區塊鏈基礎知識入門

本文轉載自查看原文 2018-06-24 14:30 1356 區塊鏈/ 區塊鏈安全

一：什么是區塊鏈

區塊鏈是什么？一句話概括，它是一種特殊的分布式數據庫。

有兩個功能：

存儲信息，任何需要保存的信息，都可以寫入區塊鏈。
任何人都可以架設服務器，加入區塊鏈網絡，成為一個節點。區塊鏈的世界里面，沒有中心節點，每個節點都是平等的，都保存着整個數據庫。你可以向任何一個節點，寫入/讀取數據，因為所有節點最后都會同步，保證區塊鏈一致。

分布式數據庫不是新產品，但是區塊鏈有個革命性的特點就是去中心化，其他數據庫都有管理員，但是區塊鏈沒有。如果有人想對區塊鏈添加審核，是實現不了，因為它的設計目標就是防止出現居於中心地位的管理當局。因為無法管理，所以區塊鏈無法被控制。

二：區塊鏈組成

區塊鏈是由一個個區塊（block）組成。區塊很像數據庫的記錄，每次寫入數據，就是創建區塊。

每個區塊包含兩個內容：

區塊頭（Head）：記錄當前區塊的特征值

區塊體（Body）：實際數據

區塊的結構圖如上圖所示。詳情如下：

1）版本號（Version）

用來標識交易版本和所參照的規則。

2）前一區塊哈希值

也稱“父區塊哈希值”，這個哈希值通過對前一個區塊的區塊頭數據進行哈希計算（SHA256算法）得出，它的意義在於：每個新挖出的區塊都按秩序接在前一個區塊的后面。

3）默克爾根（Merkle Root）

在區塊主體中，所有交易信息先進行兩個一組的哈希計算，這種結構叫做Merkle樹（Merkle Tree），而且是一棵倒掛的樹。

如果一個區塊里只有4筆交易，則默克爾樹生成過程

最后的hash值就是區塊頭的Merkle根。Merkle樹能夠快速檢驗交易數據的完整性，即數據是否被篡改過。因為某筆中交易中的一個數據被篡改，都會改變最終的hash。

4）時間戳（Time）

記錄這個區塊生成的時間，精確到秒。每誕生一個新的區塊，就會被蓋上相應的時間戳，這樣就能保證整條鏈上的區塊都按照時間順序進行排列。

5）難度值（Target_bits）

挖出該區塊的難度目標。每產生2016個區塊，數據區塊運算難度會調整一次。比如，比特幣區塊鏈網絡能夠自動調整挖礦的難度，讓礦工每10分鍾才挖出一個區塊。原本需要14天才能挖完2016塊區塊，但不知哪個天殺的突然弄來幾台算力爆表的礦機，7天就搞定了，這就意味着到預定調整期的時候，挖礦難度會增加一倍。

使用一個常量除以難度系數，可以得到目標值（target）。顯然，難度系數越大，目標值就越小。目標值越小，挖礦就難挖，就是新區塊的hash值要小於這個目標值（案例中的14484.162361）。一個hash 32bit的話，可以知道這個hash前面部分很多位數必須是0，即要找出類似 00000000000000000000000000000001 的hash。

6）隨機數（Nonce）

前面說過，當前區塊的哈希由區塊頭唯一決定。如果要對同一個區塊反復計算哈希，就意味着，區塊頭必須不停地變化，否則不可能算出不一樣的哈希。區塊頭里面所有的特征值都是固定的，為了讓區塊頭產生變化，區塊頭故意增加了一個隨機項，叫做 Nonce。Nonce 是一個隨機值，礦工的作用其實就是猜出 Nonce 的值，使得區塊頭的哈希可以小於目標值，從而能夠寫入區塊鏈。Nonce 是非常難猜的，目前只能通過窮舉法一個個試錯。根據協議，Nonce 是一個32位的二進制值，即最大可以到21.47億。

三：難度系數動態調整

采礦具有隨機性，沒法保證正好十分鍾產出一個區塊，有時一分鍾就算出來了，有時幾個小時可能也沒結果。總體來看，隨着硬件設備的提升，以及礦機的數量增長，計算速度一定會越來越快。為了將產出速率恆定在十分鍾，中本聰還設計了難度系數的動態調節機制。他規定，難度系數每兩周（2016個區塊）調整一次。如果這兩周里面，區塊的平均生成速度是9分鍾，就意味着比法定速度快了10%，因此接下來的難度系數就要調高10%；如果平均生成速度是11分鍾，就意味着比法定速度慢了10%，因此接下來的難度系數就要調低10%。難度系數越調越高（目標值越來越小），導致了采礦越來越難。