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比特币中的区块链技术

(2017-05-28 09:52:01)
标签:

区块

区块链

比特币

merkle

     
 
比特币货币体系总体上可以看作一个全球公开共享的分布式账簿,记载了每个用户以比特币记的财富、交易等信息,其中融合密码学、计算机科学、金融学等多类学科知识。区块链是比特币实现公开的分布式账簿的关键,公开的分布式账簿设计解决了两大问题:一是去中心化,即不需要任何的权威第三方来证明比特币的真实性,也就意味着它本身可以自证;二是避免双重支付,电子货币实质上是一段电子比特串,可以任意复制拷贝,如果不能防止双重支付,则一个电子货币可以任意多次复制多次支付,这样的货币也就没有任何的实用意义。那么比特币区块链的内容和结构如何,它是如何使用区块链技术解决这些问题的?

1、区块

第一个区块被称为创世区块,由比特币的创造者中本聪创建。区块是区块链的基本组成单位,每个区块记录的是一段时间内的所有比特币交易信息(包括转账、购物、支付、找零等等),比特币定义的这段时间长度为10分钟。每个区块由包含元数据的区块头,以及包含之前一段时间内交易信息的区块主体组成,区块头的大小是80字节,区块主体通常都很大,如果平均一个区块包含400笔交易的话,那么区块主体通常会比区块头大1000倍以上。所以区块主体只负责记录交易信息,而区块链的大部分功能都是由区块头实现的。 
 

区块头中主要包括如下信息:

  • 版本号,4字节,标示软件及协议的相关版本信息;
  • 父区块哈希值,32字节,引用的区块链中父区块头的哈希值,通过这个值每个区块才首尾相连组成了区块链,并且这个值对区块链的安全性起到了至关重要的作用,在后面会有详细介绍;
  • Merkle树根,32字节,这个值是由区块主体中所有交易的哈希值再逐级两两哈希计算出来的一个数值,主要用于检验一笔交易是否在这个区块中存在;
  • 时间戳,4字节,记录该区块产生的时间,精确到秒;
  • 难度值,4字节,该区块相关数学题的难度目标;

区块链:比特币的灵魂,下一个风口

 

在单个区块中,每条交易信息都计算对应的哈希值,然后每两条哈希值计算一个对应哈希值,依次反复,直到计算出一个最终的哈希值, 所有这些交易信息和哈希值构成一个Merkle树结构,最终哈希值称为Merkle根,因为根是公开的,同时根哈希与所有的哈希值有关,所以任何节点都可以通过重新计算验证一个区块中的交易信息是否正确。

 

2、区块链  

每个区块之间通过自身的头哈希值和另一个区块的父哈希值(相等)建立连接关系,这样所有的区块相互连接,犹如链条一环扣一环,从而形成一个整体,同时保证彼此可以相互验证。  

一个完整的区块链中记录了从2009年比特币诞生之日起发生的所有交易信息,每当有一个新交易申请产生时,计算节点都可以通过完整区块链验证这笔新交易的正确性,被验证通过的交易会被记录到下一个将要生成的新区块中。

所有的节点都在计算以产生一个新区块,当某一个节点完成一个新区块的计算工作,它会立即发布,这时所有其它节点都必须停止手头的计算工作,来确认新区块的正确性,当发出正确的确认结果的节点数量达到6个,则认为该区块有效,这个区块就会被链接到已有的区块链上,也就是加入到已有的分布账簿上,为鼓励这种生产的积极性,产生区块的这个节点会得到一定数量的比特币作为奖励。当一个区块被加入到账簿后,那么相关的交易信息就算被最终确认,如果某用户试图重复支付,则重复支付交易一定要在其他节点完成确认正确的交易信息之前被确认,并作为正确的交易进入账簿,这需要确认双重支付交易的节点算力超过全网的一半,即51%,才能达到其目的。随着比特币总体算力的不断提升,不诚实节点试图占有全网51%算力可能性越来越低。从比特币的设计来看,拥有大量算力的节点完全可以通过劳动来获得比特币,而这更大的可能性比不诚实所带来的收益。 

参考文献:

[1]区块链:比特币的灵魂,下一个风口。http://36kr.com/p/5041713.html

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