每天五分钟，玩转区块链(5)：区块链关键技术

链式结构

区块链之所以被称为“链”，就是由于其数据结构的奇妙规划：多个收支记载打包为一个数据块（第一条记载指定为挖矿所得），数据块附加有描绘信息（头部信息），其间除了版本号/数据校验值/时刻戳/难度值/随机数等惯例信息外，还包含了前一个数据块的哈希值，这也是区块链机制中，数据不行修正的原因---一切数据都是通过这种链状的结构链接起来。每个数据块都是通过很多核算才打包的，修正中心数据意味着要修正这以后一切的数据，除非具有超级核算才能，或许说全网核算才能的一半以上，这也就是所谓的“51%进犯”，在核算才能呈现理论机制等级的提高之前，咱们不必忧虑首要数字钱银的“51%进犯”问题。

链式的数据结构中，存储的实际上是一切买卖的记载，所以，又被成为“账本”，或许ledger。

在源码的 src/primitives/block.h 中，能够查看 CBlock的结构信息。文件中也包含了对区块数据的描绘：节点搜集买卖数据进行打包，不断测验随机数进行哈希核算，似的核算结果契合POW工作量证明机制的条件，一旦到达条件，既是挖块成功，节点会将信息广播到网络中，买卖信息的第一条数据是特别界说，其间记载的是当时区块的挖矿所得。

时刻戳

区块链技能要求取得记账权的节点有必要在当时数据区块头中加盖时刻戳，标明区块数据的写入时刻.因而，主链上各区块是依照时刻次序顺次排列的.时刻戳技能自身并不杂乱，但其在区块链技能中的应用是具有重要意义的立异.时刻戳能够作为区块数据的存在性证明(Proof of existence)，有助于构成不行篡改和不行假造的区块链数据库，从而为区块链应用于公证、知识产权注册等时刻敏感的领域奠定了根底.更为重要的是，时刻戳为未来根据区块链的互联网和大数据增加了时刻维度，使得通过区块数据和时刻戳来重现历史成为可能。

P2P网络

点对点技能并不新鲜，咱们之前经常听到的“P2P下载”也是根据此机制。相关于传统的server-client方法效劳，P2P的一切节点都处于对等地位、都具有全量数据，每一个节点既是server也是client，这使的体系全体的可扩展性、健壮性、功能等方面都十分优异。在区块链技能中，也意味着，任何接入者都有权获取一切的账目信息（公有链、联盟链、私有链的划分咱们在未来独自说明），在源码的 src/net.cpp ，net.h中有P2P相关的实现。

为了使体系在启动时主动取得其他节点的信息，需求有至少一个“种子地址”，所以，在源码的src/chainparams.cpp 中设定了多个种子地址（详见 vSeeds.emplace_back 调用的参数），这都是能够继续安稳供给效劳的节点。一起程序还供给了指定节点的参数。

一致算法

一致算法有很多种，咱们以比特币为例，比特币运用工作量证明机制（POW）的一致算法。这能够说是经济学和核算机学的一种立异：由核算机的工作量来证明其无差别的劳作价值。从概率上讲，核算节点算力占全网算力的份额，既是它挖矿成功的概率。也正是由于这个机制，使得挖矿、矿机、矿池成为数字钱银产业链条中的重要部分。当然这也是数字钱银被诟病的地方：人为制造出来的社会资源的耗费。支持者以为这是一种合理的机制，正如实体经济中的采矿---付出代价取得矿藏，这就是矿藏的价值根底。反对者以为这种资源耗费是一种无谓的糟蹋，并以此确定数字钱银没有价值。

POW机制中，详细核算的本钱耗费在了哪里呢？就是很多的SHA256核算（拜见 src/crypto/sha256.cpp ）。

除工作量证明，数字钱银常见的还有股权证明（POS，Proof of Stake），委任权益证明（DPOS，Delegated Proof of Stake）。

加密算法

加密算法的代表有hash加密和椭圆曲线。

hash加密：hash函数是将任意长度的输入，通过不行逆的处理进程，转换为固定长度的输出内容。首要有两大类：Message Digest Algorithm（最常见的MD5，以及其前身MD2,MD3,MD4）以及Secure Hash Algorithm（常见的SHA-1，SHA-2，SHA-3，RIPEMD160）。

已然hash算法是把内容处理之后得到限长度内容，那理论上就存在重复的可能（磕碰），随着核算才能的增强，MD5、SHA系列的函数都面临着磕碰进犯，事实上，SHA-3就是在这样的环境下诞生的更高等级的处理机制。而未来，加密机制和核算才能一定是循环递进的进程。

椭圆曲线算法：咱们知道，比特币钱包中包含了一系列的密钥对，每个密钥对是由一个私钥和公钥构成。公钥由私钥生成、公钥再生成比特币地址。其间公钥和私钥的生成，用到了椭圆曲线算法。详细机制咱们在这里不展开讲，可搜索引擎查询。与传统的RSA非对称加密算法比较，椭圆曲线算法安全性更高、核算量更小，所占用的存储空间也更小，这关于每个节点都记载完整买卖信息的数字钱银来讲，是极其重要的，相关函数实现，在代码的 src/crypto/ 目录下。

默克尔树

Merkle Tree(默克尔树)能够看做Hash List的泛化（Hash List能够看作一种特别的Merkle Tree，即树高为2的多叉Merkle Tree）。

在最底层，和哈希列表相同，咱们把数据分红小的数据块，有相应地哈希和它对应。但是往上走，并不是直接去运算根哈希，而是把相邻的两个哈希合并成一个字符串，然后运算这个字符串的哈希，这样每两个哈希就成婚生子，得到了一个”子哈希“。假如最底层的哈希总数是奇数，那到最后必定呈现一个单身哈希，这种状况就直接对它进行哈希运算，所以也能得到它的子哈希。所以往上推，依然是相同的方法，能够得到数目更少的新一级哈希，终究必定构成一棵倒挂的树，到了树根的这个方位，这一代就剩余一个根哈希了，咱们把它叫做 Merkle Root，整个结构如下图所示：

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