区域之间互不相通。分区容错性可理解为系统对结点动态加入和离开的处理能力，因为结点的加入和离开可认为是集群内部的网络分区。
它是分布式系统设计中的一个基本原则。这个原则指出，在一个分布式系统中，这三个要素最多只能同时满足两个，即不可能同时达到三者兼顾的状态。
一般情况下，在这三者之中，我们往往选择保留AP，即Availability（可用性）和Partition Tolerance（分区容错性），而战术性放弃Consistency（一致性）。
这是因为如果分布式服务不可用，那这个服务还有什么存在的意义？所以一定要保证Availability（可用性）。
Partition Tolerance（分区容错性）则在系统各节点之间网络出现问题时，单个分区还是可用的特性。如果不具备分区容错性，一个分区出现脑裂，则需要停止服务直到它同步完其他分区的数据。这个也是不能接受的。
但是Consistency（一致性）可以要求不是那么高，因为我们还有其他手段来补救。所以这儿谈的Consistency（一致性）我们可以称之为“强一致性”。在现实中，我们可以通过后续日志计算等方式，解决因为“弱一致性”导致的数据不同步的问题。
在区块链这样的分布式系统中，放弃的也是Consistency（一致性），即强一致性。这意味着，在区块链网络中，可能同时存在不同的链——它们还都是合法的。只是随着时间推移，这些链又会归于统一。但是又会在某个时间，再次分叉。
分叉
通过上面的分析，我们可以知道区块链分叉的原因主要是CAP原则。
我们可以将场景具体化，以方便大家理解分叉的原因。
转账发起方将转账记录发给验证节点后，验证节点会把它们发送给矿工节点。矿工节点将这些转账记录缓存起来，然后在其中挑选它认为有价值的转账记录（比如支付的手续费比较高的）打包到区块中。这意味着，不是每个矿工选择的转账记录都是一样的。进而可以推导出，不同矿工算出来的区块也是不一样的——虽然它们都是合法的。
矿工在暴力计算出区块后，会在全网广播，而由于网络距离或者抖动等问题，每个负责上链的节点收到的区块时间也会不同。
比如下图，甲矿工和乙矿工几乎同时算出来区块。
甲将区块最快速度发送给了上面的链，上面的链确认3这个区块合法，于是上链成功。后面收到的乙发来的区块，由于网络原因太晚了，就会被上面的链抛弃。
乙将区块最快速度发送给了下面的链，下面的链确认3’这个区块合法，于是上链成功。后面收到的甲发来的区块，由于网络原因太晚了，就会被下面的链抛弃。
甲乙相互发送各自最后一个区块给对方，发现它们区块高度相同（即区块的索引），则彼此什么都不做。
这样就慢慢演化成两条链。
最长链原则
通过上面的分析，我们可以知道理论上，区块链网络上可能同时存在多个高度一样的链，且它们都是合法的。但是这不是一种稳定态。为什么呢？
假如我们认为网络是稳定态，即某节点到某节点就是多长时间，那么是否意味着整个区块链就是稳定态？毕竟网络导致了分区。
但是我们忽视了一个重要问题，就是矿工计算区块的时间——它比网络时间要长很多。
在比特币中，矿工暴力计算出一个区块是分钟级别的长度，而网络通信是秒级别的。这样即使网络是稳态，那么它在整个区块产生和上链以及传播的过程中，占比是很低的。这就意味着，导致分区最重要的因素并不是网络通信的时差，而是区块产生的时间太过接近。
那么计算能力是否是稳态呢？是否牛X的计算能力一定会一直抢到区块上链的权力呢？计算能力当然是确定的，GPU什么配置，能产生多大的计算能力就是确定的。但是这并不意味着它一定每次都能抢到区块上链权。因为Hash算法是不可预测的，而且每个矿工可能选择的交易记录不一样，那么可能某个矿工运气特别好，它选择的记录组合花了很少的计算代价就暴力出来了合法的区块。
正因为每个矿工打包的交易记录不一样，而Hash算法存在不可预测性，这两个特性的叠加，导致区块链在生产过程中无法处于一种稳态。
如下图所示，一开始时可能比较多的区块链选择的是1 2 3’ 4’'；而随着时间推移，大部分都统一到1 2 3 4 5 6 7这样的链。而后可能又出现分叉。
这就引出一个问题，假如有笔转账记录在3’中存在，而不存在于3 4 5 6 7 8。那么这笔转账记录是否生效？答案是它曾经生效过，但是它最终没生效。所以转账记录是否生效，不能只看它是否已经上链了，而是要看它上链多久的。越久的话，所包含它的区块被替换成其他区块的概率越低，越能说明它生效的概率大。在比特币中，一般认为“6次确认”，即包含它的区块后面还有5个区块在链上，才认为转账成功。
