从技术角度认识区块链：包括架构及内部结构

区块链架构：

区块链数据形式

区块链底层数据结构

desehawk · 发表于 2018-3-29 14:52:15

在比特币网络中，数据会以文件的形式被永久记录，我们称这些文件为区块。一个区块是一些或所有最新比特币交易的记录集，且未被其他先前的区块记录。可以将区块想象为一个城市记录者其记录本上单独的一页纸（对房地产产权的变更记录），或者是股票交易所的总账本。在绝大多数情况下，新区块会被加入到记录的最后（在比特币中的名称为区块链），一旦写上，就再也不能改变和删除。每个区块记录了它被创建之前发生的所有事件。

一个区块的区块结构如下所示：

数据项	描述	长度
Magic no（魔法数）	总是0xD9B4BEF9	4字节
Blocksize（区块大小）	到区块结束的字节长度	4字节
Blockheader（区块头）	包含6个数据项	80字节
Transaction counter（交易数量）	正整数VI=VarInt	1-9字节
Transactions（交易）	交易列表（非空）	<Transaction counter>-许多交易

每个区块都包括了一个被称为魔法数的常数、区块的大小、区块头、区块所包含的交易数量及部分或所有的近期新交易。在每个区块中，对整个区块链起决定作用的是区块头。

区块头描述：

数据项	目的	更新时间	大小（字节）
Version（版本）	区块版本号	更新软件后，它指定了一个新的版本号	4
hashPrevBlock（前一区块的Hash）	前一区块的256位Hash值	新的区块进来时	32
hashMerkleRoot Merkle（根节点Hash值）	基于一个区块中所有交易的256位Hash值	接受一个交易时	32
Time（时间戳）	从1970-01-01 00:00 UTC开始到现在，以秒为单位的当前时间戳	每几秒就更新	4
Bits（当前目标的Hash值）	压缩格式的当前目标Hash值	当挖矿难度调整时	4
Nonce（随机数）	从0开始的32位随机数	产生Hash时（每次产生Hash随机数时都要增长）	4

desehawk · 发表于 2018-3-29 16:04:05

本帖最后由 desehawk 于 2018-3-29 16:06 编辑

区块信息解析

从 https://webbtc.com 选择一个区块哈希值为000000000003ba27aa200b1cecaad478d2b00432346c3f1f3986da1afd33e506的早期区块进行分析。

可以看到该区块中包含了三笔交易信息，下面对区块信息字段进行解析。

1.区块头分析

前80个字节是区块头。

[mw_shl_code=bash,true]{
"hash": "000000000003ba27aa200b1cecaad478d2b00432346c3f1f3986da1afd33e506",
"ver": 1,
"prev_block": "000000000002d01c1fccc21636b607dfd930d31d01c3a62104612a1719011250",
"mrkl_root": "f3e94742aca4b5ef85488dc37c06c3282295ffec960994b2c0d5ac2a25a95766",
"time": 1293623863,
"bits": 453281356,
"nonce": 274148111
}[/mw_shl_code]

字节	字段	说明
4	版本	区块版本号，表示本区块遵守的验证规则
32	父区块头哈希值	前一区块的哈希值，使用SHA256(SHA256(父区块头))计算
32	Merkle根	该区块中交易的Merkle树根的哈希值，同样采用SHA256(SHA256())计算
4	时间戳	该区块产生的近似时间，精确到秒的UNIX时间戳，必须严格大于前11个区块时间的中值，同时全节点也会拒绝那些超出自己2个小时时间戳的区块
4	难度目标	该区块工作量证明算法的难度目标，已经使用特定算法编码
4	Nonce	为了找到满足难度目标所设定的随机数，为了解决32位随机数在算力飞升的情况下不够用的问题，规定时间戳和coinbase交易信息均可更改，以此扩展nonce的位数