區(qū)塊鏈原理詳解區(qū)塊鏈原理詳解區(qū)塊鏈是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之后，目前最有潛力觸發(fā)第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術。區(qū)塊鏈簡介特征及分類區(qū)塊鏈網絡數據結構核心問題前景展望背景互聯網上的貿易，幾乎都需要借助可資信賴的第三方信用機構來處理電子支付信息。這類系統(tǒng)仍然內生性地受制于〃基于信用的模式〃,區(qū)塊鏈技術是構建比特幣區(qū)塊鏈網絡與交易信息加密傳輸的基礎技術。它基于密碼學原理而不基于信用，使得任1可達成一致的雙方直接支付，從而不需要第三方中介的參與。定義區(qū)塊鏈是一個分布式賬本，一種通過去中心化、去信任的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。從數據的角度來看區(qū)塊鏈是一種幾乎不可能被更改的分布式數據庫。這里的“分布式”不僅體現為數據的分布式存儲，也體現為數據的分布式記錄（即由系統(tǒng)參與者共同維護）O從技術的角度來看區(qū)塊鏈并不是一種單一的技術，而是多種技術整合的結果。這些技術以新的結構組合在一起，形成了一種新的數據記錄、存儲和表達的方式。區(qū)塊鏈起源區(qū)塊鏈的概念首次在2008年末由日裔美國人SatoshiNakamoto（中本聰）在比特幣論壇中發(fā)表了一篇論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統(tǒng)》，首次提出了這個*論文中區(qū)塊鏈技術是構建比持幣數據結構與交易信息加密傳輸的御的支術，該技術實現了比特幣的挖礦與交易。比特幣中本聰認為：第一，借助第三方機構來處理信息的模式擁有點與點之間玦乏信任的內生弱點，商家為了提防自己的客戶，會向客戶索取完全不必要的信息，但仍然不能避免一定的欺詐行為；第二，中介機構的存在，增加了交易成本，限制了實際可行的最小交易規(guī)模；第三，數字簽名本身能夠解決電子貨市身份問題，如果還需要第三方支持才能防止雙重消斐，則系統(tǒng)將失去價值?；谝陨先c現存的問題，中本聰在區(qū)塊鏈技術的基礎上，創(chuàng)建了比特幣。

以太坊2013年年末，俄羅斯19歲的以太坊創(chuàng)始人維塔利克?布特林(VitalikButerin)發(fā)布了以太坊初版白皮書，啟動了項目。2014年7月24日起,以太坊進行了為期42天的以太幣預告。2016年初，以太坊的技術得到市場認可，價格開始暴漲，吸引了大量開發(fā)者以外的人進入以太坊的世界。比特市與以太坊比特幣和以太坊都是成功的區(qū)塊鏈技術應用，星最典型的代表。有了比特幣才有區(qū)塊鏈技術，有了以太坊人們才認識到區(qū)塊鏈還可以獨立出來,不僅僅是比特幣才能有區(qū)塊鏈技術，也是以太坊為后面開啟了區(qū)塊鏈世界的思路思想。不同的定義是，比特幣是點對點數字化支付系統(tǒng)，類似的是一家可以全球結算的銀行,而這個銀行是沒有中心化組織成員的，沒有CEO,沒有管理員，只有代碼和共識的基礎原則.而這個銀行的結算或者發(fā)行的貨幣就叫比特幣，這叫銀行也叫比特幣。最主要的是銀行的賬本完全公開的，田可人宜看每筆交易和記錄都可以，而且每筆交易都可以追溯到源頭,通過加密及數學魅力也實現了賬本不可更改等特性。而且最大的特點，點對點價值傳輸，不需要其他第三方，或者信任機構。比特市與以太坊而以太坊的定義呢，是點對點的去中心、化的慮擬機，虛擬機是干什么的，就有點像在阿里云買的服務器，各種環(huán)境已經配置好了，就等你按照開發(fā)槌架和開發(fā)語言來編寫自己的程序代碼,把程序安裝在這個虛擬機系統(tǒng)運行，如果是一臺虛擬機和現在的也沒太大區(qū)別，但是整個以太坊系統(tǒng)是可以由全球任何計算機加入到這個體系了，每臺電腦只要安裝了以太坊客戶端就可以成為以太坊的一個節(jié)點一個虛擬機，所以整個以太坊系統(tǒng)未來規(guī)模再發(fā)展的話，可以說是全球超級計算機系統(tǒng)，人人都可以開發(fā)程序放在這個超級計算機運行。再說一點，這種模式的優(yōu)點，現在的都是集中的云服務器,中心、化的，可能有幾個備份，但是一旦壞死，就不能運行，但是點對點的網絡特點就是，就算幾個節(jié)點下線了，或者被攻擊了,有一部分在運行整個系統(tǒng)還是可以運行，抗風險抗錯性很高。區(qū)塊鏈簡介特征及分類區(qū)塊鏈網絡數據結構核心問題前景展望目錄特征開放，共識任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網絡，每一臺設備都能作為一個節(jié)點，每個節(jié)點都允許獲得一份完整的數據庫拷貝。節(jié)點間基于一套共識機制，通過競爭計算共同維護整個區(qū)塊鏈。任一節(jié)點失效，其余節(jié)點仍能正常工作。去中心,去信任區(qū)塊鏈由眾多節(jié)點共同組成一個端到端的網絡，不存在中心化的設備和管理機構。節(jié)點之間數據交換通過數字簽名技術進行驗證，無需互相信任，只要按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進行，節(jié)點之間不能也無法欺騙其它節(jié)點。特征交易透明，雙方匿名區(qū)塊鏈的運行規(guī)則是公開透明的，所有的數據信息也是公開的，因此每一筆交易都對所有節(jié)點可見。由于節(jié)點與節(jié)點之間是去信任的，因此節(jié)點之間無需公開身份，每個參與的節(jié)點都是匿名的。不可算改，可追溯單個甚至多個節(jié)點對數據庫的修改無法影響其他節(jié)點的數據庫，除非能控制整個網絡中超過51%的節(jié)點同時修改，這幾乎不可能發(fā)生。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都通過密碼學方法與相鄰兩個區(qū)塊串聯，因此可以追溯到任何一筆交易的前世今生。分類公有鏈任何節(jié)點都是開放的，每個人都可以參與到這個區(qū)塊鏈計算，而且任何人都可以下載獲得完整區(qū)塊鏈數據（全部賬本）。私有鏈有些區(qū)塊鏈的應用場景下，并不希望這個系統(tǒng)停可人都可以參與，不對外公開，適用于特定機構的內部數據管理與審計或開發(fā)測試等.聯盟鏈參與每個節(jié)點的權限都完全對等，大家在不需要完全互信的情況下就可以實現數據的可信交換,聯盟鏈的各個節(jié)點通常有與之對應的實體機構組織，通過授權后才能加入與退出網絡.通常是公司與公司、組織與組織之間達成的聯盟模式。區(qū)塊鏈簡介特征及分類區(qū)塊鏈網絡數據結構核心問題前景展望目錄科普數字簽名數字簽名涉及到一個哈希函數、發(fā)送者的公鑰、發(fā)送者的私鑰。數字簽名有兩個作用，一是能確定消息確實是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來的。二是數字簽名能確定消息的完整性。工作原理發(fā)送報文時，發(fā)送方用一個哈希函數從報文文本中生成報文摘要，然后用自己的私鑰對摘要進行加密，加密后的摘要將作為報文的數字簽名和報文一起發(fā)送給接收方，接收方首先用與發(fā)送方一樣的哈希函數從接收到的原始報文中計算出報文摘要，接著再用發(fā)送方的公鑰來對報文附加的數字簽名進行解空，如果這兩個摘要相同、那么接收方就能確認該數字簽名是發(fā)送方的。科普SHA256一種求Hash值的加密算法。工作原理將田可一串數據輸入到SHA256將得到一個256位的Hash值（散列值）.其特點：相同的數據輸入將得到相同的結果。輸入數據只要稍有變化（比如一個1變成了0）則將得到一個千差萬別的結果,且結果無法事先預知。正向計算（由數據計算其對應的Hash值）十分容易。逆向計算（俗稱"破解"，即由Hash值計算出其對應的數據）極其困難，在當前科技條件下被視作不可能?？破誐erkleTree（默克爾樹）通常也被稱作HashTree一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規(guī)模數據的完整性。在比特幣網絡中，Merkle樹被用來歸納一個區(qū)塊中的所有交易信息，最終生成這個區(qū)塊所有交易信息的一個統(tǒng)一的哈希值，區(qū)塊中任何一筆交易信息的改變都會使得使得Merkle樹改變。0TOC\o"1-5"\h\z工作原理 _非葉子節(jié)點value的計算方法是將該節(jié)點 一的所有子節(jié)點進行組合，然后對組合結 3 ’ " 67 3 9 10 .12 13 14果進行hash計算所得出的hashvalue0151617!9202122292425262728?30；改00122456739101112XXX"dch;科普時間微服務器大多用來進行比對以及驗證處理，時間戳服務器是一款基于PKI（公鑰密碼基礎設施）技術的時間威權威系統(tǒng)，對外提供精確可信的時間戳服務。它采用精確的時間源、高強度高標準的安全機制，以確認系統(tǒng)處理數據在某一時間的存在性和相關操作的相對時間順序，為信息系統(tǒng)中的時間防抵賴提供基礎服務。節(jié)點網絡（以比特幣為例）礴錢包功能?完整區(qū)塊迸?才/功能 路由功能本章節(jié)后續(xù)內容.均以比特幣網絡特性展開闡述節(jié)點網絡任何機器都可以運行一個完整的比特幣節(jié)點，一個完整的比特幣節(jié)點包括如下功能：.錢包，允許用戶在區(qū)塊鏈網絡上進行交易.完整區(qū)塊鏈，記錄了所有交易歷史,通過特殊的結構保證歷史交易的安全性,并且用來驗證新交易的合法性.礦工,通過記錄交易及解密數學題來生成新區(qū)塊，如果成功可以賺取獎勵.路由功能，把其它節(jié)點傳送過來的交易數據等信息再傳送給更多的節(jié)點除了路由功能以外，其它的功能都不是必須的.交易過程1.新交易創(chuàng)建2.交易通過P2P網絡傳播交易過程第1步：所有者A利用他的私鑰對前一次交易（比特幣來源）和下一位所有者B簽署一個數字簽名，并將這個簽名附加在這枚貨幣的末尾，生成交易單要點：B以公鑰作為接收方地址第2步：A將交易單廣播至全網，比特幣就發(fā)送給了B,每個節(jié)點都將收到的交易信息納入一個區(qū)塊中要點：對B而言，該枚比特幣會即時顯示在比特幣錢包中，但直到區(qū)塊確認成功后才可用。目前一筆比特幣從支付到最終確認成功，得到6個區(qū)塊確認之后才能真正確認到帳,交易過程第3步：每個節(jié)點通過解一道數學難題,從而去獲得創(chuàng)建新區(qū)塊權利，并爭取得到比特幣的獎勵（新比特市會在此過程中產生）要點：節(jié)點反復嘗試尋找一個數值，使得將該數值、區(qū)塊鏈中最后一個區(qū)塊的Hash值以及交易單三部分送入SHA256算法后能計算出散列值X（256位）滿足一定條件（比如前20位均為0），即找到數學難題的解。由此可見，答案并不唯一第4步：當一個節(jié)點找到解時，它就向全網廣播該區(qū)塊記錄的所有蓋時間戳交易，并由全網其他節(jié)點核對要點：時間戳用來證實特定區(qū)塊必然于某特定時間是的確存在的。比特幣網絡采取從5個以上節(jié)點獲取時間，然后取中間值的方式作為時間戳。交易過程第5步：全網其他節(jié)點核對該區(qū)塊記賬的正確性，沒有錯誤后他們將在該合法區(qū)塊之后競爭下一個區(qū)塊，這樣就形成了一個合法記賬的區(qū)塊鏈。要點：每個區(qū)塊的創(chuàng)建時間大約在10分鐘。隨著全網算力的不斷變化，每個區(qū)塊的產生時間會隨算力增強而縮短、隨算力減弱而延長。其原理是根據最近產生的2016年區(qū)塊的時間差（約兩周時間），自動調整每個區(qū)塊的生成難度（比如減少或增加目標值中0的個數），使得每個區(qū)塊的生成時間是10分鐘。區(qū)塊鏈簡介特征及分類區(qū)塊鏈網絡數據結構核心問題前景展望

區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈以區(qū)塊為單位組織數據。全網所有的交易記錄都以交易單的形式存儲在全網唯一的區(qū)塊鏈中。

區(qū)塊區(qū)塊是一種記錄交易的數據結構。每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體組成，區(qū)塊主體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，區(qū)塊鏈的大部分功能都由區(qū)塊頭實現。區(qū)塊區(qū)塊區(qū)塊上一區(qū)塊的

哈希散列選機數上一區(qū)決的哈希散列班機數用來實現區(qū)塊的連接交易信息用來實現挖礦機制交易信息燮胡用來實現區(qū)塊的連接交易信息用來實現挖礦機制交易信息燮胡用來實現區(qū)

塊的連接用來實現檢

0^1制區(qū)塊頭認闔出00000000002㈤?￡告1.2.版本號，標示軟件及協議的相關版本信息父區(qū)塊哈希值，引用的區(qū)塊鏈中父區(qū)塊頭的哈希值,通過這個值每個區(qū)塊才首尾相連組成了區(qū)塊鏈，并且這個值對區(qū)塊鏈的安全性起到了至關重要的作用父發(fā)篩1owooooQOOTrz.ndMe化國局CB572門9112.456dRtlSSt：201S-12-2B244n15鼠展；9S4M670796.32380676Noncet1779633B023.4.5.6.Merkle根，這個值是由區(qū)塊主體中所有交易的哈希值再逐級兩兩哈希計算出來的一個數值，主要用于檢驗一筆交易是否在這個區(qū)塊中存在時間戳，記錄該區(qū)塊產生的時間，精確到秒難度值，該區(qū)塊相關數學題的難度目標隨機數(Nonce),記錄解密該區(qū)塊相關數學題的答案的值工嗡?OOOOXXXXDSei.一或5幫c>9e2?Q42eflc帆戰(zhàn)：八萬12?次】々5(7。2波很：騙戈如06晚Nonce：W54C9Q07區(qū)塊主體￡嶇塊中第后值e僮高照T3OW8(?00000(XXB^1..?25那而00000000007丸Xrw代9有】"8。5"A；2d用適裝：201S-U-281426相：W441fiJ0??32M6A1621S1D6O512IEDtelttH的火中自淅—同做史1.2.3.1.2.3.4.5.區(qū)塊形成過程在當前區(qū)塊加入區(qū)塊鏈后，所有礦工就立即開始下一個區(qū)塊的生成工作。把在本地內存中的交易信息記錄到區(qū)塊主體中在區(qū)塊主體中生成此區(qū)塊中所有交易信息的Merkle樹，把Merkle樹根的值保存在區(qū)塊頭中把上一個剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數據通過SHA256算法生成一個哈希值填入到當前區(qū)塊的父哈希值中把當前時間保存在時間戳字段中難度值字段會根據之前一段時間區(qū)塊的平均生成時間進行調整以應對整個網絡不斷變化的整體計算總量，如果計算總量增長了，則系統(tǒng)會調高數學題的難度值，使得預期完成下一個區(qū)塊的時間依然在一定時間內區(qū)塊鏈簡介特征及分類區(qū)塊鏈網絡數據結構核心問題前景展望目錄工作量證明區(qū)塊頭包含一個隨機數，使得區(qū)塊的隨機散列值出現了所需的o個數。節(jié)點通過反復嘗試來找到這個隨機數，這樣就構建了一個工作量證明機制。工作量證明機制的本質是一CPU一票，"大多數”的決定表達為最長的鏈，因為最長的鏈包含了最大的工作量。如果大多數的CPU為誠實的節(jié)點控制，那么誠實的鏈條將以最快的速度延長，并超越其他的競爭鏈條。如果想要修改已出現的區(qū)塊，攻擊者必須重新完成該區(qū)塊的工作量外加該區(qū)塊之后所有區(qū)塊的工作量，并最終趕上和超越誠實節(jié)點的工作量。分叉同一時間段內全網不止一個節(jié)點能計算出隨機數，即會有多個節(jié)點在網絡中廣播它們各自打包好的臨時區(qū)塊（都是合法的）。LL：：：C<>?3L0CK1 3LOCK2 BLOCKS某一節(jié)點若收到多個針對同一前續(xù)區(qū)塊的后續(xù)臨時區(qū)塊,則該節(jié)點會在本地區(qū)塊鏈上建立分支，多個臨時區(qū)塊對應多個分支。該僵局的打破要等到下一個工作量證明被發(fā)現，而其中的一條鏈條被證實為是較長的一條，那么在另一條分支鏈條上工作的節(jié)點將轉換陣營，開始在較長的鏈條上工作。其他分支將會被網絡徹底拋棄。雙花雙花，即二重支付，指攻擊者幾乎同時將同一筆錢用作不同交易。每當節(jié)點在把新收到的交易單加入區(qū)塊之前，會順著交易的發(fā)起方的公鑰向前遍歷檢查，檢查當前交易所用的市是否確實屬于當前交易發(fā)起方，此檢查可遍歷到該幣的最初誕生點（即產生它的那塊區(qū)塊源）。雖然多份交易單可以任意序的廣播，但是它們最終被加入區(qū)塊時必定呈現一定的順序。區(qū)塊之間以Hash值作為時間戳則區(qū)塊，這決定了任意一筆交易資金來源都可以被確定的回溯。體積過大口隨著區(qū)塊鏈的發(fā)展,節(jié)點存儲的區(qū)塊鏈數據體積會越來越大，存儲和計算負擔將越來?數據確認時間目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，尤其是金融區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，存在數據確認時間較長的問題。□并發(fā)處理口區(qū)塊鏈系統(tǒng)面臨并發(fā)處理過低的問題。VisaNet在2013年的測試中，實現了處理每秒47000筆交易，相比之下比特幣每秒處理約7筆交易，以太坊大約每秒處理30筆。區(qū)塊鏈簡介特征及分類區(qū)塊鏈網絡數據結構核心問題前景展望目錄從2008年的比特幣開始，區(qū)塊鏈經歷了可編程貨幣、可編程金融與可編程社會三大應用時代，其應用范圍逐步擴展到