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大科普 | 区块链的微观结构

大科普 | 区块链的微观结构

上期大科普为大家介绍了一些宏观上的概念,本期将为大家介绍区块链微官上的一些概念。

这些微观上的概念是区块链的具体表现形式,虽然区块链没有实体,却是有其特定的数据格式,可以类似理解为表现形式。

                  

大科普 | 区块链的微观结构

 区块/ Block


区块是在区块链网络上承载交易数据的数据包,是一种被标记上时间戳和之前一个区块的哈希值的数据结构,区块经过网络的共识机制验证并确认区块中的交易。


 父块/ Parent Block


父块是指区块的前一个区块,区块链通过在区块头记录区块以及父块的哈希值来在时间上排序。

 区块头/ Block Header


记录当前区块的元信息,包含当前版本号、上一区块的哈希值、时间戳、随机数、Merkle Root 的哈希值等数据。此外,区块体的数据记录通过 Merkle Tree 的哈希过程生成唯一的 Merkle Root 记录于区块头。


 区块体/ Block Body


记录一定时间内所生成的详细数据,包括当前区块经过验证的、区块创建过程中生成的所有交易记录或是其他信息,可以理解为账本的一种表现形式。

 哈希值/ 散列值/ Hash Values / Hash Codes / Hash Sums / Hashes

哈希值通常用一个短的随机字母和数字组成的字符串来代表,是一组任意长度的输入信息通过哈希算法得到的“数据指纹”。因为计算机在底层机器码是采用二进制的模式,因此通过哈希算法得到的任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制值,即哈希值。此外,哈希值是一段数据唯一且极其紧凑的数值表示形式,如果通过哈希一段明文得到哈希值,哪怕只更改该段明文中的任意一个字母,随后得到的哈希值都将不同。

 时间戳/ Timestamp


时间戳从区块生成的那一刻起就存在于区块之中,是用于标识交易时间的字符序列,具备唯一性,时间戳用以记录并表明存在的、完整的、可验证的数据,是每一次交易记录的认证。

 随机数/ 一次性的随机数/ Nonce

Nonce 是指“只使用一次的随机数”,在挖矿中是一种用于挖掘加密货币的自动生成的、毫无意义的随机数,在解决数学难题的问题中被使用一次之后,如果不能解决该难题则该随机数就会被拒绝,而一个新的 Nonce 也会被测试出来并且直到问题解决,当问题解决时矿工就会得到加密货币作为奖励。

在区块结构中,Nonce 是基于工作量证明所设计的随机数字,通过难度调整来增加或减少其计算时间;在信息安全中,Nonce 是一个在加密通信只能使用一次的数字;在认证协议中,Nonce 是一个随机或伪随机数,以避免重放攻击。

 梅克尔树/ Merkle Tree

梅克尔树(又叫哈希树)是一种二叉树,是一种高效和安全的组织数据的方法,被用来快速查询验证特定交易是否存在,由一个根节点、一组中间节点和一组叶节点组成。它使用哈希算法将大量的书面信息转换成一串独立的字母或数字。最底层的叶节点包含存储数据或其哈希值,每个中间节点是它的两个子节点内容的哈希值,根节点也是由它的两个子节点内容的哈希值组成。

 区块容量/ Block Size


区块链的每个区块,都是用来承载某个时间段内的数据的,每个区块通过时间的先后顺序,使用密码学技术将其串联起来,形成一个完整的分布式数据库,区块容量代表了一个区块能容纳多少数据的能力。

 未花费的交易输出/ Unspent Transaction Output / UTXO


未花费的交易输出是一个包含交易数据和执行代码的数据结构,可以理解为收到的但尚未花费的加密货币清单。比特币和其他加密货币在其区块链技术中使用 UTXO,以验证一个人是否拥有未使用的加密货币可用于支出。



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我们说区块链,顾名思义就是区块连成的链条,就叫区块链。而区块就是一种包含特定信息模块的数据结构,区块由区块头和区块体两部分构成。

区块头包含像时间戳、当前版本号、上一区块的哈希值、随机数、Merkle Root 的哈希值等数据,不同区块链的区块结构不完全相同,但像时间戳、哈希值等这些是必备的模块,区块体一般都是存储交易数据。

时间戳很好理解,就是给区块打一个戳,标记区块生成的时间。

随机数一般是一个没有意思的数字,这个数字需要进行大量的哈希碰撞计算才能获得,获得数字的用户将会获得代币奖励,这一数字也会包含在区块内。

需要说明的是现在以比特币为代表的POW挖矿,由于参与人数众多,个人难以完成计算,获得奖励,所以一般都是加入矿池,然后根据拥有的算力占比获得奖励份额。

梅克尔树又叫默克尔树,主要用于验证交易。

区块容量是指一个区块能够存储的数据量,由于区块是一段时间内才能出现一个,比如比特币的10分钟,所以区块容量直接决定了区块链的处理能力。

在固定的时间下,如果区块容量变大,那么能够处理的交易就会变多,也就是提升了处理性能,这也就是所谓的区块扩容,或者直接称之为扩容。

比特币网络就因为是否扩容进行过长达数年的争论,最终以比特币分叉出BCH而告终。

未花费的交易输出比较复杂,介绍需要较长篇幅,可以关注区块链研习社近期将会整理出的区块链入门课程,里面有通俗易懂的介绍。

为了给大家比较精准的知识,本期科普使用了《区块链词典》提供的定义。



往期精彩内容:

1、大科普 | 区块链扩容知多少?

2、大科普 | 共识机制全掌握(上)

3、大科普 | 共识机制全掌握 (下)

4、大科普 | 跨链方式全知道

5、大科普 | 通证的三种分类

6、大科普 | 区块链挖矿全知道

7、大科普 | 去中心化是必然方向吗?

8、大科普 | 不可不知的区块链交易

9、大科普 | 区块链世界的物理基础

10、大科普 | 极其重要的网络分层

11、大科普 | 区块链概念的基石

12、大科普 | 区块链的几种典型分类

 -END-


区块链研习社

区块链研习社ChainClub成立于2017年1月,是国内知名的区块链学习创业社群,输出超过100节体系课程,助推社员提升认知、链接资源、协作共创,开辟了一条从学习、协作到创业搞事情的全新路径,以好学、好玩、值得信赖的方式让越来越多的人参与到区块链行业的建设中来。

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