区块链技术概述和基础

区块链是随着比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的全新技术。它提供了去中心化、去信任的信用积累范式，引起了金融行业、科研机构、政府部门和投资公司的高度重视和广泛关注。

区块链技术通过建立一个共同维护、不可篡改的数据库来记录所有过去的交易记录和历史数据。所有数据都以公开透明的方式分发和存储。在该技术下，任何互不认识的网络用户都可以通过合约、点对点记账、数字加密等方式达成信用共识，无需任何中央信任机构。

区块链本质上是一个点对点分布式账本数据库。区块链本身实际上是一系列链接的数据块，链接指针是通过加密哈希算法对块头进行处理后生成的块头哈希值。每个数据块记录了一组由哈希算法组成的树状交易状态信息，保证了每个块中的交易数据和区块链中的链接块。

一个完整的区块链系统包括许多技术，包括用于存储数据和数字签名的数据块，时间戳和其他技术，P2P网络作为维护系统的支持和共识算法，以及挖矿和工作量证明机制包括匿名交易机制和比特币钱包，以及链时代、UTXO、默克尔树、双花等相关技术概念。正是这些技术让区块链在无中心网络上形成了一个永无止境的运行引擎，为区块链的交易、验证、链接等功能提供源源不断的动力。

那么区块链技术涵盖哪些内容？以下十二点可以为你解答

一、数据块

以比特币为例，比特币的交易记录会存储在数据块中。在比特币系统中，大约每 10 分钟就会产生一个区块。每个数据块一般包含一个块头（Header）和块有两部分，如下图所示：

区块头封装了当前版本号、前一个区块地址、时间戳、随机数、当前区块的目标哈希值、默克​​尔树的根值等信息。块体主要包含交易计数和交易详情。交易明细是比特币系统中的账本，每一笔交易都会永久记录在数据块中，任何人都可以查询。块体中的默克尔树会对每一笔交易进行数字签名，确保每笔没有重复的交易都无法被伪造。所有交易都会通过 Merkle 树的 Hash 过程生成一个唯一的 Merkle 根值记录在区块头中。

如果您使用的是比特币钱包，当您打开客户端时，区块数据文件将同步到您的计算机硬盘，您可以在区块文件下找到它们。我们还可以使用 hexdump 命令在终端上以十六进制形式显示数据块。我们通过解析这些数据可以得到交易记录、区块大小等基本信息，所以我们说区块中的数据是完全公开透明的。

二、挖矿分叉问题

块是在挖掘过程中生成的。所谓挖掘，其实就是穷举随机数算法。将前一个区块的哈希值与 10 分钟内的所有交易订单打包，并添加一个随机数，计算出一个 256 位的字符串哈希值。 , 输入随机数 Nonce 使哈希值满足一定条件即可获得该区块的交易记账权。新生成的块需要快速广播，以便其他节点可以验证它们以防止欺诈。每个区块都存储了前一个区块的哈希值，可以追溯到开头。只有经过验证，才能最终获得该区块的交易记账权。比特币系统允许矿工竞争记账权（在主链上链接区块的权利），而这种竞争机制就是工作量证明机制。挖矿需要大量的精力和时间，谁付出的工作越多，就越有可能获得一个区块的记账权。获得记账权的矿工将当前区块链接到前一个区块，形成最新的区块主链，所有区块链接在一起，形成区块链的主链。区块链上的所有数据历史都可以追溯和查询。

需要注意的是，可能会发生不同区域的两个矿工同时“挖掘”两个新区块并将它们链接在一起的情况。这时，主链上会出现一个“分叉”，系统不会立即确认是哪个区块，而是同意后续矿工总是选择累积工作量证明最大的区块链。因此，当主链分叉时，后续区块的矿工将通过计算和比较，将其区块链接到当前累积工作量证明最大值的替代链，形成一条更长的新主链，并自动丢弃积分分叉处的短链，从而解决分叉问题。

三、时间戳和不变性

时间戳是指从格林威治标准时间（1970 年 1 月 1 日 08:00, 1970）到现在的总秒数，通常是唯一标识某一时刻时间的字符序列。在比特币系统中，获得记账权的节点在链接区块时需要在区块头上加盖时间戳，用于记录当前区块数据的写入时间。每个后续块中的时间戳都使用前一个时间戳增加了工作量证明，形成了一个增加时间的链。时间戳技术本身并没有那么复杂，但时间戳在区块链技术中的应用是一项重大创新。时间戳为未来基于区块链的互联网和大数据增加了时间维度区块链基础技术有哪些，使数据更易于追溯和重新评估。历史也是可能的。同时时间戳可以作为存在证明的重要参数，可以确认特定的数据一定存在于特定的时间，从而保证了区块链数据库不能被篡改或伪造，这对于区块链来说也是如此。可以将技术应用于时间敏感的领域，例如公证和知识产权注册。

四、分布式数据库

比特币系统中的区块就像一个账本，记录着所有比特币的交易信息，每个比特币用户的比特币收支都被永久嵌入到数据区块中，供他人查询使用。这些数据块中的交易数据存储在每个比特币用户的客户端节点中，所有这些节点构成了比特币及其弹性分布式数据库系统。任何节点的数据损坏都不会影响整个数据库的正常运行，因为完整的数据库存储在其他健康的节点中。

五、UTXO 交易模式

UTXO是未花费的交易输出，是比特币交易过程中的基本单位。除了创世区块，所有区块中的交易都会有多个输入（来源）和多个输出（前进方向）。创世区块和在创世区块和后续挖矿区块中奖励给矿工的交易没有输入，除了由上一个输出地址对应的私钥签名。当整个区块链网络中的 UTXO 将存储在每个节点中时，只有满足 UTXO 和数字签名衍生的条件的交易才是合法的。因此，区块链系统中的新交易不需要追溯整个交易历史来确认当前交易是否合法。

六、哈希函数

哈希函数在比特币系统中也有重要的应用。区块链中的数据不仅是原始数据或交易记录，还有它们的哈希函数值，将原始数据编码成特定长度，经过一串数字和字母后记入区块链。哈希函数在存储区块链数据方面有很多优势。

1.哈希函数处理的数据是单向的，几乎不可能从处理后的输出值计算出原始输入值。

2.哈希函数区块链基础技术有哪些，如SHA256，将要处理的数据分成512字节的块，然后使用Merkle-Damgard转换函数输入初始量，第一个块生成256字节，然后作为初始向量与下一个数字块进行转换，以此类推，直到最后一个数据块，最终的结果是一个256字节的哈希值。所以输入数据越长，哈希函数处理的时间就越长。

3.哈希函数的输入值相差一个字节，结果会有很大的不同。

七、默克尔树

Merkle 树是数据结构中的一种树，它可以是二叉树，也可以是多叉树，它具有树结构的所有特性。它的作用主要是快速汇总和验证区块数据的完整性。它将对区块链中的数据组进行哈希运算，并递归生成新的哈希节点。最后，只剩下一个默克尔根。存储在块头中，每个哈希节点总是包含两个相邻的数据块或它们的哈希值。默克尔树极大地提高了区块链的运行效率和可扩展性，使得区块头只需要包含哈希值，无需封装所有底层数据。 Merkle 树支持“简化支付验证协议”，无需运行完整的区块链网络节点即可验证交易数据。

八、双花——双花

双花问题也称为“双花”问题，即利用货币的数字属性，用“同样的钱”完成两次或多次支付。在传统的金融货币体系中，由于货币和货币是具有客观唯一属性的物理实体，因此可以避免双重支出。但在其他电子货币系统中，需要一个受信任的第三方管理机构来提供保证。区块链技术可以有效解决去中心化系统中的双重支付问题，无需任何第三方机构的帮助，而只需要通过分布式节点之间的相互验证和共识机制，同时完成信息传递。价值转移。

九、P2P 网络

P2P网络是一种分布式应用架构，将任务和工作负载分布在对等体之间，是在应用层由对等计算模型形成的网络或网络形式。区块链系统基于IP通信协议和分布式网络。它不依赖于传统的电路交换，而是建立在网络通信之上，完全通过互联网进行信息交换。网络中所有节点的地位相同，没有特殊的中心节点和层次结构，每个节点都将承担网络路由、验证数据块等功能。网络的节点根据存储的数据量可以分为全节点和轻量级节点。全节点的优点是不需要依赖其他节点进行数据校验，只需要自己完成校验、更新等操作。缺点是硬件成本高。

十、加密算法

除了哈希算法，区块链技术还有一种非对称加密算法用于加密交易。非对称加密算法是指存在一对数学上相关的密钥，用其中一个密钥加密的数据信息只能用另一个密钥解密。在这对密钥中，公钥称为公钥，私钥称为私钥。例如，公钥就像银行账户，私钥就像账户的密码或账户所有者的签名。区块链上的有效交易具有由交易发起者的私钥签名的有效数字签名，交易的签名可以通过交易发起者的公钥来验证。公钥可以从私钥通过算法计算出来，但是私钥不能从公钥中计算出来。

十一、数字签名

数字签名就是在邮件的末尾添加另一段内容作为发件人的证明，证明邮件没有被篡改。一般情况下，发送者通过哈希算法对信息进行处理，得到哈希值，然后用私钥对哈希值进行加密，得到签名。然后，发送者将消息连同签名一起发送给接收者。接收方使用发送方的公钥解密签名，恢复哈希值，然后使用哈希算法验证信息的哈希值是否与解密签名恢复的哈希值一致，从而识别信息是否来自发件人。或验证信息未被篡改。

十大二、比特币的隐私模型

传统的隐私模型为交易的参与者提供了一定程度的隐私保护。第三方不会交出交易者的个人身份信息。公众所知道的是，一定数量的货币被发送给另一个人。 ，但很难将交易与特定身份的人联系起来，公众无从得知这个人是谁。在比特币的隐私模型中，所有交易都不需要第三方操纵，也不需要提供任何身份信息，只需要提供比特币地址就可以与任何人完成准匿名交易。