北大肖臻《區塊鏈技術與應用》學習筆記

2、 BTC-數據結構

普通指針：

• 存地址、存儲的是某個結構體在內存中的地址(假如P是指向一結構體的指針，那麼P裏面存放的就是該結構體在內存中的起始位置)

哈希指針:

• 存地址
• 從哈希值H()這個哈希指針，能夠找到該結構體的位置
• 同時還可以檢測出該結構體的內容有沒有被篡改，由於咱們保存了它的哈希值

區塊鏈和普通的鏈表相比有什麼區別：

1. Block chain is a linked list using hash pointers(用哈希指針代替了普通指針)

   • 比特幣中最基本的結構就是區塊鏈，區塊鏈就是一個一個區塊組成的鏈表
   • 區塊鏈第一個區塊叫做genesis block (創世紀塊)最後一個區塊是most recent block(最近產生的區塊) 每個區塊都包含指向前一個區塊的哈希指針
   • 一個區塊的哈希指針怎麼算:是把前面整個區塊的內容，包括裏面的hash pointer ，合在一塊兒取哈希值。經過這種結構，能夠實現tamper-evident log。若是有人改變了一個區塊的內容，後面一個區塊的哈希指針就對不上，由於後一個區塊哈希指針是根據前一個區塊的內容算出來的，因此後一個哈希指針也得改，以此類推，咱們保留的是最後一個哈希值也會變化

2. 普通鏈表能夠任意修改，區塊鏈不行

   • 比特幣沒有要保存全部區塊的內容，只保留最近的幾千個區塊。若是要用到之前的區塊，能夠向系統中其餘節點要這個區塊。
   • 判斷惡意節點，這裏要用到哈希值一個性質:
     其餘節點給你一個區塊，算出它的哈希值，與保留的區塊的哈希值對比，便可

Tamper-evident log(防篡改 log/區塊鏈)圖例

Merkle tree

(上面三層內部節點都是哈希指針(hash pointers)，第一層是根節點，根節點的區塊也能夠取個哈希，叫根哈希(root hash))。比特幣當中各區塊之間用哈希指針鏈接在一塊兒，每一個區塊所包含的交易組織成一個merkle tree的形式，最下面一行data blocks每一個區塊其實是一個交易，每一個區塊分爲兩部分，分別是塊頭和塊身(block header ,block body)。塊頭裏面有根哈希值，每一個區塊所包含的全部交易組成的merkle tree的根哈希值存在於區塊的塊頭裏面，可是，塊頭裏沒有交易的具體內容，只有一個根哈希值，塊身裏面是有交易的列表的。
Merkle tree和binary tree 區別 用哈希指針代替了普通指針

優勢

• 知道根哈希值，就能檢測出數中任何位置的修改

• 每一個數據塊是一個交易

做用(提供merkle proof )

比特幣中的節點分爲兩類:

• fully validating node(全節點,保存整個區塊的內容，即塊頭塊身都有，有交易的具體信息)

• light node(輕節點,例如手機上的比特幣錢包)(只有塊頭)

  • 用merkle proof向一個輕節點證實某個交易是寫入區塊鏈 ,找到交易所在的位置(最底行的其中一個區塊)，這時該區塊一直往上到根節點的路徑就叫merkle proof。
  • merkle proof能夠證實merkle tree裏面包含了某個交易，這種證實又叫proof of membership或 proof of inclusion。
  • 對於一個輕節點來講，驗證一個merkle proof 複雜度是多少?假設最底層有n個交易，則merkle proof 複雜程度是θ(log(n))

• 證實merkle tree裏面沒有包含某個交易?即proof of non-membership。能夠把整棵樹傳給輕節點，輕節點收到後驗證樹的構造都是對的，每一層用到的哈希值都是正確的，說明樹裏只有這些葉節點，要找的交易不在裏面，就證實了proof of non-membership。問題在於，它的複雜度是線性的θ(n)，是比較笨的方法。

Merkle tree圖例