區(qū)塊鏈原理詳解課件

區(qū)塊鏈原理詳解區(qū)塊鏈?zhǔn)抢^蒸汽機(jī)、電力、信息和互聯(lián)網(wǎng)科技之后,目前最有潛力觸發(fā)第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術(shù)。區(qū)塊鏈原理詳解區(qū)塊鏈?zhǔn)抢^蒸汽機(jī)、電力、信息和互聯(lián)網(wǎng)科技之后,1目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4

核心問(wèn)題5

前景展望6目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)321.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)建比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)與交易信息加密傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)。它基于密碼學(xué)原理而不基于信用，使得任何達(dá)成一致的雙方直接支付，從而不需要第三方中介的參與?；ヂ?lián)網(wǎng)上的貿(mào)易，幾乎都需要借助可資信賴(lài)的第三方信用機(jī)構(gòu)來(lái)處理電子支付信息。這類(lèi)系統(tǒng)仍然內(nèi)生性地受制于“基于信用的模式”。背景1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)建比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)與交易信息加密31.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式賬本，一種通過(guò)去中心化、去信任的方式集體維護(hù)一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)方案。定義從數(shù)據(jù)的角度來(lái)看區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N幾乎不可能被更改的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。這里的“分布式”不僅體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，也體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的分布式記錄（即由系統(tǒng)參與者共同維護(hù)）。從技術(shù)的角度來(lái)看區(qū)塊鏈并不是一種單一的技術(shù)，而是多種技術(shù)整合的結(jié)果。這些技術(shù)以新的結(jié)構(gòu)組合在一起，形成了一種新的數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)和表達(dá)的方式。1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式賬本，一種通過(guò)去中心化、去信41.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介區(qū)塊鏈的概念首次在2008年末由日裔美國(guó)人SatoshiNakamoto（中本聰）在比特幣論壇中發(fā)表了一篇論文《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》，首次提出了這個(gè)概念。論文中區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)建比特幣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與交易信息加密傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了比特幣的挖礦與交易。區(qū)塊鏈起源1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介區(qū)塊鏈的概念首次在2008年末由日裔美國(guó)人Sa51.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介中本聰認(rèn)為：第一，借助第三方機(jī)構(gòu)來(lái)處理信息的模式擁有點(diǎn)與點(diǎn)之間缺乏信任的內(nèi)生弱點(diǎn)，商家為了提防自己的客戶(hù)，會(huì)向客戶(hù)索取完全不必要的信息，但仍然不能避免一定的欺詐行為；第二，中介機(jī)構(gòu)的存在，增加了交易成本，限制了實(shí)際可行的最小交易規(guī)模；第三，數(shù)字簽名本身能夠解決電子貨幣身份問(wèn)題，如果還需要第三方支持才能防止雙重消費(fèi)，則系統(tǒng)將失去價(jià)值?；谝陨先c(diǎn)現(xiàn)存的問(wèn)題，中本聰在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了比特幣。比特幣1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介中本聰認(rèn)為：比特幣61.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介2013年年末，俄羅斯19歲的以太坊創(chuàng)始人維塔利克.布特林（VitalikButerin）發(fā)布了以太坊初版白皮書(shū)，啟動(dòng)了項(xiàng)目。2014年7月24日起，以太坊進(jìn)行了為期42天的以太幣預(yù)售。2016年初，以太坊的技術(shù)得到市場(chǎng)認(rèn)可，價(jià)格開(kāi)始暴漲，吸引了大量開(kāi)發(fā)者以外的人進(jìn)入以太坊的世界。以太坊1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介2013年年末，俄羅斯19歲的以太坊創(chuàng)始人維塔71.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介比特幣和以太坊都是成功的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用，是最典型的代表。有了比特幣才有區(qū)塊鏈技術(shù)，有了以太坊人們才認(rèn)識(shí)到區(qū)塊鏈還可以獨(dú)立出來(lái)，不僅僅是比特幣才能有區(qū)塊鏈技術(shù)，也是以太坊為后面開(kāi)啟了區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲乃悸匪枷搿２煌亩x是，比特幣是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)字化支付系統(tǒng)，類(lèi)似的是一家可以全球結(jié)算的銀行，而這個(gè)銀行是沒(méi)有中心化組織成員的，沒(méi)有CEO，沒(méi)有管理員，只有代碼和共識(shí)的基礎(chǔ)原則。而這個(gè)銀行的結(jié)算或者發(fā)行的貨幣就叫比特幣，這叫銀行也叫比特幣。最主要的是銀行的賬本完全公開(kāi)的，任何人查看每筆交易和記錄都可以，而且每筆交易都可以追溯到源頭，通過(guò)加密及數(shù)學(xué)魅力也實(shí)現(xiàn)了賬本不可更改等特性。而且最大的特點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)價(jià)值傳輸，不需要其他第三方，或者信任機(jī)構(gòu)。比特幣與以太坊1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介比特幣和以太坊都是成功的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用，是最典81.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介而以太坊的定義呢，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的去中心化的虛擬機(jī)，虛擬機(jī)是干什么的，就有點(diǎn)像在阿里云買(mǎi)的服務(wù)器，各種環(huán)境已經(jīng)配置好了，就等你按照開(kāi)發(fā)框架和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)自己的程序代碼，把程序安裝在這個(gè)虛擬機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，如果是一臺(tái)虛擬機(jī)和現(xiàn)在的也沒(méi)太大區(qū)別，但是整個(gè)以太坊系統(tǒng)是可以由全球任何計(jì)算機(jī)加入到這個(gè)體系了，每臺(tái)電腦只要安裝了以太坊客戶(hù)端就可以成為以太坊的一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)虛擬機(jī)，所以整個(gè)以太坊系統(tǒng)未來(lái)規(guī)模再發(fā)展的話(huà)，可以說(shuō)是全球超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，人人都可以開(kāi)發(fā)程序放在這個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。再說(shuō)一點(diǎn)，這種模式的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在的都是集中的云服務(wù)器，中心化的，可能有幾個(gè)備份，但是一旦壞死，就不能運(yùn)行，但是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)就是，就算幾個(gè)節(jié)點(diǎn)下線了，或者被攻擊了，有一部分在運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)還是可以運(yùn)行，抗風(fēng)險(xiǎn)抗錯(cuò)性很高。比特幣與以太坊1.區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介而以太坊的定義呢，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的去中心化的虛擬機(jī)，9目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4

核心問(wèn)題5

前景展望6目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3102.特征及分類(lèi)特征去中心，去信任區(qū)塊鏈由眾多節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心化的設(shè)備和管理機(jī)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換通過(guò)數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，無(wú)需互相信任，只要按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)之間不能也無(wú)法欺騙其它節(jié)點(diǎn)。開(kāi)放，共識(shí)任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每一臺(tái)設(shè)備都能作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都允許獲得一份完整的數(shù)據(jù)庫(kù)拷貝。節(jié)點(diǎn)間基于一套共識(shí)機(jī)制，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算共同維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈。任一節(jié)點(diǎn)失效，其余節(jié)點(diǎn)仍能正常工作。2.特征及分類(lèi)特征去中心，去信任開(kāi)放，共識(shí)112.特征及分類(lèi)特征不可篡改，可追溯單個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改無(wú)法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，除非能控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中超過(guò)51%的節(jié)點(diǎn)同時(shí)修改，這幾乎不可能發(fā)生。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都通過(guò)密碼學(xué)方法與相鄰兩個(gè)區(qū)塊串聯(lián)，因此可以追溯到任何一筆交易的前世今生。交易透明，雙方匿名區(qū)塊鏈的運(yùn)行規(guī)則是公開(kāi)透明的，所有的數(shù)據(jù)信息也是公開(kāi)的，因此每一筆交易都對(duì)所有節(jié)點(diǎn)可見(jiàn)。由于節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是去信任的，因此節(jié)點(diǎn)之間無(wú)需公開(kāi)身份，每個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)都是匿名的。2.特征及分類(lèi)特征不可篡改，可追溯交易透明，雙方匿名12

2.特征及分類(lèi)分類(lèi)聯(lián)盟鏈參與每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)限都完全對(duì)等，大家在不需要完全互信的情況下就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可信交換，聯(lián)盟鏈的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通常有與之對(duì)應(yīng)的實(shí)體機(jī)構(gòu)組織，通過(guò)授權(quán)后才能加入與退出網(wǎng)絡(luò)。通常是公司與公司、組織與組織之間達(dá)成的聯(lián)盟模式。私有鏈有些區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景下，并不希望這個(gè)系統(tǒng)任何人都可以參與，不對(duì)外公開(kāi)，適用于特定機(jī)構(gòu)的內(nèi)部數(shù)據(jù)管理與審計(jì)或開(kāi)發(fā)測(cè)試等。公有鏈任何節(jié)點(diǎn)都是開(kāi)放的，每個(gè)人都可以參與到這個(gè)區(qū)塊鏈計(jì)算，而且任何人都可以下載獲得完整區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)（全部賬本）。2.特征及分類(lèi)分類(lèi)聯(lián)盟鏈私有鏈公有鏈13目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4

核心問(wèn)題5

前景展望6目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3143.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)科普數(shù)字簽名數(shù)字簽名涉及到一個(gè)哈希函數(shù)、發(fā)送者的公鑰、發(fā)送者的私鑰。數(shù)字簽名有兩個(gè)作用，一是能確定消息確實(shí)是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來(lái)的。二是數(shù)字簽名能確定消息的完整性。工作原理發(fā)送報(bào)文時(shí)，發(fā)送方用一個(gè)哈希函數(shù)從報(bào)文文本中生成報(bào)文摘要，然后用自己的私鑰對(duì)摘要進(jìn)行加密，加密后的摘要將作為報(bào)文的數(shù)字簽名和報(bào)文一起發(fā)送給接收方，接收方首先用與發(fā)送方一樣的哈希函數(shù)從接收到的原始報(bào)文中計(jì)算出報(bào)文摘要，接著再用發(fā)送方的公鑰來(lái)對(duì)報(bào)文附加的數(shù)字簽名進(jìn)行解密，如果這兩個(gè)摘要相同、那么接收方就能確認(rèn)該數(shù)字簽名是發(fā)送方的。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)科普數(shù)字簽名工作原理153.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)科普SHA256一種求Hash值的加密算法。工作原理將任何一串?dāng)?shù)據(jù)輸入到SHA256將得到一個(gè)256位的Hash值（散列值）。其特點(diǎn)：相同的數(shù)據(jù)輸入將得到相同的結(jié)果。輸入數(shù)據(jù)只要稍有變化（比如一個(gè)1變成了0）則將得到一個(gè)千差萬(wàn)別的結(jié)果，且結(jié)果無(wú)法事先預(yù)知。正向計(jì)算（由數(shù)據(jù)計(jì)算其對(duì)應(yīng)的Hash值）十分容易。逆向計(jì)算（俗稱(chēng)“破解”，即由Hash值計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)）極其困難，在當(dāng)前科技條件下被視作不可能。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)科普SHA256工作原理163.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)MerkleTree（默克爾樹(shù)）通常也被稱(chēng)作HashTree一種哈希二叉樹(shù)，使用它可以快速校驗(yàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的完整性。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，Merkle樹(shù)被用來(lái)歸納一個(gè)區(qū)塊中的所有交易信息，最終生成這個(gè)區(qū)塊所有交易信息的一個(gè)統(tǒng)一的哈希值，區(qū)塊中任何一筆交易信息的改變都會(huì)使得使得Merkle樹(shù)改變?？破展ぷ髟矸侨~子節(jié)點(diǎn)value的計(jì)算方法是將該節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組合，然后對(duì)組合結(jié)果進(jìn)行hash計(jì)算所得出的hashvalue。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)MerkleTree（默克爾樹(shù)）通常也被稱(chēng)作173.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)時(shí)間戳服務(wù)器大多用來(lái)進(jìn)行比對(duì)以及驗(yàn)證處理，時(shí)間戳服務(wù)器是一款基于PKI（公鑰密碼基礎(chǔ)設(shè)施）技術(shù)的時(shí)間戳權(quán)威系統(tǒng)，對(duì)外提供精確可信的時(shí)間戳服務(wù)。它采用精確的時(shí)間源、高強(qiáng)度高標(biāo)準(zhǔn)的安全機(jī)制，以確認(rèn)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)在某一時(shí)間的存在性和相關(guān)操作的相對(duì)時(shí)間順序，為信息系統(tǒng)中的時(shí)間防抵賴(lài)提供基礎(chǔ)服務(wù)?？破?.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)時(shí)間戳服務(wù)器科普183.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（以比特幣為例）本章節(jié)后續(xù)內(nèi)容，均以比特幣網(wǎng)絡(luò)特性展開(kāi)闡述3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（以比特幣為例）本章節(jié)后續(xù)內(nèi)容，均以比193.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)任何機(jī)器都可以運(yùn)行一個(gè)完整的比特幣節(jié)點(diǎn)，一個(gè)完整的比特幣節(jié)點(diǎn)包括如下功能：錢(qián)包，允許用戶(hù)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易完整區(qū)塊鏈，記錄了所有交易歷史，通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)保證歷史交易的安全性，并且用來(lái)驗(yàn)證新交易的合法性礦工，通過(guò)記錄交易及解密數(shù)學(xué)題來(lái)生成新區(qū)塊，如果成功可以賺取獎(jiǎng)勵(lì)路由功能，把其它節(jié)點(diǎn)傳送過(guò)來(lái)的交易數(shù)據(jù)等信息再傳送給更多的節(jié)點(diǎn)除了路由功能以外，其它的功能都不是必須的。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)任何機(jī)器都可以運(yùn)行一個(gè)完整的比特幣節(jié)點(diǎn)203.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程213.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程第2步：A將交易單廣播至全網(wǎng)，比特幣就發(fā)送給了B，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將收到的交易信息納入一個(gè)區(qū)塊中第1步：所有者A利用他的私鑰對(duì)前一次交易（比特幣來(lái)源）和下一位所有者B簽署一個(gè)數(shù)字簽名，并將這個(gè)簽名附加在這枚貨幣的末尾，生成交易單要點(diǎn)：B以公鑰作為接收方地址要點(diǎn)：對(duì)B而言，該枚比特幣會(huì)即時(shí)顯示在比特幣錢(qián)包中，但直到區(qū)塊確認(rèn)成功后才可用。目前一筆比特幣從支付到最終確認(rèn)成功，得到6個(gè)區(qū)塊確認(rèn)之后才能真正確認(rèn)到帳。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程第2步：A將交易單廣播至全網(wǎng)，比特幣就223.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程第3步：每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)解一道數(shù)學(xué)難題，從而去獲得創(chuàng)建新區(qū)塊權(quán)利，并爭(zhēng)取得到比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)（新比特幣會(huì)在此過(guò)程中產(chǎn)生）要點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)反復(fù)嘗試尋找一個(gè)數(shù)值，使得將該數(shù)值、區(qū)塊鏈中最后一個(gè)區(qū)塊的Hash值以及交易單三部分送入SHA256算法后能計(jì)算出散列值X（256位）滿(mǎn)足一定條件（比如前20位均為0），即找到數(shù)學(xué)難題的解。由此可見(jiàn)，答案并不唯一第4步：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)找到解時(shí)，它就向全網(wǎng)廣播該區(qū)塊記錄的所有蓋時(shí)間戳交易，并由全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對(duì)要點(diǎn)：時(shí)間戳用來(lái)證實(shí)特定區(qū)塊必然于某特定時(shí)間是的確存在的。比特幣網(wǎng)絡(luò)采取從5個(gè)以上節(jié)點(diǎn)獲取時(shí)間，然后取中間值的方式作為時(shí)間戳。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程第3步：每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)解一道數(shù)學(xué)難題，從233.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程第5步：全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對(duì)該區(qū)塊記賬的正確性，沒(méi)有錯(cuò)誤后他們將在該合法區(qū)塊之后競(jìng)爭(zhēng)下一個(gè)區(qū)塊，這樣就形成了一個(gè)合法記賬的區(qū)塊鏈。要點(diǎn)：每個(gè)區(qū)塊的創(chuàng)建時(shí)間大約在10分鐘。隨著全網(wǎng)算力的不斷變化，每個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)生時(shí)間會(huì)隨算力增強(qiáng)而縮短、隨算力減弱而延長(zhǎng)。其原理是根據(jù)最近產(chǎn)生的2016年區(qū)塊的時(shí)間差（約兩周時(shí)間），自動(dòng)調(diào)整每個(gè)區(qū)塊的生成難度（比如減少或增加目標(biāo)值中0的個(gè)數(shù)），使得每個(gè)區(qū)塊的生成時(shí)間是10分鐘。3.區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)交易過(guò)程第5步：全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對(duì)該區(qū)塊記賬的正24目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4

核心問(wèn)題5

前景展望6目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3254.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈以區(qū)塊為單位組織數(shù)據(jù)。全網(wǎng)所有的交易記錄都以交易單的形式存儲(chǔ)在全網(wǎng)唯一的區(qū)塊鏈中。4.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈以區(qū)塊為單位組織數(shù)據(jù)。全網(wǎng)所有的交易264.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊是一種記錄交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體組成，區(qū)塊主體只負(fù)責(zé)記錄前一段時(shí)間內(nèi)的所有交易信息，區(qū)塊鏈的大部分功能都由區(qū)塊頭實(shí)現(xiàn)。區(qū)塊4.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊是一種記錄交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)區(qū)塊由區(qū)塊頭和274.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊頭版本號(hào)，標(biāo)示軟件及協(xié)議的相關(guān)版本信息父區(qū)塊哈希值，引用的區(qū)塊鏈中父區(qū)塊頭的哈希值，通過(guò)這個(gè)值每個(gè)區(qū)塊才首尾相連組成了區(qū)塊鏈，并且這個(gè)值對(duì)區(qū)塊鏈的安全性起到了至關(guān)重要的作用Merkle根，這個(gè)值是由區(qū)塊主體中所有交易的哈希值再逐級(jí)兩兩哈希計(jì)算出來(lái)的一個(gè)數(shù)值，主要用于檢驗(yàn)一筆交易是否在這個(gè)區(qū)塊中存在時(shí)間戳，記錄該區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間，精確到秒難度值，該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的難度目標(biāo)隨機(jī)數(shù)(Nonce)，記錄解密該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的答案的值4.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊頭版本號(hào)，標(biāo)示軟件及協(xié)議的相關(guān)版本信息284.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在當(dāng)前區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈后，所有礦工就立即開(kāi)始下一個(gè)區(qū)塊的生成工作。把在本地內(nèi)存中的交易信息記錄到區(qū)塊主體中在區(qū)塊主體中生成此區(qū)塊中所有交易信息的Merkle樹(shù)，把Merkle樹(shù)根的值保存在區(qū)塊頭中把上一個(gè)剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)通過(guò)SHA256算法生成一個(gè)哈希值填入到當(dāng)前區(qū)塊的父哈希值中把當(dāng)前時(shí)間保存在時(shí)間戳字段中難度值字段會(huì)根據(jù)之前一段時(shí)間區(qū)塊的平均生成時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不斷變化的整體計(jì)算總量，如果計(jì)算總量增長(zhǎng)了，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)高數(shù)學(xué)題的難度值，使得預(yù)期完成下一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間依然在一定時(shí)間內(nèi)區(qū)塊形成過(guò)程4.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在當(dāng)前區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈后，所有礦工就立即開(kāi)始下一個(gè)29目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4

核心問(wèn)題5

前景展望6目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3305.核心問(wèn)題區(qū)塊頭包含一個(gè)隨機(jī)數(shù)，使得區(qū)塊的隨機(jī)散列值出現(xiàn)了所需的0個(gè)數(shù)。節(jié)點(diǎn)通過(guò)反復(fù)嘗試來(lái)找到這個(gè)隨機(jī)數(shù)，這樣就構(gòu)建了一個(gè)工作量證明機(jī)制。工作量證明工作量證明機(jī)制的本質(zhì)是一CPU一票，“大多數(shù)”的決定表達(dá)為最長(zhǎng)的鏈，因?yàn)樽铋L(zhǎng)的鏈包含了最大的工作量。如果大多數(shù)的CPU為誠(chéng)實(shí)的節(jié)點(diǎn)控制，那么誠(chéng)實(shí)的鏈條將以最快的速度延長(zhǎng)，并超越其他的競(jìng)爭(zhēng)鏈條。如果想要修改已出現(xiàn)的區(qū)塊，攻擊者必須重新完成該區(qū)塊的工作量外加該區(qū)塊之后所有區(qū)塊的工作量，并最終趕上和超越誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)的工作量。5.核心問(wèn)題區(qū)塊頭包含一個(gè)隨機(jī)數(shù)，使得區(qū)塊的隨機(jī)散列值出現(xiàn)了315.核心問(wèn)題同一時(shí)間段內(nèi)全網(wǎng)不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)能計(jì)算出隨機(jī)數(shù)，即會(huì)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中廣播它們各自打包好的臨時(shí)區(qū)塊（都是合法的）。分叉某一節(jié)點(diǎn)若收到多個(gè)針對(duì)同一前續(xù)區(qū)塊的后續(xù)臨時(shí)區(qū)塊，則該節(jié)點(diǎn)會(huì)在本地區(qū)塊鏈上建立分支，多個(gè)臨時(shí)區(qū)塊對(duì)應(yīng)多個(gè)分支。該僵局的打破要等到下一個(gè)工作量證明被發(fā)現(xiàn)，而其中的一條鏈條被證實(shí)為是較長(zhǎng)的一條，那么在另一條分支鏈條上工作的節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換陣營(yíng)，開(kāi)始在較長(zhǎng)的鏈條上工作。其他分支將會(huì)被網(wǎng)絡(luò)徹底拋棄。5.核心問(wèn)題同一時(shí)間段內(nèi)全網(wǎng)不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)能計(jì)算出隨機(jī)數(shù)，即會(huì)325.核心問(wèn)題雙花，即二重支付，指攻擊者幾乎同時(shí)將同一筆錢(qián)用作不同交易。雙花每當(dāng)節(jié)點(diǎn)在把新收到的交易單加入?yún)^(qū)塊之前，會(huì)順著交易的發(fā)起方的公鑰向前遍歷檢查，檢查當(dāng)前交易所用的幣是否確實(shí)屬于當(dāng)前交易發(fā)起方，此檢查可遍歷到該幣的最初誕生點(diǎn)（即產(chǎn)生它的那塊區(qū)塊源）。雖然多份交易單可以任意序的廣播，但是它們最終被加入?yún)^(qū)塊時(shí)必定呈現(xiàn)一定的順序。區(qū)塊之間以Hash值作為時(shí)間戳則區(qū)塊，這決定了任意一筆交易資金來(lái)源都可以被確定的回溯。5.核心問(wèn)題雙花，即二重支付，指攻擊者幾乎同時(shí)將同一筆錢(qián)用作335.核心問(wèn)題體積過(guò)大?隨著區(qū)塊鏈的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)體積會(huì)越來(lái)越大，存儲(chǔ)和計(jì)算負(fù)擔(dān)將越來(lái)越重。數(shù)據(jù)確認(rèn)時(shí)間目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，尤其是金融區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，存在數(shù)據(jù)確認(rèn)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。??并發(fā)處理?區(qū)塊鏈系統(tǒng)面臨并發(fā)處理過(guò)低的問(wèn)題。VisaNet在2013年的測(cè)試中，實(shí)現(xiàn)了處理每秒47000筆交易，相比之下比特幣每秒處理約7筆交易，以太坊大約每秒處理30筆。5.核心問(wèn)題體積過(guò)大?數(shù)據(jù)確認(rèn)時(shí)間并發(fā)處理?34目錄區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介1特征及分類(lèi)2區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4