区块链基础知识-比特币:四十八万页的账本

货币本质是一种记账方式，其最关键的是信用问题，而比特币设计之初，就是为了解决该问题，它采用的方法，就是让所有网络上安装有比特币客户端的电脑，都下载一份账本的拷贝，这份拷贝所采用的技术—就是区块链。 区块链，正如它的名字所显示，分为区块和链两部分，区块即是block，链即是chain，合称blockchain。 不过区块链技术并不是天然绑定比特币的，但比特币却需要区块链作为载体，所以区块链是一种更加底层的技术，它的作用是记载信息，信息可能是交易记录，产品生产数据，合约履行情况等等，只不过这“账本”，恰好记载了比特币的交易记录，又正好比特币火了，所以人们才觉得区块链等于比特币。

那区块链有什么特别呢？

首先，该本账本并不存在于一个单一中央服务器内，而是存在于所有装了客户端的电脑硬盘上，也就是所谓的区块链分布式存储，这里你可以想象区块链就是一部电影，每个客户端（钱包）安装完成后，都会从网上自动下载一部和原片一模一样的副本，保存到本地硬盘，这里用到的技术相信下载过BT的人都知道，叫做P2P，但该账本虽然是公开的，所有人都可看到交易记录，但在没有私钥的情况下，是无法对账户内的资金进行操作，也不能交易。（关于私钥，我将在之后文章中详细解释。） 其次，该账本一共有四十八万页之多，也就是四十八万个区块，每页或者说每个区块里都记录着成百上千的交易记录，要保证四十八万页的顺序不出错，是不是想着就头大了呢！物理世界的书本或账本每一页都会有页码表示前后关系，区块链世界里每个区块都由区块头和数据主体构成，区块头相当于页码，记录了本区块头，前一区块头，下一区块头的hash值，通过这些hash值的前后关联，保证了区块的顺序，所以区块头即是页码和链。 下图是第19999个区块，第20000个区块和第20001个区块头之间的指向关系，每个区块头里都有一个唯一hash值，并记载了前一个区块头的hash，和后一个区块的hash，彼此互联，成为一条链 不过比特币区块的起始区块，0号区块(创世区块)，是不指向任何之前区块的，废话，因为它是第一块。

那有人可能会问，能不能把区块头黑掉，替换成我编写的信息呢？

答案是，几乎不可能，因为区块头的hash值是对区块头数据进行SHA256算法加密后生成的一段字符串，该字符串会因为输入的数据不同而不同，区块头本身是一串二进制数据，你改了其中任何一个数字，通过SHA256算法后，就会产生不同的hash值。（这里举个例子，我们从网上下载zip文件包时，通常也会包含一段MD5的字符串，该字符串原理类似SHA256，它的作用是验证文件的完整性）。如果hash值变了，那就需要去更改本区块之前和之后对应的区块，然后是和那些区块对应的区块，以此类推生生不息，你需要修改整条链上的所有区块，并且还需要把网络上超过51%的副本都修改了，才能起作用，考虑到这本账本有四十八万页之多，以及网络上的众多副本，这个修改的工作量将会大的惊人。

那区块头是怎么和区块主体连接呢？

靠merkle值，下图显示了区块头内包含的merkle值，merkle值是通过merkle树算法，将区块内所有交易数据生成的一串加密字符串，假设一个区块里有10000笔交易，现在让每两笔交易合并，通过两次SHA256算法生成一个merkle值，然后这5000个merkle值两两合并，再生成一个新的merkle值，以不断重复该过程，直到最后产生唯一的一个merkle值，这个值称作merkleroot值，这个过程有点像踢足球时候的32进16,16进8,8进4淘汰赛，只不过这里不淘汰，而是合并。 下图中区块头里打了红色的字符串就是merkleroot 用merkle树算法的好处是，即使区块内的交易数据很多，也只需要很少的路径就能算出merkleroot，比如100万笔交易只需要20步就可以算出根merkle值，如下图： 正因为merkle值的这个特点，使得SPV简单支付(simplified payment verification)和轻钱包成为可能，正常情况下一个包含区块头和主体数据的区块大约是1M，而区块头大小只有80字节，用户可以通过仅下载区块头，再下载每次与自己发生merkle值计算的相对交易的merkle值(你可以理解为所有和你提过比赛的球队)，回到上面提到的含100万笔交易的区块，你只需要下载该区块的20个merkle节点数据，就能算出merkleroot值，从而证明交易的合法性，这样的轻钱包的大小可以控制在40m以内，不过SPV和轻钱包的交易确认，仍然需要依赖网络上拥有完整区块计算机的数据。 因为区块链技术的以上特点，使它实现了去中心化，不可篡改，可追溯交易记录等等功能，把所有人，所有客户端变成“可信的第三方机构”，不过作为代价，你需要下载所有的区块链数据，就比特币的应用来说，已经有上百G了，而不同的区块链应用会有不同大小的账本，我想说，愿你有个足够大的硬盘。截止本文写完，比特币最新区块已达四十八万多，150多个Gb，好大一本账啊！