区块链的核心概念

区块

区块作为区块链的基本结构单元，由包含元数据的区块头和包含交易数据的区块主体构成。

区块头

字段	描述
版本号	区块版本号，表示本区块遵守的验证规则
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
当前区块的哈希值	id
Merkle(默克尔)根	该区块中交易的Merkle树根的哈希值，同样采用SHA256(SHA256())计算
时间戳	该区块产生的近似时间，精确到秒的UNIX时间戳
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
Nonce	随机数，用于工作量证明算法的计数器

区块体

这段时间内的交易数据

区块链系统大约每10分钟会创建一个区块，包含这段时间的所有交易。每个区块包含前一个区块的ID（父区块头哈希值），这使得每个区块都能找到其前一个区块的节点，这样就形成了一条完整的交易链条。全网形成了一条唯一的主区块链。

哈希算法

哈希算法是区块链中保证交易信息不被篡改的单向密码机制。

特点：

• 加密过程不可逆
• 输入的明文与输出的散列数据一一对应，任何一个输入信息的变化，都会导致输出的散列数据的变化。

区块链通常使用SHA-256

上面说过区块头包含很多内容，其中有当前区块体的哈希，还有上一个区块的哈希。这意味着，如果当前区块体的内容变了，或者上一个区块的哈希变了，一定会引起当前区块的哈希改变。

这一点对区块链有重大意义。如果有人修改了一个区块，该区块的哈希就变了。为了让后面的区块还能连到它（因为下一个区块包含上一个区块的哈希），该人必须依次修改后面所有的区块，否则被改掉的区块就脱离区块链了。由于后面要提到的原因，哈希的计算很耗时，短时间内修改多个区块几乎不可能发生，除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。

正是通过这种联动机制，区块链保证了自身的可靠性，数据一旦写入，就无法被篡改。这就像历史一样，发生了就是发生了，从此再无法改变。

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公钥和私钥

公钥和私钥 - 俗称非对称加密方式。通常都是用公钥加密信息，用私钥解密信息。是对对称加密方式（账号和密码）的提高。对称加密方式缺点是显而易见的，如果被人知道了密钥和加密方法，于是按照加密方法反着来就能解密。

在比特币系统中，私钥的本质上是32个字节组成的数组，公钥和地址的生成都依赖私钥。有了私钥就能生成公钥和地址，就能花费对应地址上面的比特币。

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在区块链中，使用公钥和私钥来标识身份。
公钥是公开的，任何人都可以获取。私钥是保密的，只有拥有者才能使用。
他人使用你的公钥加密信息，然后发送给你，你用私钥解密，取出信息。反过来，你也可以用私钥加密信息，别人用你的公钥解开，从而证明这个信息确实是你发出的，且未被篡改，这叫做数字签名。（详见什么是数字签名）

比特币主要用了ECDSA（椭圆曲线签名算法），这个算法有两个特性：

• 只要知道私钥，可以算出相应的公钥
• 你用私钥签名过的东西，可以用公钥算一下是不是你签的

私钥：

• 私钥占256bit的空间。私钥是由比特币的客户端完成的，不要我们去干预。
• 私钥是其实就是一个随机数，它是位于1--1.15810^77-1之间的一个数，1.15810^77略小于2256

公钥：

• 私钥使用椭圆曲线算法可以得到公钥
• 椭圆曲线算法是在一个曲线上找到一个点，这个点的坐标就是公钥
• x=F028892BAD7ED57D2FB57BF33081D5CFCF6F9ED3D3D7F159C2E2FFF579DC341A
• y=07CF33DA18BD734C600B96A72BBC4749D5141C90EC8AC328AE52DDFE2E505BDB

这个算法有一个很奇妙的地方就是通过公钥无法得出私钥。我觉的这就是数学很奇妙的地方，由A可以得到B，但是B无法得出A。

时间戳

区块链中的时间戳从区块生成的一刻起就存在区块中，它对应每一次交易记录的认证，保证真实性。一旦修改，哈希值就会变化。

Merkle(默克尔) Tree

Merkle Tree，是一种树（数据结构中所说的树），网上大都称为Merkle Hash Tree,这是因为 它所构造的Merkle Tree的所有节点都是Hash值。Merkle Tree具有以下特点：

• 它是一种树，可以是二叉树，也可以多叉树，无论是几叉树，它都具有树结构的所有特点
• Merkle树的叶子节点上的value，是由你指定的，这主要看你的设计了，如Merkle Hash Tree会将数据的Hash值作为叶子节点的值；

• 非叶子节点的value是根据它下面所有的叶子节点值，然后按照一定的算法计算而得出的。如Merkle Hash Tree的非叶子节点value的计算方法是将该节点的所有子节点进行组合，然后对组合结果进行hash计算所得出的hash value。

  
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这里有个问题，如果哈希次数是单数怎么办，
比如上图，多个交易E。这时候会复制交易E,然后哈希E+E

比特币的工作流程

在区块链中，所有节点向上回溯，都会到达源头，区块链中的第一个区块 -- 创世区块

在创世区块诞生之后，比特币的用户通过不断的通过计算寻找满足特定SHA-256哈希值对应的数值解。这个过程就是比特币中的挖矿。

当任意一个用户首先算出符合要求的数值解时，就会在全网广播，然后网络中的其他节点收到这条信息会进行验证，如果通过的话，其他节点就会放弃计算，并将新的区块加到前一个区块的后面。

哈希算法的难度也会不断调整，以此控制用户们解出数据所用的时间。

区块链的分叉

按照兼容性不同，分为硬分叉和软分叉。
硬分叉：永久性的
软分叉：暂时性的

硬分叉是指比特币区块格式或者交易格式（共识）发生改变时，未升级的节点拒绝验证已经升级的节点生产出的区块，不过已经升级的节点可以验证未升级节点生产出的区块，然后大家各自延续自己认为正确的链，所以分成两条链。

硬分叉特点：

• 没有向前兼容性，之前的版本不可再用，需要强制升级
• 在区块链层面会有分叉的两条链，一条旧链，一条分叉新链
• 需要在某个时间点全部同意分叉升级，不同意将会进入旧链

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软分叉的指比特币的数据结构发生改变时，未升级的节点可以验证已经升级的节点生产出的区块，而且已经升级的节点也可以验证未升级的节点生产出的区块

软分叉的特点：

• 有较好的兼容性，之前版本的部分功能可用，可不升级
• 在区块链层面没有分叉的链，只有组成链的区块有新区块和旧区块之分
• 相当长的时间里，可允许不进行升级，继续使用原版本生成的旧区块，新旧并存

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