区块链简介

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概述

区块链(BlockChain): 有一个一个的Block，每个Block中包括着一组交易信息，然后，每一个Block都会有一个ID（或是一个地址），这些Block通过记录前一个Block的ID来形成一条链

其实就类似于单向链表，包含三个信息：

• 真正的数据
• 自己的ID(或地址)：地址的编码使用了 Secure Hash
• 前一个Block的地址

PS: 每个Block的ID都是由内容来定的，只要内容变了，ID则完全不一样。因还包括上一个Block的ID，故产生连锁反应，即一个Block变化，后续的Block全要变化，修改成本大大提升。因此越旧的Block，越安全不容易被篡改，而新的Block则会越不安全

但仅仅是难以篡改，工作量证明的共识机制 使得无法篡改

哈希算法简介

Hash功能：

1. 用来生成唯一标识一个数据块的ID，几乎不能重复
2. 用来做数据的特征码。只要数据中有一个bit出现修改，那么整个hash值就完全不一样

Note

很多公司在互联网上发布信息或软件的时候，都会带上一个Checksum（校验码）

只要把整个文件的数据传入到那个特定的hash算法中，就会得到一串很长的字符串

如果和官方发布的Checksum字符串不一样，那么就说明信息或文件内容被人更改或是信息残缺了。 因此，也被应用在『数字签名』¹ 中

两个著名的Hash算法： MD5和SHA-2，而区块链用的是SHA-256

• 通过SHA-256虽然不能加密，但能知道某个数据是否被篡改了

比特币的哈希算法

区块链的协议格式：

• 区块数据协议头:
  • Version：当前区块链协议的版本号(4字节)
  • Previous Block Hash：前面那个区块的hash地址(32字节)
  • Merkle Root：后面交易信息的hash值(32字节)
  • Timestamp：区块生成的时间(4字节)
  • Difficulty Target(Bits)：表明了当前的hash生成的难度(4字节)
  • Nonce：一个随机值，用于找到满足某个条件的hash值(4字节)

对这六个字段进行hash计算，就可以得到本区块的hash值，即其ID或是地址

• SHA-256(SHA-256 (Block Header))

然而比特币对hash值是有要求的，要求是由Bits字段控制的，可以调整Nonce这个32位整型的值来找到符合条件的hash值。把这个事情叫做 挖矿

• 后面的部分为交易数据：
  • 本块中的交易笔数H
  • 交易列表

Q: Merkle Root如何计算？

因比特币的交易有三个字段：转出方 & 转入方 & 金额，则会对每个交易的这三个字段求hash，然后把交易的hash做两两合并，再求其hash，直到算出最后一个hash值，即是要求的值 Why？ 这样合并有什么好处？ → 把交易数据分成了若干个组，如上面二叉树所表示的一样，可以不断地把树分成左边和右边的分支，因为它们都被计算过hash值，所以可以很快地校验其内容有无被修改过

• 大量的交易数据分成小的，有利于整合和校验数据并可以提高网络的传输速度

PS: 『以太坊』²有三个不同的Merkle Root树

• 一个用来做交易hash的Merkle Root
• 一个是用来表示状态State的
• 一个是用来做交易收据的, 记录一个智能合约中最终发生的交易信息

比特币的交易模型

比特币区块里面的交易数据，其实也是一个链。两个术语:

• input: 即交易的支出方
• output： 即交易的收入方

一个交易可以有多个output，即我们可以把一笔钱汇给多个人，但一个output只能对应一个源的input，并且output和input的总数要吻合

Example

假设，Tom给Alice2个比特币，Bob给Alice3个比特币，此时Alice有5个比特币

然而，比特币的世界里是没有余额的

所以对Alice来说，她只有两个没有花出去的交易，一个是2个比特币，一个是3个比特币

这叫 UTXO（Unspent Transaction Output）

若此时Alice想要转给Jack4个比特币，但她自己的两个交易中都不够，因为不能拆开之前的那两个比特币交易，那么她只能把交易2和交易3当成input，然后把自己和Bob当成output，Jack分得4个，自己分1个，这样的交易才平衡

因此一笔交易可能会包含大量的Input和Output，并且可能需要通过多个input来凑，然后output这边还需要给自己找零（如上），这样在比特币交易中，你把钱给了我，我又给了张三，张三给了李四……就这样传递下去，形成了一个交易链。因为还没有花出去，所以就成了UTXO，而 系统计算你有没有钱可以汇出去时，只需要查看一下你的UTXO就可以

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1. Digital Signature(公钥数字签名)是一种功能类似写在纸上的普通签名、但是使用了公钥加密领域的技术，以用于鉴别数字信息的方法 ↩

2. Ethereum是一个去中心化的开源的有智能合约功能的公共区块链平台 ↩

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