当前火热的区块链技术，让好多人都为之疯狂。单纯地研究技术的话，还是可以花一点时间。所以这儿就记录一点自己的学习笔记。

链

区块链的英文名字叫BlockChain，从字面上理解是不是可以拆成Block和Chain。从Wikipedia上的解释是一些记录的列表打包在一起，称为区块，这些区块通过密码学的知识将他们连接在一起。

学计算机的同学可能都知道什么是链表，链表其实是一个数据结构，是一种线性表，并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存下一个节点的指针。

区块链的底层就是使用了链表数据结构，这个数据块是有顺序的，当前的数据块总能找到上一个数据块。

链表中有头(首)节点，区块链中的首块称为创世区块。在区块链中，每一个区块(链表中数据块)有两个基本结构：Head和Body。

先看区块的结构图：
区块的结构图
以比特币分析：

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|-----HEAD  - 6 attributes  --- 80B(字节)
|      |--- VERSION   --- 4B    区块版本号，验证规则
|      |--- CURRENT   --- 32B   当前区块Hash
|      |--- PREVIOUS  --- 32B   前一个区块的Hash，SHA256(SHA256(父区块头))
|      |--- TARGET    --- 4B    该区块工作量证明算法的难度目标
|      |--- TIME      --- 4B    时间戳
|      |--- NONCE     --- 4B
|
|-----Body - 1 or more TRANSACTIONS(交易记录)      
|      |--- TRANSACTIONS
|               |--- INPUT
|               |--- OUTPUT

其中头部的CURRENT和PREVIOUS就是一串哈希值。NONCE和TARGET跟POW共识机制挖矿有关。
比特币目前的版本VERISON是0x20000000，相当于block的第五个版本。用一个位数表示一个独立的功能，以区分未来的软分叉。

Hash哈希

写代码的人都知道哈希是一种算法，输入一个东西(字符串，图片，视频等等)，最后变成一个有固定长度的哈希值，这个值是唯一的，输入的内容稍微改了一点，哈希值都会改变。从这个哈希也很难推导出原始数据。在比特币中用的哈希算法是SHA256。

比如说PHP中

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php > echo hash('sha256', 'ityike');
fc4b100a38b5c9894cfff0dab6c258bcbcfd34a79c7c4b54f440b30846aa581b
php > echo hash('sha256', 'iiyike');
dd81a0135044ea78686dd97503757eca984f8047c965db75dde5ce53b2202100

不难看出，稍微改了一个字符，输出的哈希值就是完全不一样，完全没有规律。

区块头和ID、挖矿

在上面提到了区块头部的CURRENT和PREVIOUS就是一串哈希值。每个区块的ID从他的区块头80个字节数据两次SHA256哈希得到。在比特币中，对于这个ID有要求，符合条件的ID才是合法的。区块头的哈希值必须小于一个数。每一个新的区块的长达64字节的id前面都用零补全，一个合法的区块id是长这样子的：0000000000000000003c19cdbebe2df5c7f82558e2c80a0c7341e25072b732a2

数据区块的产生就是要计算出新的区块Id，其实就是挖矿的过程。挖矿的机器，只要找到一个幸运数字填到Nonce的位置，使得区块头的数据两次哈希后的值以18个以上0位开头，就表明区块生成，符合条件。不断的尝试幸运数据，知道符合条件。

此外，比特币还会动态的调整调整难度，这样做主要为了保证大约每10分钟产生一个区块。然而全网算力是变化的，如果想要新区块的产生保持都基本这个速率，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。难度的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每2016个区块，所有节点都会按统一的公式自动调整难度，也就是说，如果区块产生的速率比10分钟快则增加难度，比10分钟慢则降低难度。这个公式为：

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新难度值 = 旧难度值 * ( 过去2016个区块花费时长 / 20160 分钟 )

比特币POW的目标值(target)计算公式如下：

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目标值 = 最大目标值 / 难度值

目标值的最大值为一个恒定值：0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

难度系数越调越高（目标值越来越小），导致了采矿越来越难。

当计算出符合条件的区块ID后，就开始向全网广播这个新区块，从而获得奖励，目前的奖励是12.5个比特币，每4年减半。这个12.5个比特币是比特网络上唯一没有发款人只有收款人的交易，新比特币就这样凭空诞生了。

区块链的分叉

如果两个人同时向区块写入数据，也就是说有两个区块加入，因为他们的前一个区块是同一个，这就形成了分叉。

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          []
         /
[]<=[]<=
         \
          []

目前的规则是，新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉，将看哪个分支在分叉点后面，先达到6个新区块（称为”六次确认”）。按照10分钟一个区块计算，一小时就可以确认。

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          []
         /
[]<=[]<=
         \
          []<=[]<=[]<=[]<=[]<=[]

其实添加新的区块是需要算理的，最终拥有最大算力的一方获胜。如果有人掌握了51%以上的算力就能控制区块链。

小结

区块链是分布式的数据库，对于数据，哪怕修改了很小的一部分，数据的哈希就变了，区块头就变了。在目前来看，还是安全的，可行的。