區(qū)塊鏈起源于比特幣。2008年11月中本聰?shù)陌l(fā)表《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》，闡述了基于 P2P 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、加密技術(shù)、時間戳技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的構(gòu)架理念，標(biāo)志著比特幣的誕生。兩個月后比特幣程序編寫完成并自組網(wǎng)開始運用，2009年1月3日第一個序號為0的比特幣創(chuàng)世區(qū)塊誕生，2009 年1月9日出現(xiàn)序號為1的區(qū)塊，并與序號為0的創(chuàng)世區(qū)塊相連接形成了鏈，標(biāo)志著區(qū)塊鏈的誕生。比特幣發(fā)展緩慢，但近幾年作為比特幣底層技術(shù)之一的區(qū)塊鏈技術(shù)日益受到重視。

區(qū)塊鏈更多可以看作一種對已有技術(shù)的應(yīng)用，而非單純的提出了一種技術(shù)。所以，在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈技術(shù)之前，讓我們來看看區(qū)塊鏈用到了哪些技術(shù)。

密碼學(xué)

哈希

在比特幣這一技術(shù)中，使用到了密碼學(xué)中的兩個功能，第一個功能為哈希。

首先簡單介紹一下哈希，比特幣使用的哈希具有三個性質(zhì)：

1. Collision resistance（抗碰撞性）：即對于某個哈希函數(shù)H(·)，輸入x和輸入y，如果有x≠y，則有H(x)≠H(y)
2. hidding（單向不可逆）：即假設(shè)有一個哈希函數(shù)H(·)，給定輸入x，我們可以得到哈希輸出H(x)，但是給定一個哈希輸出H(x)和H(·)，我們無法求得x是什么。也即H(x)沒有泄露x的任何信息。
3. Puzzle friendly：由于哈希值是不可預(yù)測的，所以如果要H(x)落在某個范圍內(nèi)，沒有什么好的辦法，只能一個一個x去嘗試。這個特性使得在打包區(qū)塊的時候，必須進(jìn)行大量的運算（為了讓hash值落于某個區(qū)間中）。

比特幣使用的哈希函數(shù)是sha-256，collision resistance這一性質(zhì)主要用于保證區(qū)塊鏈每個區(qū)塊的不可篡改性質(zhì)；puzzle friendly這一性質(zhì)主要用于工作量確認(rèn)。

非對稱加密

用到的第二個密碼學(xué)功能為非對稱加密。在每個比特幣用戶創(chuàng)建賬戶的時候，都會創(chuàng)建一個公私鑰對。a在給b發(fā)送信息的時候，使用b的公鑰對信息加密，b然后使用自己的私鑰對信息解密。同時，在發(fā)布這樣一個信息的時候，a需要使用自己的私鑰對信息進(jìn)行簽名，這樣網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點可以使用a的公鑰確認(rèn)這個信息是否由a發(fā)布。

在第三方中心化系統(tǒng)中，賬戶開通依賴于第三方。但去中心化的比特幣系統(tǒng)中，很明顯不能進(jìn)行“申請賬戶”。在比特幣系統(tǒng)中，申請賬戶是用戶自己來處理的，即自己創(chuàng)建一個公鑰-私鑰對。

公鑰和私鑰的應(yīng)用保證了“簽名”的應(yīng)用。當(dāng)在比特幣網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行轉(zhuǎn)賬時，通過“簽名”可以明確是由哪個賬戶轉(zhuǎn)出的，從而防止不良分子對其他賬戶比特幣的盜取。

在發(fā)布交易時，通過自己私鑰簽名，其他人可以根據(jù)公鑰進(jìn)行驗證，從而保證該交易由自己發(fā)起。也就是說，只有擁有私鑰，才能將該賬戶中的比特幣轉(zhuǎn)走。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

哈希指針

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€將各個區(qū)塊串起來的鏈，而串聯(lián)起這些區(qū)塊的就是哈希指針。一個哈希指針包含兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：

1. 指向某一信息存儲的指針
2. 某一數(shù)據(jù)塊的哈希值

如下圖對于該節(jié)點，白色方框即為一個區(qū)塊鏈的區(qū)塊。我們可以看到有兩個指針指向這個節(jié)點（實際上為一個），其中P為該節(jié)點的地址，H()為該節(jié)點的哈希值，該值與節(jié)點中內(nèi)容有關(guān)。當(dāng)節(jié)點（區(qū)塊）中內(nèi)容發(fā)生改變，該哈希值也會發(fā)生改變，從而保證了區(qū)塊內(nèi)容不能被篡改。

在比特幣中，其最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便是一個個區(qū)塊形成的區(qū)塊鏈。每個區(qū)塊根據(jù)自己的區(qū)塊內(nèi)容生成自己的哈希值，此外，每個區(qū)塊（除創(chuàng)世紀(jì)塊）都保存有前一個區(qū)塊的哈希值。需要注意的是，本區(qū)塊哈希生成依賴于本區(qū)塊內(nèi)容，而本區(qū)塊內(nèi)容中又包含有前一個區(qū)塊的哈希值。從而保證了區(qū)塊內(nèi)容不被篡改。

區(qū)塊的結(jié)構(gòu)

在區(qū)塊鏈中，每個區(qū)塊包含兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：

1. Block header
2. Block body

每個區(qū)塊header中，包含指向前一個區(qū)塊的指針，也包含一個對前一個區(qū)塊的header進(jìn)行哈希得到的值。

如果現(xiàn)在要對第i個區(qū)塊的信息進(jìn)行修改，就會導(dǎo)致這個區(qū)塊的哈希值變化，這就要求i+1個區(qū)塊的哈希值也發(fā)生變化，一直到最后一個區(qū)塊的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致pointer of the last block中的哈希值和最后一個區(qū)塊的哈希值對不上。這就使得區(qū)塊鏈具有不可篡改的性質(zhì)。

Merkle tree

上圖即為一個簡單的Markle Tree，其中最下面的節(jié)點即為交易數(shù)據(jù)塊。每個交易數(shù)據(jù)塊各有一個哈希值，將所有葉子節(jié)點的哈希值合并放在其父節(jié)點中，而后，針對得到的一級父節(jié)點分別取哈希，又可以得到n/2個新的哈希值，通過不斷迭代，即可得到圖中根節(jié)點。

實際中，在區(qū)塊塊頭中存儲的是根節(jié)點的哈希值（對其再取一次哈希）。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：只需要記住Root Hash（根哈希值），便可以檢測出對樹中任何部位的修改。例如，所繪制Markle Tree中節(jié)點B發(fā)生了改變，則對應(yīng)的第二層第一個節(jié)點中第二個哈希值便也會發(fā)生改變，進(jìn)而根節(jié)點中第一個哈希值也會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致根哈希值也發(fā)生了改變。

根據(jù)前文中我們知道，區(qū)塊鏈分為header和body，body即為保存交易的地方，保存形式即為Merkle tree的形式。在區(qū)塊鏈中，Merkle tree的每個葉子節(jié)點對應(yīng)于一筆交易，除了葉子節(jié)點的節(jié)點儲存的都是指向其左右孩子的哈希指針。根據(jù)Merkle tree的性質(zhì)，只要任何葉子節(jié)點中的交易被修改，就會導(dǎo)致根節(jié)點的哈希值發(fā)生變化。

在每個區(qū)塊header中，除了包含指向前一個區(qū)塊的指針，以及一個對前一個區(qū)塊的header進(jìn)行哈希得到的值，還包含當(dāng)前區(qū)塊body的Merkle tree的根哈希。但不包含具體的交易信息。

因此如果有任何交易發(fā)生變化-》根節(jié)點哈希變化-》區(qū)塊header保存的根節(jié)點哈希發(fā)生變化-》區(qū)塊header的哈希發(fā)生變化。這就要求后一個區(qū)塊保存的當(dāng)前區(qū)塊的哈希也得同步改變，而這是很難辦到的。

下圖即為一個完整的比特幣區(qū)塊的信息

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-792176.html

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