【區塊鏈】淺入深出談談對區塊鏈理解

笑來老師在github寫了一篇文章《INBlockchain 的開源區塊鏈 ICO 投資原則 》,區塊鏈定義是:

區塊鏈指的是一種公開的,由去中心化網絡共同維護的賬務系統,提供開放的、不可篡改的底層數據服務。

看到這句話想:要學習區塊鏈有什么指導意義呢?想了半天不知道如何理解這句話。

后面在看《精通比特幣》一書時,在第七章看到對區塊鏈定義是:

區塊鏈是由包含交易信息的區塊從后向前有序鏈接起來的數據結構。

看到這句話時找出關鍵詞:區塊、有序鏈接。如果能把這些關鍵詞搞明白了,也算跨過入門區塊鏈的門檻。

1.區塊

區塊是一種被包含在公開賬簿(區塊鏈)里的聚合了交易信息的容器數據結構。

關鍵詞:交易,數據結構

對交易定義使用比特幣來說明,定義:

把比特幣從一個地址轉到另一個地址。

交易定義是很容易理解,如果理解有困難的話,用日常生活熟悉的網銀轉賬來理解,把錢從A賬號轉到B賬號,這就構成一筆交易。

而數據結構是計算機存儲、組織數據的方式。可以理解通過某種方式把數據有效組織起來。

區塊結構:

大小 字段 描述
4字節 區塊大小 用字節表示區塊大小
80字節 區塊頭 區塊頭信息,包含6個字段
1-9字節 交易數量 交易信息的個數
可變 交易列表 記錄在區塊里的交易信息列表

沒有學過計算機編程,看到區塊結構感到很抽象。下面通過結構圖來表示:

Screen Shot 2017-07-02 at 11.31.11 AM.png

結構圖更加形象表示區塊組成結構。

如果說區塊鏈是公開賬簿,那么區塊就是賬簿其中一頁。賬簿每一頁包含區塊大小,區塊頭,交易數量,交易列表。

那如何把一頁頁鏈接起來變成有序賬簿呢?

是通過區塊頭的父區塊哈希值鏈接起來

下面展示區塊頭結構:

大小 字段 描述
4字節 版本 版本號,用于跟蹤軟件/協議的更新
32字節 父區塊哈希值 引用區塊鏈父區塊的哈希值
32字節 Merkle根 該區塊中交易的merkle樹根的哈希值
4字節 時間戳 該區塊產生的時間(精確到秒的Unix時間戳)
4字節 難度目標 該區塊工作量證明算法的難度
4字節 Nonce 用于工作量證明算法的計數器

區塊頭結構的字段和描述涉及計算機專業術語,暫時先忽略。先把區塊頭的結構理解后。區塊頭的結構圖如下:

Screen Shot 2017-07-02 at 12.31.09 PM.png

一個完整區塊組成結構圖如下:

Screen Shot 2017-07-02 at 1.42.19 PM.png

2.區塊標識符

每個區塊都有一個區塊標識符,區塊標識符包含區塊頭哈希值(區塊主標識符)和區塊高度,區塊頭哈希值是唯一、能明確標識一個區塊。

當一個節點從網絡接收傳入的區塊時,它會驗證這些區塊信息,然后鏈接到現有的區塊鏈上。為了建立鏈接,一個節點將檢查傳入的區塊頭的“父區塊哈希值”,該區塊的“父區塊哈希值”與現有區塊鏈的最后一個區塊的區塊標識符的頭哈希值相等,然后使用鏈條方式鏈接起來,如下圖:

Screen Shot 2017-07-02 at 1.50.50 PM.png

成功地把區塊寫入到區塊鏈中,類似往賬簿寫入一頁賬本信息。對區塊鏈的形成做了大致說明,現在再看看《精通比特幣》對區塊鏈定義,相信大家都有初步認識和理解。

現在再看回文章第一個的區塊鏈定義:

區塊鏈指的是一種公開的,由去中心化網絡共同維護的賬務系統,提供開放的、不可篡改的底層數據服務。

主要關鍵詞:去中心化、財務系統。

3.去中心化

在了解去中心化前,先說說P2P網絡。在P2P網絡中,多個計算機或節點共同組成一個網絡,而不需要中心服務器來協調各個計算機。P2P網絡如下圖:

200px-P2P-network.png

P2P網絡中,每臺計算機是服務提供者也是服務使用者。在傳統的B/C(服務端/客戶端)應用,服務端其通常為客戶端提供服務,客戶端是服務端使用者。

在去中心化網絡中,任何擁有算力的用戶都可以競爭參與記賬,無須集約化的機構來壟斷和管理賬簿。

是通過什么能做到不依賴中心機構管理賬簿呢?

用戶在區塊鏈成功寫入區塊時獲得獎勵

獎勵包括創建新區塊的新幣獎勵和區塊所含交易的交易費,促使用戶通過算力競爭進行記賬。不依賴任何用戶來記賬實現去中心化的目的。

Screen Shot 2017-07-03 at 2.05.17 PM.png

同時,獲得創建新區塊的新幣獎勵也是挖礦過程。

4.財務系統

理解成賬簿,記錄所有交易信息。

總結,區塊鏈由一個個區塊組成,區塊是由一筆筆交易組成,通過鏈條把區塊鏈接起來,形成公開賬簿。通過使用算力競爭寫入區塊獲得獎勵實現去中心化。

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