区块链相关基础笔记2

一、区块链结构

1、基本结构：区块头（Block Head）+ 区块体（Block Body）

（1）区块头（包括3组元数据）：

       ①用于连接前面的区块、索引自父区块哈希值的数据。

       ②挖矿难度、Nonce（随机数，用于工作量证明算法的计数器）、时间戳。

       ③能够总结并快速归纳校验区块中所有交易数据的Merkle树根数据。

数据项：

      Version(4字节)

      Hashprevblock（32字节）

      Hashmerkleroot（32字节）

      Time（4字节）

      Bits（4字节）

      Nonce（4字节）

（2）区块体

交易数据（Tx）

Transactions包括一个input和多个output。并且输入和输出相等：input

satoshi=output satoshi，input satoshi=output satoshi．已确认的交易（或者说已经花出去的钱）被称为Transaction identifiers（TXIDs），未确认的被称为Unspent

Transaction Outputs（UTXOs）

数据项：

      Magic no（4字节）：总是0xD9B4BEF9

      Blocksize（4字节）

      Blockheader（80字节）

      Transaction counter（1-9字节）：正整数VI= Varlnt

      Transactions（Transaction counter许多交易）：非空

2、组成部分

（1）数据层：区块数据、链式结构、数字签名、哈希函数、Merkle树、非对称加密。

（2）网络层：P2P网络、传播机制、验证机制。

（3）共识层：共识算法。

（4）激励层：发行机制、分配机制。

（5）合约层：合约算法。

（6）应用层：实现转账记账功能。

3、区块：数据库中需要存储的数据。

4、链：每个区块通过特定的信息链接到上一区块的后面，前后按时间顺序连接起来成为一套完整的数据。

5、哈希算法（Hash Function）

                                                                  MD5/SHA+uuid+数据校验

（1）概念：将任意长度的二进制值串映射为固定长度的二进制值串。

①在算法内部，不管输入的数据是何种形式，都以单纯的比特序列来处理。

②输入就是一串由0和1组成的二进制数。

③哈希算法把数据打乱混合，压缩成摘要，使得数据量变小，重新创建一个叫做哈希值的指纹。

④输入值与输出值之间没有规律，所以不能通过输出值算出输入值。

（2）常用算法：MD5、SHA

性质：①不可逆：即知道x的hash值无法求出x。

            ②小冲突：即存在一个y值，与已知x值的hash值相同的概率非常小。

（3）MD5（MD5 Message-Digest Algorithm，MD5 消息摘要算法）

作用：①防篡改

比如发送一份电子文档，发送前，我先得到MD5的输出结果a。然后在对方收到电子文档后，对方也得到一个MD5的输出结果b。如果a与b一样就代表中途未被篡改。

            ②防止直接看到明文

现在很多网站在数据库存储用户的密码的时候都是存储用户密码的MD5值。这样就算不法分子得到数据库的用户密码的MD5值，也无法知道用户的密码。（比如在UNIX系统中用户的密码就是以MD5（或其它类似的算法）经加密后存储在文件系统中。当用户登录的时候，系统把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和保存在文件系统中的MD5值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。这不但可以避免用户的密码被具有系统管理员权限的用户知道，而且还在一定程度上增加了密码被破解的难度。）

             ③防止抵赖（数字签名）

这需要一个第三方认证机构。例如A写了一个文件，认证机构对此文件用MD5算法产生摘要信息并做好记录。若以后A说这文件不是他写的，权威机构只需对此文件重新产生摘要信息，然后跟记录在册的摘要信息进行比对，相同的话，就证明是A写的了。这就是所谓的“数字签名”。

（4）uuid

我们可以给每一个图片取一个唯一标识，或者说信息摘要。比如，我们可以从图片的二进制码串开头取 100 个字节，从中间取 100 个字节，从最后再取 100 个字节，然后将这 300 个字节放到一块，通过哈希算法（比如 MD5），得到一个哈希字符串，用它作为图片的唯一标识。通过这个唯一标识来判定图片是否在图库中，这样就可以减少很多工作量。如果还想继续提高效率，我们可以把每个图片的唯一标识，和相应的图片文件在图库中的路径信息，都存储在散列表中。当要查看某个图片是不是在图库中的时候，我们先通过哈希算法对这个图片取唯一标识，然后在散列表中查找是否存在这个唯一标识。如果不存在，那就说明这个图片不在图库中；如果存在，我们再通过散列表中存储的文件路径，获取到这个已经存在的图片，跟现在要插入的图片做全量的比对，看是否完全一样。如果一样，就说明已经存在；如果不一样，说明两张图片尽管唯一标识相同，但是并不是相同的图片。

（5）SHA256

操作流程：

第一步：消息预处理

（1）补位：对消息进行补位处理，使得最终的长度是512位的倍数。

（2）分块：以512位为单位对消息进行分块为M(1),M(2),...,M(N)。

第二步：计算哈希值

对消息区块进行逐个处理。从一个固定的初始哈希H(0)开始，进行以下序列的计算：

H(i)=H（i-1）+ CM^（i）（H（i-1））

C：SHA256的压缩函数。

H（i）：第i消息区块的哈希值。

6、交易

转账

E.G.如果A选用BTC向B付款，若当前1BTC=10万元，则A需向B支付0.05+0.001=0.051BTC，其中0.001BTC是矿工费。

矿工费：A向B转账时，付给BTC网络提供者的“小费”，以激励他们为BTC网络提供服务。“小费”是可以调整的，“小费”给的多，转账速度就快。

第一步：A打开BTC钱包，选择转账功能。

第二步：输入B的BTC接收地址，及转账金额0.051个BTC。

地址：是由数字和字母组成的字符串。

生成方式：是由公钥经过单向的哈希函数生成的（自动生成）。

第三步：点击转账，输入密码。

第四步：等待6个交易确认数后，B收到A转来的0.05个BTC。

交易确认数：区块链分布式记账网络中，每一笔转账交易，每得到网络中1个节点的确认，记1次交易确认数。然若得到网络中所有节点确认后转账才能生效，则需要花费很长时间。因此在BTC网络中，经过设计计算，当获得6个交易确认数时，可认为这笔交易就非常安全了，交易生效，转账的BTC可到账。

第五步：交易完成。