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区块链基础知识区块链(BlockChain),是区块(Block)和链(Chain)的直译,其数据结构如图1所示,即每个区块保存规定时间段内的数据记录,并通过密码学的方式,构建一条安全可信的链条,形成一个不可篡改、全员共有的分布式账本。比特币的区块分为区块头和区块体两部分。区块头的大小为80字节,包括4字节的版本号、32字节(256位)的上一区块哈希值、32字节的Merkle根节点、4字节的时间戳、4字节的难度值和4字节的随机数。区块体包含10分钟内选定的交易记录,第一笔交易(coinbase交易)是用于奖励矿工比特币的特殊交易,由矿工自己添加进区块。图1 区块链的数据结构示意图基本概念区块链是很多现有技术交叉融合在一起的集成创新。因此,要了解区块链,首先要了解区块链到底集成了哪些技术。P2P网络如图2所示,P2P(Peer-to-Peer)网络是一种端到端的网络。P2P网络分为结构化(例如基于Chord的P2P网络)和非结构化的P2P网络(例如Gnutella)。比特币的区块链采用的是非结构化P2P网络,整个网络没有中心化的硬件或管理机构,任一节点既是服务端,也是客户端。任何节点只要安装相应的客户端软件,就能接入P2P网络(例如BT软件),参与区块链的记录和验证,不超过1/3节点的损坏、退出甚至被植入恶意代码,都不会影响整个系统的运作。图2 传统中心化系统和P2P网络的拓扑对比图加密算法和数字签名加密技术分为对称、非对称和哈希(Hash)加密。对称加密是指用同样的密钥来进行加密和解密,非对称加密是指用一个密钥对来进行加密和解密,哈希加密主要是通过对数据进行哈希运算,用固定的哈希结果值验证信息是否被篡改。非对称加密在非对称加密技术中,对外公开、分发出去的密钥叫做公钥,不能公开、自己留存的密钥叫做私钥。公钥加密的,对应的私钥才能解密。反之亦然。如图3所示。图3 非对称加密RSA算法的简化示例图非对称加密算法有RSA、等种类,区块链使用的是基于椭圆曲线加密技术的数字签名(ECDSA),具体实现是secp256k1。的结合。相比RSA算法,ECDSA具有计算量小、存储空间小、带宽要求低等特点。数字签名基于数字签名的通信机制工作原理,如图4所示,发送报文时,发送方用一个哈希函数从报文文本中生成文件摘要,然后用自己的私钥对摘要进行加密,加密后的摘要将作为报文的数字签名和报文一起发送给接收方。接收方首先用与发送方一样的哈希函数从接收到的原始报文中计算出报文摘要,接着再用发送方的公钥来对报文附加的数字签名进行解密,如果得到的明文相同,那么接收方就能确认传输的文件并未受到篡改,是安全可信的。图4 数字签名的流程示意图哈希加密安全哈希算法(SecureHashAlgorithm,SHA)是由美国国家安全局研发,由美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的一系列密码哈希函数,包括SHA-0、SHA-1、SHA-2和SHA-3等系列。比特币的区块链使用的是SHA-256哈希加密算法,于2001年发布,属于SHA-2分支。由于SHA256伪随机性的特点,只要是相同的数据输入,一定会得到相同的结果,如果输入数据稍有变化,将得到一个千差万别的结果,如图5所示。SHA256还是一个单向不可逆的算法,即根据一个输入数算SHA256的结果很容易,但根据SHA256的结果反算输