区块链数据结构示意图区块链数据结构示意图怎么看

皕利分享 2023年02月18日 22:40 88 0

本篇文章主要给网友们分享区块链数据结构示意图的知识，其中更加会对区块链数据结构示意图怎么看进行更多的解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，记得关注本站！

区块链技术中的哈希算法是什么？

1.1. 简介

计算机行业从业者对哈希这个词应该非常熟悉，哈希能够实现数据从一个维度向另一个维度的映射，通常使用哈希函数实现这种映射。通常业界使用y = hash(x)的方式进行表示，该哈希函数实现对x进行运算计算出一个哈希值y。

区块链中哈希函数特性：

函数参数为string类型；

固定大小输出；

计算高效；

collision-free 即冲突概率小：x != y = hash(x) != hash(y)

隐藏原始信息：例如区块链中各个节点之间对交易的验证只需要验证交易的信息熵，而不需要对原始信息进行比对，节点间不需要传输交易的原始数据只传输交易的哈希即可，常见算法有SHA系列和MD5等算法

1.2. 哈希的用法

哈希在区块链中用处广泛，其一我们称之为哈希指针（Hash Pointer）

哈希指针是指该变量的值是通过实际数据计算出来的且指向实际的数据所在位置，即其既可以表示实际数据内容又可以表示实际数据的存储位置。下图为Hash Pointer的示意图

HashPointer在区块链中主要有两处使用，第一个就是构建区块链数据结构。了解区块链的读者应该知道区块链数据结构由创世区块向后通过区块之间的指针进行连接，这个指针使用的就是图示的HashPointer.每个区块中都存储了前一个区块的HashPointer。这样的数据结构的好处在于后面区块可以查找前面所有区块中的信息且区块的HashPointer的计算包含了前面区块的信息从而一定程度上保证了区块链的不易篡改的特性。第二个用处在于构建Merkle Tree. Merkle Tree的各个节点使用HashPointer进行构建，关于区块链数据结构以及MerkleTree的内容我们在后续文章中进行进一步介绍。

哈希还在其他技术中有所应用例如:交易验证以及数字签名等等。

2.加密算法

2.1简述

加密简单而言就是通过一种算法手段将对原始信息进行转换，信息的接收者能够通过秘钥对密文进行解密从而得到原文的过程。按照加密方和解密方秘钥相同与否可以将加密算法大致分为三种子类型：

对称加密

对称加密的加密解密方使用相同的秘钥，这种方式的好处在于加解密的速度快但是秘钥的安全分发比较困难，常见对称加密算法有DES,AES,...

非对称加密

非对称加密体系也称为公钥体系，加解密时加密方拥有公钥和私钥，加密方可以将公钥发送给其他相关方，私钥严格自己保留。例如银行的颁发给个人用户的私钥就存储在个人的U盾里；非对称加密中可以通过私钥加密，他人能够使用公钥进行解密，反之亦然；非对称加密算法一般比较复杂执行时间相对对称加密较长；好处在于无秘钥分发问题。常见的其他非对称加密算法有RSA,ECC,区块链中主要使用ECC椭圆曲线算法。

对称加密与非对称加密的结合

这种方式将加密过程分为两个阶段，阶段一使用非对称加密进行秘钥的分发使得对方安全地得到对称加密的秘钥，阶段二使用对称加密对原文进行加解密。

2.2 数字签名

数字签名又称之为公钥数字签名，是一种类似于写在纸上的物理签名。数字签名主要用于数据更改的签名者身份识别以及抗抵赖。数字签名包含三个重要特性：

只有自己可以签署自己的数字签名，但是他人可以验证签名是否是你签发；

数字签名需要和具体的数字文档绑定，就好比现实中你的签名应该和纸质媒介绑定；

数字签名不可伪造；

依赖非对称加密机制可以较容易实现上述三种特性。

首先，需要生成个人的公私钥对：

(sk, pk) := generateKeys(keysize)，sk私钥用户自己保留，pk公钥可以分发给其他人

其次，可以通过sk对一个具体的message进行签名：

sig := sign(sk, message) 这样就得到了具体的签名sig

最后，拥有该签名公钥的一方能够进行签名的验证：

isValid := verify(pk, message, sig)

在区块链体系中每一条数据交易都需要签名，在比特币的设计过程中直接将用户的公钥来表征用户的比特币地址。这样在用户发起转账等比特币交易时可以方便的进行用户交易的合法性验证。

2.3 数字证书和认证中心

2.3.1 数字证书（Digital Certificate）

数字证书又称“数字身份证”、“网络身份证”是经认证中心授权颁发并经认证中心数字签名的包含公开秘钥拥有者及公开秘钥相关信息的电子文件，可以用来判别数字证书拥有者身份。

数字证书包含：公钥、证书名称信息、签发机构对证书的数字签名以及匹配的私钥

证书可以存储在网络中的数据库中。用户可以利用网络彼此交换证书。当证书撤销后，签发此证书的CA仍保留此证书的副本，以备日后解决可能引起的纠纷。

2.3.2 认证中心（Certificate Authority）

认证中心一般简称CA, CA一般是一个公认可信的第三方机构，其作用主要是为每个用户颁发一个独一无二的包含名称和公钥的数字证书。

2.4 常见加密算法的对比

简单易懂地介绍什么是区块链

区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连区块链数据结构示意图的方式组合成区块链数据结构示意图的一种链式数据结构区块链数据结构示意图，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。

比特币、莱特币、普银、以太币等数字加密货币的底层技术都是区块链，区块链数据结构示意图他们都只是区块链的一种应用。

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区块链数据结构详解

为了读懂下文，先必须了解散列算法

如上图，我们可以看出来，一个区块中最重要的有四个字段

一、prev_hash

前一个区块的hash（散列算法）值，用于连接前一个区块，前一个区块也拥有该字段，同样也可以连接前前个区块。这样就形成了一个链条，这也可能是区块链的含义

二、timestamp

标准时间，通过时间顺序，让交易可以通过时间维度进行追溯。

三、Nonce

随机数，说道随机数，就要说到区块里面另外一个重要的字段“难度值”，难度值就是挖矿的标准，挖矿的过程就是通过随机数体现的，我们通过不停的变换随机数，使生成区块的hash值满足定义的“难度值”。

四、Tx_Root

梅克树，所有交易的一个汇总hash。这个hash是怎么产生的。通过图片我们可以看出来，每个交易都有一个hash值，每两个相邻的hash值又会生成一个hash，直到生成最顶上的hash值。

区块链游戏如何实现上链加速？技术原理是什么？

区块链消息，比特币之于区块链如同电子邮件之于互联网。众所周知，电子邮件在人类信息传播和交流史上首次实现了及时、免费、可验证地把数据发送给世界上其他任何人这一功能，发送者和接收者双方都能够保存电子邮件中发送的数据副本。然而，双方保留的电子邮件数据副本也成为在线价值转移的固有缺陷，因为双方都拥有其价值。因此，必须确保价值不被双重支付授信的第三方机构存在，例如，银行、证券交易所、清算中心或公证机构。而比特币作为互联网协议，交易双方可以即时、安全地相互转移价值，而不需要授信第三方等中介组织的存在，从而减少了交易成本并提高了交易效率。小编现在为大家整理区块链技术原理示意图，以及相关技术原理。

从字面上看，区块链是由一连串使用密码学方法产生的数据块组成的分布式账簿系统，每个数据块都包含大量的交易信息，用于验证其信息的有效性并生成下一个区块。这些区块按生成顺序前后排列，同时，每个区块都是一个节点。

区块链的显著特点是没有作为中央服务器的第三方监管，区块中的交易信息不能被更改。区块中包含的信息可以是金融交易，也可以是其它任何数字交易，包括文档。而长期以来支配人类社会商业世界的互联网商业模式，其成功依赖于作为处理和调解电子交易的授信第三方金融机构，授信第三方的作用是验证、保护并保存交易记录。

尽管如此，欺诈性在线交易仍大量存在，需要授信第三方居间调解，从而导致较高的交易成本。而基于区块链技术的比特币使用加密证明，而非通过授信第三方，使愿意交易的各方均可以通过互联网实现在线交易。

每一次交易都可通过数字签名进行保护，并发送至使用发送者的“私钥”进行数字签名的接收者的“公钥”。比特币，即加密货币的所有者需要证明其“私钥”的所有权才能在线消费、交易。接收数字货币的一方使用发送者的“公钥”在交易上验证数字签名，即，对方的“私钥”所有权。

每一项交易都被广播到比特币网络中的每个节点，并在验证后记录在公共账本中。而且在每一项交易被记录在公共账本前，都需要对其进行有效性验证，因此，验证节点需要在记录每一项交易前确保两件事情：即，

(1)消费者拥有对其加密电子货币的签名认证;

(2)消费者账户中有充足的加密电子货币。

图1展示了基于区块链技术的交易过程和原理。

希望这个回答对你有帮助

以太坊技术系列-以太坊数据结构

本篇文章和大家介绍一下以太坊的数据结构，上篇文章我们提到，以太坊为了实现智能合约这一功能，使用了基于账户的模型。我们来看看以太坊中数据结构。

既然是基于账户的模型，我们需要通过账户地址找到账户的状态。就像通过银行卡号可以找到你在银行中的各种信息一样。最简单的想法当然是一个简单的哈希表 key是账户地址 value是账户状态。但这里有个问题解决不了。

轻节点如何校验账户合法性？

上篇我们说过，区块链中有2类节点，全节点和轻节点，轻节点只会存储block header，所以轻节点如何才能校验账号是否合法呢？

这个思路和我们平时用的md5校验一致，我们会对区块内的信息进行hash运算从而得出区块内信息唯一确定的值，区块链所有节点中这个值都是相同的。

在这个过程中我们用到了一种数据结构Merkle Tree（哈希树），我们先看下Merkle Tree（哈希树）的示意图。

上篇文章说到区块链中的链表(哈希链)和我们平时常见链表不同的是将指针从地址改为了hash指，这里也一样，哈希树和二叉树的区别有2个

1.将地址改为了哈希值

2.只有叶子节点存储数据

回到之前的问题轻节点是如何校验1个账户或交易是否是在链上的呢？

整个流程如上图所示

1.轻节点需要判断1个账号是否合法

2.轻节点由于只存储block header，所以拿到1个账号的时候会向全节点发出请求

3.全节点存储了所有账户状态，将账户路径中的需要计算用到的hash值返回给轻节点

4.轻节点本地进行计算根hash值，如果计算结果和自己存储一致则账户合法，不一致则不合法。

那以太坊中的账户信息的数据结构就是这样吗？

直接用这样的数据结构来存储账户信息会有2个问题

查找困难

生成hash值不确定

第1个问题应该比较容易发现，在这个树中寻找1个账号需要的复杂度是O(n),因为没有任何顺序。

第2个问题其实也是因为无序导致的，无序的组合每个节点针对同一批账户生成的hash值不一致，这就导致无法达成共识。

既然2个问题都和顺序有关，那我们类似二叉排序树一样，使用哈希排序树是不是就可以解决问题了呢？

使用排序树后会带来另外1个问题

插入困难

因为要维持树是有序的，很可能带来树结构的很大变动。

以太坊中使用了另外一种数据结构字典树。和哈希树不同，字典树应该是很多地方都有使用。我们简单来看下字典树的结构。

字典树能够较好地解决哈希树的2个缺点1.查找困难 2.生成的hash值不确定以及排序二叉树的1个缺点插入困难。

但字典树我们可以看到可能树的深度可能由于部分元素导致整棵树深度非常深。

这时我们可以进一步优化，将相同路径进行压缩。这就是压缩字典树。

将哈希树和压缩字典树结合，就可以得到以太坊存储账户的最终数据结构-MPT。

将压缩字典树里面的指针从地址改为指针，并且将数据存储在叶子节点中即可。

介绍完状态树的数据结构，我们接下来讨论1个问题，区块中存储的账户状态是什么样的范围。有2种选择。

只保存当时区块中产生交易的账户状态。

保存全局所有的账户。

我们可以看下这2种方式，无非就是空间和时间的平衡，只保存当前区块产生的交易意味着是做懒加载(需要的时候才去寻找账户)，在区块链中这个代价是非常大的，因为寻找的账户之前从未交易过，这样会遍历整个区块链。另外一种保存全局的账户方式虽然看起来空间消耗较大，但查找快捷，而且空间的问题我们可以通过其他方式优化。所以最终以太坊选择了第2种每个区块都报错全局所有账户的方式。

我们来看下以太坊中是如何保存状态树的。

可以看到以太坊中虽然每个区块都保存了全部账户，但是会将未发生变化的账户状态指向前1个节点，本身只存储发生变化的状态，这样可以较大程度优化空间占用。

介绍完以太坊中比较复杂的状态树后，我们继续来看看以太坊中的另外两棵树，交易树和收据树。

首先介绍一下，为什么需要交易树收据树。

1.交易树

虽然以太坊是基于账户的模型，但是就像银行不仅会存储银行卡的余额，还会存储卡中的每笔钱怎么来的以及怎么花的。交易树中就存储着当前区块中的包含的所有交易。

2.收据树

由于智能合约的引入增加了不少复杂性，所以以太坊用收据树存储着一些交易操作的额外信息。比如交易过程中执行日志就包含在收据树中方便查询。收据树和交易树是一一对应的。每发生一次交易就会有一次收据。

和状态树不同交易树和收据树只维护当前区块内发生的交易，因为当时区块发生交易时不需要再去查找另外1个交易，也就之前需要可能遍历整个区块链的查找操作了。

由于以太坊中的出块速度较快，我们进行一些查询一些符合条件交易的时候会面临大量数据遍历困难的问题。收据树中引入了布隆过滤器可以帮助我们有效缓解这一困难。

布隆过滤器将大集合中每个元素进行hash运算映射到1个较小的集合，这时再来1个元素要判断是否在大集合的时候，不需要遍历整个大集合，而是去进行hash运算去小集合中寻找是否存在，如果不存在，肯定不在大集合中，如果存在则不能说明任何问题。

如上图所示，布隆过滤器只能证明某1个元素不在集合中，不能证明1个元素在结合中。