比特幣技術原理----區塊鏈的本質

最長鏈原則

由於最長鏈原則要想篡改資料需重新計算耗費巨大的計算量，所以一個長區塊鏈的存在可以讓區塊鏈的歷史不可改變，這也是比特幣安全性的一個關鍵特徵。（不可篡改）

區塊

區塊是一種被包含在公開賬簿（區塊鏈）裡的聚合了交易資訊的容器資料結構，由一個包含後設資料的區塊頭和緊跟其後的構成區塊主體的一長串交易組成。

區塊頭

區塊頭由三組區塊後設資料組成。
首先是一組引用父區塊雜湊值的資料，這組後設資料用於將該區塊與區塊鏈中前一區塊相連線。
第二組後設資料，即難度、時間戳和nonce，與挖礦競爭相關。
第三組後設資料是merkle樹根（一種用來有效地總結區塊中所有交易的資料結構）。

區塊頭結構

構成區塊主體的一長串交易

merkle 樹

merkle 樹是一種雜湊二叉樹，它是一種用作快速歸納和校驗大規模資料完整性的資料結構。

在比特幣網路中，merkle 樹被用來歸納一個區塊中的所有交易，同時生成整個交易集合的數字指紋，且提供了一種校驗區塊是否存在某交易的高效途徑。

當 n 個資料元素經過加密後插入 merkle 樹時，你至多計算 2*log2(n)次就能檢查出任意某資料元素是否在該樹中，這使得該資料結構非常高效。

起始時所有的交易都還未儲存在 merkle樹中，而是先將資料雜湊化，然後將雜湊值儲存至相應的葉子節點。以葉子節點分別是 ha、hb、hc 和 hd為例：
h~a~ = sha256(sha256(交易 a))

透過串聯相鄰葉子節點的雜湊值然後雜湊之，這對葉子節點隨後被歸納為父節點。 例如，為了建立父節點 hab，子節點 a 和子節點 b 的兩個 32 位元組的雜湊值將被串聯成 64 位元組的字串。隨後將字串進行兩次雜湊來產生父節點的雜湊值:

h~ab~=sha256(sha256(h~a~ + h~b~))

為了證明區塊中存在某個特定的交易，一個節點只需要計算 log2(n)個 32位元組的雜湊值，形成一條從特定交易到樹根的認證路徑或者 merkle 路徑即可。有了 merkle 樹，一個節點能夠僅下載區塊頭（80 位元組/區塊），然後透過從一個滿節點回溯一條小的 merkle 路徑就能認證一筆交易的存在，而不需要儲存或者傳輸大量區塊鏈中大多數內容，這些內容可能有幾個 g 的大小。

merkle 樹和簡單支付驗證（spv）節點

一個節點能夠透過生成一條僅有 4 個 32 位元組雜湊值長度（總128 位元組）的 merkle 路徑，來證明區塊中存在一筆交易 k。該路徑有 4 個雜湊值（由藍色標註）hl、hij、hmnop 和 habcdefgh。由這 4 個雜湊值產生的認證路徑，再透過計算另外四對雜湊值 hkl、hijkl、hijklmnop和 merkle 樹根（在圖中由虛線標註），任何節點都能證明 hk（在圖中由綠色標註）包含在 merkle 根中。