区块链论文1：区块链的基本结构

随着ICO的火爆，区块链技术逐渐成为人们热议的话题。 然而，在很多人眼里，区块链技术等同于ICO。 ICO兴则区块链技术兴，ICO黄则区块链技术黄。 这是非常错误的。

比特币及各种代币是运行在区块链技术上的应用，ICO是通过首次公开发行代币获得项目启动资金，反哺各种应用和区块链技术发展的融资行为。 发展，我相信这就是ICO的初衷。 但是资本是逐利的。 目前的情况是劣币驱逐良币，泡沫巨大，监管势在必行。 正如徐小平先生所言：“ICO只是区块链技术的一种应用，而不是区块链技术本身。有人说98%的ICO项目都得不到回报，是因为泡沫太多。我同意这一点。但ICO最大的问题不仅仅是泡沫，而是缺乏监管。我相信政府会针对这个问题做点什么。”

作为一名在信息安全领域学习和工作近10年的老手，我认为区块链技术是近年来最具革命性的新兴技术之一。 他不只是一种加密技术或数字货币，或共享账本。 它是一个系统工程，是一种新的设计思想，一种融合了云计算、分布式存储、密码学等学科的新设计理念。

现在大家都在讲解区块链的概念和应用场景，但是讲解区块链技术的地方却很少。 分享给大家，共同进步。 只有深入了解区块链技术和ICO，才能保持初心，不被形势所迷惑。

水平有限，难免有疏漏或错误之处。 欢迎大家拍砖。

什么是区块链以及如何解决它

区块链技术的学术定义是指基于现代密码学、分布式共识协议、点对点网络通信技术和智能合约编程语言，在多个参与者之间形成的数据交换、处理和存储的技术组合。

有点晕，顾名思义，数据块按照时间顺序组合成一条链，这条链任何人都可以访问（对于公链而言），不可篡改，不可伪造。 如果像比特币一样用在货币领域，就好像全网所有人共同维护账本一样，任何一笔进出账都可以查，任何一笔交易都可以查，解决了一个人问题。 社会的基本问题：两个陌生人之间的直接信任问题，不再需要第三方来维持这种信任。

区块链是怎么做到的？ 它由很多块组成，每个块都看成是一张票据，而区块链可以理解为一本账本。 区块中包含交易的详细信息，如买家、卖家、合约等，交易发生时交易成立。 记录交易细节的区块。 然后将区块广播给全网所有节点，通过合并加密共享的交易明细和双方或多方的唯一签名得到全网验证。 如果所有节点对应的加密记录一致，则交易有效。 当全网验证通过后，该区块将被纳入历史交易链，并备份到全网各个账本中。 如果要篡改区块上的信息，需要51%以上的交易记录被认可，因此交易信息很难被篡改。

什么是块？存储什么

块状结构

可以看出，区块主要由两部分组成：区块头和区块体。 区块头包含版本号、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​​尔数的生根等信息。区块体主要包含交易计数和交易账单明细。

在一定时间内（比特币10分钟），全网所有交易都会永久记录在数据块中，任何人都可以查看。 区块中的默克尔树会对每一笔交易进行数字签名（比如交易双方都盖上了自己的钢印），因为只有交易者拥有这个钢印，这样才能保证区块中的每一笔交易不可伪造和不可否认，并且加上时间戳也保证了不可重复。

所有数据都通过默克尔树的哈希值生成的区块体唯一根记录在区块头中。 默克尔的设计非常巧妙。 一方面可以快速总结和验证区块数据的完整性（自下而上连续HASH即可）。 另一方面，大大提高了区块链的运行效率和可扩展性：因为区块头只需要包括哈希值而不是整个区块，大大减轻了链上的负担。

现在大家明白了，区块体包含了一段时间内全网的交易信息以太坊区块体中包含什么，并以MerKle数的形式存储，它们的哈希信息存储在区块头中。 例如：这个区块体就是我们这段时间的账本（比特币是10分钟），整个账本会有一个唯一的哈希值，就像我们的账本名，而链就像账本名的目录以太坊区块体中包含什么，我们会存储目录下的账本名，可以找到账本在哪里，也可以验证是否是真实的账本（因为hash值本身不可篡改，账本改变一个字节就会导致对哈希值的雪崩效应，变得与之前的完全不同）。

区块头包含前一个版本号、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。 相信大家都会知道链条是怎么工作的。 很简单，就是不断传递上一个区块的地址，就可以找到上一个区块在哪里，这样就形成了一条链。

那么其他字段是做什么的呢，我们一一来看

时间戳和不变性

时间戳是指从1970年1月1日0:00:00 GMT（北京时间08:00:00）到现在的总秒数。 其实就是总秒数的字符串，可以唯一标识一个时刻。 区块链的每个区块头都有一个时间戳，记录了当前区块数据的写入时间（这个时间戳是获得记账权的矿工在完成记账时所加盖的时间戳），可以说明当写入时间区块上链后，下一个区块的时间戳会增强前一个时间戳的工作量证明，即一旦整条链上链，时间戳只会越来越大。 这为数据添加了时间维度，使数据更易于跟踪。

挖矿问题

另外两个字段，随机数和目标散列的作用是什么？

比特币有个很大的问题，也是它的设计思路，就是全网没有类似中央银行的独立记账单位，大家同时竞争记账（算前段时间出的块，并将区块写入链上），这就是传说中的挖矿。 那么谁来记账呢？ 在没有中央协调单位、没有互信基础的情况下，如何保证各节点记账的一致性和交易的合法性？ 这就是共识机制。

比特币采用POW（工作量证明机制），使用随机数和目标哈希值两个字段。

首先，矿工将全网尚未记录的现有交易打包成一个区块，轻松获得一个包含MelKel树的区块体。 那么矿工就需要不断遍历，试图找到一个随机数，使得添加到新区域的随机数的哈希值能够满足一定的难度条件，比如前10位全为0。只要这样找到随机数，就相当于确定了区块链的最新区块，也相当于获得了区块链的本轮记账权。 然后矿工可以广播这个区块，全网其他节点可以验证这个区块是否满足挖矿难度条件（比如前10位为0，这个条件会改变，比如会根据当前全网算力的调整），同时验证区块中的交易数据是否符合协议规范，然后将区块链接到自己的区块链上，从而完成全网当前的共识。

这样做的好处是完全去中心化，节点自由进出，避免了建立中央信用机构的成本。 只要网络破坏者的算力不超过全网算力的50%，交易状态就可以保持一致。

缺点也很明显，浪费了很多资源，好好的电都用来算这种东西。 而且，激励机制也造成了矿池中算力的集中。 所以就有了POS，dpos等等。

概括

区块链巧妙地融合了很多设计思想和技术：比如P2P网络、加密算法和哈希算法、数字签名，甚至博弈论。 其中很多想法也体现在这个小数据块头中。 我认为块结构是一切的基础和本质。 因此，比特币的区块结构既能体现发明者的天才，也制约着它的发展。 这就是为什么有以太坊和不断革命的区块链技术。