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负基础学习区块链丨第五课: 区块

这个时代人人都得懂点区块链,这是一篇基础为负也能看懂的学习课程。区块是组成区块链的基本单元结构。

区块链,顾名思义是由区块和链组成。那么什么是区块呢?
区块是组成区块链的基本单元结构,中本聪在2009年创立了比特币社会网络,开发出第一个区块,即“创世区块”。
前面讲到“挖矿”,挖出的其实就是区块。在比特币网络中,每挖出一个区块都会获得那个阶段相对应的比特币奖励。
区块是由区块头和区块体组成。区块头大小是80字节,里面包含的数据有:

版本号(Vertion)

区块版本号,表示本区块遵守的验证规则。就好像游戏升级前和升级后版本会变化一样。

默克尔根(merkle root)

如图,区块体中的每一笔交易作为基础进行Hash(SHA256)得到Hash1、Hash2、Hash3……再两两进行Hash运算,如Hash(Hash1&Hash2)=Hash12,运算的最终就是merkle root,也就是这个区块的哈希值。每一个区块都有自身唯一、明确的哈希值,想要在众多区块中寻找到其中某个块只要查找哈希值这一独特标识即可。

父区块头哈希值(Hash)

这个哈希值通过对前一个区块的区块头数据进行哈希计算得出,因为每个区块自己本身还有一个merkle root的哈希值,所以说区块头中有两个哈希值。父区块头哈希值存在的意义在于:每个新挖出的区块都按秩序接在前一个区块的后面,故而每个区块有且仅有一个父区块。

时间戳(Timestamp)

当一个新区块被挖出来时,都会被一个“时间印章”盖上一个时间戳,表示了这些数据在特定的时间真实完整存在并可进行验证。时间戳存在的意义在于为链上的区块数据提供证明,保证数据在今后不被篡改。就好比一个作家在此时此刻发表了一篇经典著作,并打上了时间戳,即使下一秒有人剽窃该文章以自身名义发表出来都可以被人们轻易识破,因为发表时间比时间戳上的时间延后了一秒。

难度值(Target bits)

前边讲过老师给大家出数学题目,之所以要出方程组而不是简单的1+1等于几的原因就在于提升难度,过于简单大家同一时间异口同声地说出了答案,那么这个题算谁解出来的,奖励又分配给谁呢。同样的比特币网络中大家都抱着挖到区块的目的而来,没有难度或者难度过小导致众多人同一时间挖到区块,奖励的比特币该怎么分?难度值也是可以调整的,如果系统中算力寻找出答案的平均时间很短,难度值就会增加。

随机数(Nonce)

随机数就像方程组解出的答案,也就是矿工集结算力心心念念想得到的那一串数据,谁先计算出来就代表这个挖出这个区块的奖励即将纳为囊中之物。
区块呈现出区块头小,区块体相对较大,因为区块头仅需要容纳上述的三组元数据(1.父区块Hash 2.bits、timestamp、Nonce 3.merkle tree)而区块体是一种树状结构,它需要容纳区块链网络中自上一个区块被挖出后的交易信息(Data)。所以区块可以类比为不倒翁,上小下大。
区块体与区块头之间最大的联系就是MerkleTree,区块体数据记录通过MerkleTree的哈希过程生成唯一的MerkleRoot记录于区块头。Merkle Tree像是一棵倒挂的树,它的存在能保障基础交易信息的真实性以及方便验证,所有的验证都是通过Hash的逐步运算,示例如下:
如图,如果需要检验jx5R:2这个交易(交易信息已经经过Hash运算转换为一串哈希值了,有疑问回顾第四课)是否真实未被篡改,我们只需要知道(zUfe:30)、(0d16)、(5c71)这三个哈希值就行了。Hash(jx5R:2& zUfe:30)得到3b95,再将3b85与0d16进行Hash运算得到8f74,这样一步步向上运算最终得到的哈希值是否与merkle root相同,相同说明交易未被篡改,反之则说明这笔交易本不是属于这个块里的。
在以后大家可能会经常听到“区块高度”这个词,它代表的是一个区块从创世区块以来排在第几位被挖出来。创世区块的区块高度是0,后边挖出的区块依次计数排列。如下图箭头所指的区块就是第545135个被挖出来的区块。

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