虾说区块链-53-《精通比特币》笔记八

一直在说区块链是一系列技术结合后的新的技术架构，那么这里分别介绍下这些相关技术，也涉及到一些扩展开去的相关内容。

区块链-《精通比特币》笔记八：

《精通比特币》第二版网络在线阅读地址：

http://book.8btc.com/books/6/masterbitcoin2cn/_book/ch08.html

区块结构：区块类似公开账本中各个数据的集合，理解为一个存储数据账本记录的容器，包括：元数据的区块头和构成区块主体的一长串交易信息。区块头是80字节，交易一般来说平均为250字节，区块中包含超过500个交易，故完整的一个区块比区块头大大约1000倍。具体结构：block size（4bytes）、blockHeader（80bytes）、transactcounter（1-9bytes）、transactions。

区块头：区块头有三组元素组成，一组引用父区块hash值得数据，这一组数据用于和前一区块相连，一组元数据，具体包括了难度值、时间戳、nonce，与挖矿相关，一组merkle root，用于有效总结区块中所有交易的数据结构。具体结构：version（4bytes）、previous block hash（32bytes）、merkle root（32bytes）、timestamp（4bytes）、difficulty target（4bytes）、nonce（4bytes）。

区块标识符：区块链中广泛用到很多加密的hash值，那么区块的主标识即它的加密hash值，通过SHA-256算法对区块头二次hash计算得到一个数字指纹，产生一个32字节的hash值，称作区块头hash值，通过对这个区块头计算，表明唯一明确的标识一个区块，所有网络的中节点通过对区块头的hash计算来获取区块的hash值。区块的hash值不包含在区块的数据结构中，一般情况下区块hash是当区块从网络中接收的时候每个独立节点自己计算，作为区块元数据的一部分存储在独立的数据库表中，用于索引更快的从磁盘中检索区块。

除了区块头hash值以外，还有个区块高度的概念，区块高度理解为创世区块后的一个记录值。区块高度不是区块的唯一标识符，在区块生成过程中，可能出现两个或两个以上的区块有相同的高度，当然区块高度也作为元数据存储在一个索引数据表中便于快速检索。

创世区块：2009年bitcoin的出现，第一个区块被称为创世区块，所有后续的区块，追溯后最终都到达创世区块。创世区块中有一句bitcoin最为著名的话：“The Times 03/Jan/2009Chancellor on brink of second bailout forbanks.”这句话是泰晤士报当天的头版文章标题。

区块链接：从区块链中全节点来看，本地保存了从创世区块开始的所有完整的副本，随着区块的产生，区块链不断扩展，每一个节点接入都会传入这些区块信息，并通过区块头hash值，父区块hash值验证，继而更新连接到最新的区块上。

Merkle树：merkle是一种hash二叉树，之前的文章有专门的章节写过这个内容。“树”在计算机中是一种数据结构，在bitcoin中merkle树用来归纳一个区块中的所有交易，同事生成整个交易打包后的数字指纹，提供一种校验区块是否存在的高效途径，生成一个完整的merkle树需要递归对hash节点进行hash，将新生成的hash节点插入到merkle树中，一直到只剩下一个hash节点，那即为merkle根。Bitcoin中merkle树两次用到SHA-256算法，称为double-SHA-256。从数据结构效率来算，N个数据元素加密后插入merkle树，那么最多计算为2*log~2~（N）即可检验出任意数据是否在该树中。

Merkle树计算：bitcoin中所有的交易不存储在merkle树中，是通过将数据hash后，然后hash值在叶子节点，叶子节点之间hash值串联进行hash，归纳到父节点，以此类推。A = SHA256(SHA256(Transaction A))、HAB =SHA256(SHA256(H~A~ + H~B~))。在merkle树种出现偶数的叶子节点，那么就通过串联，出现奇数节点，那么需要交易归纳，最后的交易复制一份构成偶数节点，这种称为平衡树。不管区块中交易有多少，交易都会归纳，产生一个32字节的数据作为merkle根。在证明一个特定的交易时候，一个节点需要计算log~2~（N）个32字节的hash值，形成一个特定的交易到树根的认证路径或者merkle路径即可。

Merkle树和SPV：在SPV节点中merkle被广泛使用，在SPV节点中不下载整个区块，仅保留区块头，那么使用认证路径或者merkle路径来验证交易存在于区块中。

Bitcoin测试：现在bitcoin区块链环境中除了bitcoin主干网以外还有：testnet、segnet、regtest。

Testnet：用于测试区块链、网络、货币的总称，是一个功能齐全的P2P网络，包括钱包，测试币，挖矿等功能。理解为生产bitcoin的测试环境。

Signet：隔离见证测试网络，用于帮助隔离见证的开发和测试。

Regtest：回归测试，bitcoin的一个核心功能，允许创建本地区块链进行测试。

上述三个环境提供一系列的测试环境，用于钱包、客户端、交易所等应用程序的开发。

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之前写了点东西，随着对区块链的理解，发现有些理解的并不透彻，重新整理。如有理解不正确的地方，请及时指正，同时有兴趣一块交流的可以加笔者微信：