区块链基本知识样稿.doc

区块链基础知识
区块链（BlockChain），是区块（Block）和链（Chain）直译，其数据结构图1所表示，即每个区块保留要求时间段内数据统计，并经过密码学方法，构建一条安全可信链条，形成一个不可篡改、全员共有分布式账本。
比特币区块分为区块头和区块体两部分。区块头大小为80字节，包含4字节版本号、32字节（256位）上一区块哈希值、32字节Merkle根节点、4字节时间戳、4字节难度值和4字节随机数。区块体包含10分钟内选定交易统计，第一笔交易（coinbase交易）是用于奖励矿工比特币特殊交易，由矿工自己添加进区块。

图1  区块链数据结构示意图
基础概念
区块链是很多现有技术交叉融合在一起集成创新。所以，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
图2所表示，P2P（Peer-to-Peer）网络是一个端到端网络。P2P网络分为结构化（比如基于ChordP2P网络）和非结构化P2P网络（比如Gnutella）。比特币区块链采取是非结构化P2P网络，整个网络没有中心化硬件或管理机构，任一节点既是服务端，也是用户端。任何节点只要安装对应用户端软件，就能接入P2P网络（比如BT软件），参与区块链统计和验证，不超出1/3节点损坏、退出甚至被植入恶意代码，全部不会影响整个系统运作。
图2  传统中心化系统和P2P网络拓扑对比图
加密算法和数字署名
加密技术分为对称、非对称和哈希（Hash）加密。对称加密是指用一样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，哈希加密关键是经过对数据进行哈希运算，用固定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、分发出去密钥叫做公钥，不能公开、自己留存密钥叫做私钥。公钥加密，对应私钥才能解密。反之亦然。图3所表示。
图3  非对称加密RSA算法简化示例图
非对称加密算法有RSA、DSA和ECC等种类，区块链使用是基于椭圆曲线加密技术数字署名（ECDSA），具体实现是secp256k1。ECDSA相当于是DSA和非对称加密ECC结合。相比RSA算法，ECDSA含有计算量小、存放空间小、带宽要求低等特点。
数字署名
基于数字署名通信机制工作原理，图4所表示，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，然后用自己私钥对摘要进行加密，加密后摘要将作为报文数字署名和报文一起发送给接收方。接收方首先用和发送方一样哈希函数从接收到原始报文中计算出报文摘要，接着再用发送方公钥来对报文附加数字署名进行解密，假如得到明文相同，那么接收方就能确定传输文件并未受到篡改，是安全可信。
图4  数字署名步骤示意图
哈希加密
安全哈希算法（Secure Hash Algorithm，SHA）是由美国国家安全局研发，由美国国家标准和技术研究院（NIST）公布一系列密码哈希函数，包含SHA-0、SHA-1、SHA-2和SHA-3等系列。比特币区块链使用是SHA-256哈希加密算法，于公布，属于SHA-2分支。因为SHA256伪随机性特点，只要是相同数据输入，一定会得到相同结果，假如输入数据稍有改变，将得到一个千差万别结果，图5所表示。SHA256还是一个单向不可逆算法，即依据一个输入数算SHA256结果