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比特币区块分析

imtoken安全下载地址 2023-02-02 06:17:06

比特币创世纪区块_比特币和区块链的关系_比特币当前区块hash

前言

我们知道，区块链是由多个区块组成的一条链，每个区块都包含一些数据。让我们通过对比特币区块的分析来了解区块链。

块状结构

比特币大约每10分钟产生一个区块，每个区块的容量是中本聪设定的1M。我们可以在区块链网站上看到最近生成的区块。

一个完整的块包括以下 5 个部分：

名称数据大小描述

幻数 (Magic NO)

4字节

始终为常量 0xD9B4BEF9，用作块之间的分隔符

块大小（Blocksize）

4字节

用于记录当前块的大小（即该字段之后的块的大小）

区块头（Blockheader）

80字节

记录当前区块头的一些信息

交易柜台

1-9 字节

该区块包含的交易数量，包括 coinbase 交易

交易详情（Transactions）

不定

包含当前区块中保存的所有交易明细

区块内容分析

我们从webbtc中随机选择一个block比特币当前区块hash，看内容如下图：

比特币当前区块hash_比特币和区块链的关系_比特币创世纪区块

图片

这是从块中读取的数据的摘要。具体原始数据可以查看Formats这一行，一种是json数据，一种是十六进制数据，一种是二进制数据。我们这里可以直接查看json数据。下面我把整个json数据分成三部分方便查看。

当前区块Hasn、区块头、交易数、区块大小

{
  "hash": "000000000000000001806a922d4d35a37ad9324c690f72d556c6445cb7a9c214",
  "ver": 536870914,
  "prev_block": "000000000000000000f061205567dc79c4e718209a568879d66132e016968ac6",
  "mrkl_root": "83f5fdf40b0b02c09ae669041df1bedfc635c45f696057a8c29e1bde1f4cbd24",
  "time": 1482006384,
  "bits": 402885509,
  "nonce": 636041063,
  "n_tx": 20,
  "size": 6264
}

当前区块Hasn

我们看这段json数据，第一个是当前区块的Hash，但是它并没有存储在区块的数据结构中，不管是区块在网络上传输的时候，还是它的一部分区块链当存储在节点的持久存储设备上时。相反，当从网络接收到块时，块哈希由每个节点计算。块散列可以作为块元数据的一部分存储在单独的数据库表中，以便更容易索引和更快地从磁盘检索块。

简单的说就是计算这个值并保存在本地数据库或者缓存中，然后用于下一个区块的生成或者到达比较，然后在下一个区块生成的时候保存在下一个区块的区块头中。

块头

//bitcoin 区块头的代码
class CBlockHeader
{
public:
    // header
    int32_t nVersion;
    uint256 hashPrevBlock;
    uint256 hashMerkleRoot;
    uint32_t nTime;
    uint32_t nBits;
    uint32_t nNonce;
    CBlockHeader()
    {
        SetNull();
    }
    ADD_SERIALIZE_METHODS;
    template 
    inline void SerializationOp(Stream& s, Operation ser_action) {
        READWRITE(this->nVersion);
        READWRITE(hashPrevBlock);
        READWRITE(hashMerkleRoot);
        READWRITE(nTime);
        READWRITE(nBits);
        READWRITE(nNonce);
    }
    void SetNull()
    {
        nVersion = 0;
        hashPrevBlock.SetNull();
        hashMerkleRoot.SetNull();
        nTime = 0;
        nBits = 0;
        nNonce = 0;
    }
    bool IsNull() const
    {
        return (nBits == 0);
    }
    uint256 GetHash() const;
    int64_t GetBlockTime() const
    {
        return (int64_t)nTime;
    }
};

区块头包含以下6个部分：版本、父区块头哈希值、默克尔根、时间戳、难度目标、随机数，共80字节。

名称数据大小描述

版本（版本）

4字节

数据块的版本号

父区块头哈希值（prev_block）

32字节

记录的是前一个区块的哈希值，当前区块的哈希值一定要小于它

默克尔根 (mrkl_root)

32字节

本区块交易默克尔树根的哈希是根据当前区块所有交易的哈希值生成的

时间戳（时间）

4字节

出块的大概时间，精确到秒的UNIX时间戳，必须严格大于前11个出块时间的中位数，全节点也会拒绝那些超过自身2小时时间戳的块

难度目标（比特）

4字节

该块的工作量证明算法的难度目标，使用特定算法编码

随机数 (nonce)

4字节

为了找到满足难度目标的随机数，解决32位随机数在算力飙升的情况下不够用的问题，规定可以更改timestamp和coinbase交易信息来扩容随机数位数

交易次数

n_tx是当前区块的交易数，我们可以看到总共有20笔交易

块大小

size是当前块的大小，这里是6264字节

交易明细

下面的数据是交易明细，一共20笔交易，我这里只取了两笔比特币当前区块hash，第一笔是coinbase交易，也就是挖矿产生的比特币奖励。

{  "tx": [
    {
      "hash": "f94528b2012446f4e367694871d07d5c726788e2f20d5553161a24debbec5118",
      "ver": 1,
      "vin_sz": 1,
      "vout_sz": 1,
      "lock_time": 0,
      "size": 154,
      "in": [
        {
          "prev_out": {
            "hash": "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
            "n": 4294967295
          },
          "coinbase": "03efc506fabe6d6d3146d1ecf0c8b111d52ee100ef81dc1ab32ce28f4f6b677e9eb0f0a5032fa9270100000000000000016506008508ed705d0000ea6e1c2f736c7573682f",
          "sequence": 0
        }
      ],
      "out": [
        {
          "value": "12.50503278",
          "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 7c154ed1dc59609e3d26abb2df2ea3d587cd8c41 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG",
          "address": "1CK6KHY6MHgYvmRQ4PAafKYDrg1ejbH1cE"
        }
      ],
      "nid": "0f66ac12827c122c2df335ba8c4d89ca0d0b071cab39ab1e6b436ed3fb246d36"
    },
    {
      "hash": "c8a340969b594332876f357207083a6a36b3269e37302315e8bef05032105346",
      "ver": 1,
      "vin_sz": 1,
      "vout_sz": 2,
      "lock_time": 0,
      "size": 334,
      "in": [
        {
          "prev_out": {
            "hash": "8529367f8e6d3cf34fe702eb05a18e67e521385835e735e5c69184b14d19f688",
            "n": 1
          },
          "scriptSig": "0 30450221009c1503bc1500b58aab48bfe62d40fb511a03193e8a7fbdefde4915949dc2ade902207920d7a86e819b568d34d931871d94824cec8dad63dc977d354b65264380907501 304502210095b2184dd3649e2a5025cd8e67a2c3aad6dc022848160f169006c322d77f67d302205ff0f8417126650c5b5e71abc64e37c1769a312d613602b96a944a8281f6c69c01 5221032284521d6790130f7043136a14b60119cea371c754cb3743b56c61b7d495d6e42103f15e3cdd49c26ea7b00c9b5ddeac06129033ac38e5a0b739883e0b302138ec3552ae"
        }
      ],
      "out": [
        {
          "value": "0.00149700",
          "scriptPubKey": "OP_HASH160 88196be31c9252c3895e495bd657d7dd389ddd94 OP_EQUAL"
        },
        {
          "value": "0.00824600",
          "scriptPubKey": "OP_HASH160 d4dc84eedfec38bad0510d364b2c8fd4fce57151 OP_EQUAL"
        }
      ],
      "nid": "ccd4371ec31f533884416959ad1e5503c9be5fb3262d7a40fc6ec58f9cf54090"
    }
    ·
    ·
    ·
    ·
    ]
}

我们可以看到每笔交易都有输入和输出，还有交易哈希、版本号等。

默克尔树

{
  "mrkl_tree": [
    "f94528b2012446f4e367694871d07d5c726788e2f20d5553161a24debbec5118",
    "c8a340969b594332876f357207083a6a36b3269e37302315e8bef05032105346",
    "460bf9d5db9f1df960c03b5225316ac77d1965b8f4ac429e0e66a6e097018a07",
    "104bf4664aab45e8e20274fbed530eccf22af9565e10597bd63965f0bbbf11ff",
    "9b49a5734b040cfcd370c0af924f590d79eceb1cfb77b655770713bff9e01281",
    "8da9855406072b487dc14c05f9d1fb98eaea5cdf802aafe9a361fd23531db819",
    "9430c839d5605f59ed7a47ed59d50c1cec2d62e771f7a02bfbb17d91416af4b9",
    "ebe8e007b49aceef46e3971564802b049029a9bdc31d2ed1b0be23633b01236b",
    "26ffe42a53c5caabd37ca0a260d3e6e15d0dbdb30cd641d8fa2690f065b5b712",
    "358f05fb03bad69fb4ebcef9a74dea2a7fd4368e31e0ac7794a155f4930ba4e6",
    "8d1ab4e9c5b788d97f126a7c22ab67b8326cbed2d1b992bbc8dcdbb74b13bf7d",
    "4c2980e9bca8044f61db1e1422fb92aab50389517c8d8da8dca79ae2d73776c4",
    "72fa5baf9250e5226afaaa1dd7194912027407111642f1e420e42f52023eba60",
    "3facb7091d0c4330735b3d184662a52902c820e98de65ac692075abb2d917db7",
    "46c33ae0d9f03cc97bcb94013f4c54640614db1768728c928d0ac7ebd9f8c1c9",
    "6dcaec17dc034f242166c8e2161acbefcf3b30087a96ed621da7cdccc8ff3002",
    "40edfee9764baab18bbe375fa5d15c26ecdf109f90fa27522809902c441e45ab",
    "45b3093eb524baa5b078f73755b80789af733c78c16ec612ed435860c33020fa",
    "2b05f2168afc22d73b929fbdcb8e38fea969fa1fbe7cb6e10efb37e876f5cfe2",
    "323c7c81cff26c38171c4740d5163ff5ef0ab23de80a2a069f95405d0945b693",
    "99deb2a2f7d199062e3a075e9bb0b58f7fb8498621e799e3365e1a3c4c255d8d",
    "ecfc6aea54b4d7e517a3170d291bde5f9edb0119dedf8193b8ddf90e583c19cc",
    "c549c24b1575ada64dd21a5b59f6018e44d9e4caec0a0505f034b7d4cb54c7d9",
    "c9001c84acba3b2e5c2020344552d29a09460dd86906757394caa80c49b84c08",
    "197eb574bcbf4b85c934bc985a15bfc6f2e5da513e5e8ccc9206a50edd66297f",
    "4e92a4eb49c494146a5172b0dddb903013d478c82f7c9da81a675872468ac7d6",
    "7849c98a4bd4af150eb9c954cda0734a9dbcf9e2f88e34480bc910544d3fdf4c",
    "dfd05872158c2a78923159f1cb1182c89641398967c458d768bdb422c397fa57",
    "9b27fb4636d299311abb6015ca27760e408fce7802d196fa14a0a9470e219bbb",
    "da9b1c4deda656cc215646f204700b7829fd72a2e2ebd967e1fa01e1811c7ec1",
    "b81ab1b0c6cc42fdb56176ede115bee5b66a571ebbf8053f6510fdd3a9927501",
    "7ca0e3b3e7cc193fbc1f6553cfca35b3358727b3107c0d5914311685bdf761a8",
    "5ce961502e61d22b77860d478dfb0b4073ba5249b11aaba32e2c13db4b4356c7",
    "c1a84c7a58fdf92834b05aadffaaaeef4745ea60a8914a250b010e581839221a",
    "f1e7cbe4a5f916c87fab0049eaccd6dc825ca7ac495575c01a3fc9b358d2c377",
    "bebd7be3317d84cce8c2674d39c883a4218d218294f7154c33359c34b7437fbb",
    "91f5ea3df74833e2dd94ecc2b8360a8a764a01c5c006baab88556b923434706a",
    "2298fca6dc939e048c79721afeaadfa6f8056eb8006b1f1e2d1d653e6baa438f",
    "bf57c77219a6d905440368629f593c4fb4c23cc35d68b7305cc8506bbdb4e452",
    "513be8c874a6bba6259e0a44a709e5a58c1cb0f610612c35b9725227b7c2bd78",
    "83f5fdf40b0b02c09ae669041df1bedfc635c45f696057a8c29e1bde1f4cbd24"
  ]
}

以上就是Merkle Tree整个树节点的信息。存储在区块头中的 mrkl_root 就是由这棵 Merkle 树生成的。我们可以看到，上述数组的最后一个Hash值与区块头中的mrkl_root相同。这个数据是默克尔树生成的最后一个默克尔根。所以我们一共有20笔交易，那么加上mrkl_root就是总共20+10+5+3+2+1=41个Hash值。下图是一个简单的Merkle树生成过程：

比特币当前区块hash_比特币和区块链的关系_比特币创世纪区块

比特币使用 Merkle 树来验证交易。与哈希列表相比，默克尔树是一种哈希二叉树。它的一个明显优点是可以取出一个单独的分支来验证部分数据。更高效。

参考

比特币区块链数据结构分析

比特币区块结构分析

当前区块的Hash保存在哪里？