比特幣區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2019-09-13 16:35:14

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

我們回到兩個人轉(zhuǎn)賬交易的過程中，去理解比特幣區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

我發(fā)起一筆交易，即我向整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)廣播，我和你兩個人想進行這筆交易：我向你的地址中轉(zhuǎn)入一筆比特幣，無須你的許可。

但只有當(dāng)這筆交易被打包進最新的比特幣區(qū)塊中時，這筆交易才真正完成。通常來說，當(dāng)在一筆交易所在的區(qū)塊之后又增加 5 個區(qū)塊，即包括它自己在內(nèi)一共經(jīng)過 6 次確認(rèn)時，這筆交易可認(rèn)為被完全確認(rèn)。按比特幣每個區(qū)塊的確認(rèn)時間 10 分鐘估算，即一筆交易最終確認(rèn)要經(jīng)過約 1 小時。

這里包括了兩步：一是交易被打包進候選區(qū)塊，每個節(jié)點可以按規(guī)則生成不同的候選區(qū)塊；二是節(jié)點挖礦成功，候選區(qū)塊被成功地加到區(qū)塊鏈的尾部，成為最新的正式區(qū)塊。

那么，把一筆交易打包進區(qū)塊是什么意思呢？這涉及區(qū)塊鏈最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這也是它不可篡改的基礎(chǔ)。

以下討論可能略顯枯燥，但卻是認(rèn)識比特幣與區(qū)塊鏈的最基礎(chǔ)的知識，我盡量以通俗的語言來解釋。

區(qū)塊鏈之所以被稱為 blockchain，是因為它的數(shù)據(jù)塊以鏈狀的形式存儲著。從第一個區(qū)塊即所謂的創(chuàng)世區(qū)塊開始，新增的區(qū)塊不斷地被連到上一個區(qū)塊的后面，形成一條鏈條。

每個區(qū)塊由兩個部分組成——區(qū)塊頭部和區(qū)塊數(shù)據(jù)。其中，區(qū)塊頭部中有一個哈希指針指向上一個區(qū)塊，這個哈希指針包含前一個數(shù)據(jù)塊的哈希值。哈希值可以被看成是數(shù)據(jù)塊的指紋，即在后一個區(qū)塊的頭部中均存儲有上一個區(qū)塊數(shù)據(jù)的指紋。如果上一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)被篡改了，那么數(shù)據(jù)和指紋就對不上號，篡改行為就被發(fā)現(xiàn)了。要改變一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)，對其后的每個區(qū)塊都必須相應(yīng)地進行修改。

比特幣區(qū)塊鏈設(shè)計有一種機制讓這種修改難以發(fā)生，我們稍后在談到“工作量證明”和“比特幣挖礦”時再詳細討論。

一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)是被打包進這個區(qū)塊的一系列交易。這些交易按照既定的規(guī)則被打包形成特定的二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——梅克爾樹（Merkle trees）。按目前的比特幣區(qū)塊的大小，一個區(qū)塊中能容納的交易數(shù)量在 2000 個左右，比如在第 526957 個區(qū)塊中容納了 1804 個交易。

可通過如下網(wǎng)站查看比特幣區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)信息：https://blockchain.info/。

比特幣區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括兩種哈希指針，它們均是不可篡改特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。一個是形成“區(qū)塊+鏈”（block+chain）的鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，另一個是哈希指針形成的梅克爾樹（見圖 1）。鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使得對某一區(qū)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)的修改很容易被發(fā)現(xiàn)；梅克爾樹的結(jié)構(gòu)起類似作用，使得對其中的任何交易數(shù)據(jù)的修改很容易被發(fā)現(xiàn)。