由浅及深了解区块链之：（10）带你了解区块头部信息

区块头部信息如下所示

Created with Raphaël 2.2.0 父哈希值 merkleroot target nonce time data 交易记录 时间戳标志 矿工输入的随机数 对本个区块生成哈希值的阈值 对主体data交易记录的哈希值 yes no yes no yes no yes no no

如上图所示，这是比特区块链中矿工所挖的区块信息。
**值得注意的是，区块自己的哈希值不会存储在区块头部。**无论是区块在网络上传输，还是区块做为节点存储的信息被永久存储在一个完整的节点山，它都不会存储在区块上上面，节点在接受区块时会直接计算区块的哈希值，然后区块的哈希值会作为区块链的元数据存储在专门的数据库表中，以提供给人们快速的可视化视图服务
最前面是父区块的哈希值：区块每十分钟产生一块，矿工需要在有限的时间内尽可能的挖出一个区块，当产生一个区块后，相应的节点将区块信息广播，收到该信息的矿工立即停止手上的挖矿工作，将这个区块的信息记录下来，接着将该区块的哈希值放到自己的候选区块头部（矿工每次挖矿都会将相应的交易记录放在候选区块，挖矿成功后候选区块就能变成去区块链的一个有效区块），然后矿工就比对候选区块和父区块的交易记录，将重复的交易记录删除，接下来赶紧投入到下一区块的挖掘之中。父区块的哈希值是计算子区块哈希值的原材料。并且每个子区块记录着父辈区块的哈希值信息，一方面可以通过某一个区块追溯到它前面所有的区块链交易信息，溯源效果好，另一方面，只要某一个区块产生变动，那么这个区块后面所有的区块的哈希值都会改变，除非将它后面所有的区块都进行修改，具有账本不可修改或修改代价无法承受的特性。
接着是Merkleroot树我在上节中讲过，该树是全部交易记录data的数字指纹，唯一标志了区块主体部分全部的交易记录，子要里面的任何交易记录修改了，那么这个Merkleroot数字指纹一定会变化,进而影响该区块的哈希值，以至于后面所有的哈希值都改变了。
Target指代当前区块所得哈希值的阈值。，也就是说，当前这个区块的哈希值必须小于这个Target所代表的值。Target 值的格式为指数-系数，指数占1个字节，系数占3个字节。例如Target的值如下：0x0200000A
这个数所表示尾数为10，指数为2，所以表示的阈值为10²=100.所表示的是这个区块的哈希值要小于100才可以成立。
nonce初始值为0，是用户输入试探的随机数，是工作量证明算法的关键，我们来看一下，当前区块的哈希值是等于对整个区块头进行哈希运算的哈希值，所以矿工在计算哈希值前先用将交易记录进行哈希产生merkleroot哈希值，接着对着nonce进行不间断的尝试性输入，直到输入的hash值小于Target指向的阈值。为什么要不间断性的尝试输入呢，因为哈希运算是单向运算，由原始值可以推导出哈希值，反之则不能。过程流程如下所示。

Created with Raphaël 2.2.0 将父区块的哈希值记录下来 计算交易记录产生的merkleroot哈希值 计算Target的阈值t 随机输入nonce，计算整个区块头的哈希值s 检查s是否小于t 将该区块打包发送到各网络节点上去 yes no

例如：假设矿工a计算一次区块头部的哈希值用时1s，然后该区块的哈希值（哈希值占32字节，256比特）要满足前20位为0方可变成有效区块（000000000000000000000.。。。。。。），每次随机输入一个nonce值，那么输入成功的概率为(1/2)²⁰，这样来说根据统计学来说，要输入2²⁰次nonce方可成功，可以计算的是，a矿工在十分钟内可输入1*60 *10=600次，约占总次数的600/2²⁰=0.3,所以说a约有0.3的概率在十分钟之内计算出符合条件的哈希值，那么假如存在100个像a一样的矿工呢，那么差不多区块一出来就被挖了，这样的话就不符合10分钟内产生一个区块的速度了。下面接着为你解答矿工的挖矿机制。
事实上，现实中矿工的计算速度远比这要大得多，但是区块哈希值的计算难度也远比这要大得多。下面结合一个具体的实例来进行说明：

假设Target的字段信息如下：0x06000400
计算一下它的阈值：06代表指数6，000400代表系数2^10约等于1000
所以target的的阈值=（1000）^6=10^18
假设a的计算机每秒计算哈希值为10亿次，解下来可以计算他的产出正确区块的概率
10^10 *x=10^18  =>x=10^8秒
大概马不停蹄的挖矿需要3年的时间。
然后还有面临的风险是：随着时间的增加，挖矿的计算量更加庞大，且在a挖出区块的同时，
很多人也许在他前面或者几乎同时挖出符合条件的区块，这时候又要进行区块链主链的竞争等。。。
所以独狼式挖矿是伴随着高风险的，因此很多人为了平坦风险，矿工们会组成大大小小的矿池，
收益大家采取公平规则进行分配（具体分配细则看前面章节）。

关键是区块链每10分钟产生一个区块，如果总的矿池的工作量/计算力大于所设置的哈希值阈值，那么产生区块的速度就跟不上计算区块的速度，区块链机制为了应对这种情况的发生，设置了可调节的难度目标，也就是同步区块矿池的工作量来增大或减小Target字段的哈希阈值。
假如在实际生活中，随着挖矿设备的不断升级，矿池大概每5分钟左右就能够计算出一个区块的值，这个时候区块链将会调整Target的阈值，使得该区块的哈希值的计算难度变为原来的两倍，由于区块内产生区块的间隔并不是十分稳定的，区块链规定了每2016个区块才更新一个新的区块阈值，且为了防止难度系数调整过快，区块链设定了调节因子最大为4（也就是难度为4倍），，所以在比特币区块链中，如果由于狂矿池算力发生突变式提升，导致了Target阈值理论上应该调节为8倍，但实际上只能够调节为4倍，下一个调节要等在2016块区块后（也就是14天以后），直到调节稳定。

Created with Raphaël 2.2.0 矿池算力计算次数a Target设定的阈值计算次数b 4b

time字段信息
时间戳，唯一标志了该交易在此时间的存在。在整个区块链上可以看到一条有序的时间戳链条，由于每个区块的哈希值计算的原材料都有该时间戳信息，每一个随后的哈希块对前一个哈希块进行增强，所以又有维持了该时间戳的不可修改性。
这里还要考虑一个另外的情况，nonce的值只有4个字节（也就是32比特），也就是可以可以输入2³²次
约为4* 10⁹次，现在的好一点的采矿机计算次数都是万亿次/秒，那nonce的数值不是一下子就用完了吗？当然有相应的解决方案。就是增加或者删除候选区块中的一些交易记录，然后再重新输入nonce随机数，这样的话就又可以重新产生新的哈希值了。因为哈希值的生成是不可控的，随意改动一些数据，哈希值将会完全不同的改变，这也正是哈希函数奇妙的地方之一。