比特币的“区块”中藏有什么秘密：区块链区块结构解析

1.“区块链”是什么？

在描述“区块”的组成结构之前，先几句话概括下“区块链”是什么？

1）“区块链”一词来源于，2008年11月1日 2点10分【中本聪】发表的论文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（比特币：一种点对点的电子现金系统）；

2）一句话简单概括：“区块链是一个基于分布式共识机制的（Consensus Progress）、去中心化（Decentralized）的、采用加密技术的‘账本’数据库”；

---通俗点讲，区块链本质就是一个分布式存储系统，一个没有管理员（也可以理解为人人都是管理员）的，所有节点均保存全量数据信息的一个分布式数据库。

3）区块链的构成：区块链底层技术 &P2P通信协议 & 共识机制 &加密技术 & 时间戳服务器；

4）“区块+链+时间戳”是区块链最大的创新点。

PS 1：关于“区块链”的扫盲入门，请自行Google一下关键字“区块链”，会有很多详尽的介绍，本系列文章就不花精力做介绍了。

PS 2：关于共识机制相关主题，将会在《如何解决“拜占庭将军”问题：共识机制的作用》中做详细的讲解。

2.“区块链”的分类有哪些？

目前“区块链”共分为三类：

1）公有链（Public BlockChain）：

特点：所有的个体或者组织都可以发送交易，并且交易能够获得区块链的有效确认；任何人都可以参与共识过程，参与认证，参与记账；

2）联合（行业/组织）区块链（consoritum BlockChain）

特点：某个群体内，根据某种策略（比如常见的DPOS）指定出预选节点，只有预选节点参与共识过程，参与记账。所有节点（包括预选节点）均可发送交易；

3）私有区块链（Private BlockChain）

特点：单纯的只是采用了区块链的技术，但是记账权，共识认证权，区块链的数据写入权限归私人（或者某企业组织）单独所有；

---具体含义解释，请参见《BlockChain : Resharp the Economy And the World》

3.“区块”是什么？

3.1 如果把“区块链”比作和谐号高铁，那么每一节车厢就是一个个“区块”；

如果站在每节“车厢”的角度看待“区块”，那么，每节车厢又分为：

1）区块头（记录着车厢号，座位数，厕所状态的记录区域“显示屏”）；特点是固定大小80B，比如 不管单节车厢多少个座位，显示屏是固定大小的；

2）区块体（实际的座位等设施）；可变大小的（不同车厢的车座数可能不一致），取决于本区块被打包时候，总的交易数有多少，一般是2000笔以内；

3.2?火车头就是“创世区块”；创世区块就是区块链的第一个区块，也就是区块链的头；

PS：创世区块由中本聪在2009年1月3日创造，并留下一句永不可修改的话：“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks。” （泰晤士报当天的头版文章标题。）


4.“区块”里可以存什么？

1）说到“区块”里可以存什么？先说一下，比特币与区块链的关系吧？

一句话概括：区块链是分布式存储方案，比特币莱特币等虚拟货币只是 承载在 区块链上的一个应用之一罢了，既不是父与子的关系，又不是强关联的；

2）“区块”的结构是什么？

见3中描述，分为区块头（固定格式信息）+区块体（业务数据）；

3）“区块体”里可以存什么东西？

任何你想存的数据都可以（比如创世区块，中本聪存入了当天的头条新闻标题），究竟想存什么信息，取决于：基于这个区块链的上层应用是什么？比如采用关系型数据库做存储方案，数据库里存啥完全取决于业务应用。

5.比特币Block Structure解析

如图，为比特币的区块结构：


下面将针对图中的每一个字段进行含义解析

5.1 “区块头”结构解析

1）版本号Version：大小4字节，每一个区块的版本号，标记着当前区块是在什么版本的bitcoin core系统版本下产生的；目前主链（main）上有两种版本号的区块，分别为1和2；（版本2中，coinbase做了升级，加入了区块高度参数）；

2）时间戳Timestamps：大小4字节，核心字段，自1970-01-01T00:00 UTC之后开始的秒数；

3）难度系数difficulty：大小4字节，存储格式为 难度系数的HASH值，该字段标记着当前区块被“挖”出来的难度（哈希碰撞出来的难度）；

4）随机数Nonce：大小4字节，当前区块工作量证明（Proof of Work）的参数（是以一坨0开头的数），存储格式为Hash值。hash计算的目标值，改值随机。当“矿机”节点经过Hash计算出的值为该随机数时，即为“挖矿”初步成果（经过后续六个区块的认证之后，才是真正的成果，终态）；

5）前序区块头Hash地址（hashPrevBlock）：大小32字节，为当前区块前一个区块的区块头的Hash值。

6）默克尔树根Hash地址（hashMerkleRoot）：当前区块打包的所有交易是以默克尔树的方式记录的，该字段记录该交易树的树根hash值。当每一笔交易进入来区块被打包的时候，该字段需要重新计算更新一次；

PS :关于区块头中各信息与“挖矿”的关系以及如何保证比特币产出速度相对均匀，将在接下来的文章中详细讲解，敬请期待。

5.2 “区块体”结构解析

1）魔法数 ：4字节不变常量，是比特币客户端解析Block数据时的识别码；（至于为什么选择这几个数，中本聪大神定的，就好比为何定义比特币总量为2100万个一样）；

比特币Main网络的魔法数是0xD9B4BEF9,testNet网络的识别码是0xDAB5BFFA。不同的币种的魔法数一般不同，比如莱特币的Main网络魔法数是0xDCB7C1FC。

2）区块大小：4字节

3）交易数量 (Transition Count) ：1~9字节，本区块包含的打包交易笔数；

原则上是上一个区块创建之后，到本区块创建完成之间，产生的所有的比特币交易的集合。

4）交易详情大小不定

交易详情里包含着所有笔交易的详情信息，以一条一条记录的方式记载，采用的数据结构是哈希树（默克尔树）；详细记载了比特币的交易记录和相关细节。

其中在比特币收支详情里面，记录了比特币收支地址、比特币收支的数量、merkle节点值、 数字签名等情况，因此收支详情是交易记录中最重要的部分。

PS : "交易"的官方定义是什么？

“一笔交易代表着一次比特币价值的转出，每一笔交易都要向全网中的所有节点广播，并被认可，然后该笔交易才能被打包到下一个区块中。每一笔交易的输入都是前序某个交易的输出（coinbase交易除外）。任何交易的详情是不加密存储的，这也就意味着，每当交易要被打包到区块中的时候，随时随地查询浏览交易的详情信息是可能的。”

---转译自《Bitcoin Wiki # Transaction》

以上就是区块链的区块结构解析~

以上内容，如有不当之处，欢迎Diss指正~


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