区块链基础知识示例.doc

文档介绍：区块链基础知识

区块链（BlockChain）是Block and Chain的直译。 其数据结构如图1所示，即每个区块都保留规定时间段内的数据统计，通过密码学的方式构建安全链。 可信链形成一个分布式账本，不可篡改，所有成员共享。

比特币区块分为两部分：区块头和区块体。 区块头大小为80字节，包括4字节版本号、32字节（256位）前区块哈希值、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 分钟内选定交易的统计信息。 第一笔交易（coinbase 交易）用于奖励矿工特殊的比特币交易，由矿工自己添加到区块中。

的

图1 区块链数据结构示意图

基本概念

区块链是许多现有技术的交叉融合比特币区块头存放的数据包括，以整合创新。 因此，要了解区块链，首先要了解区块链中集成了哪些技术。

P2P网络

如图2所示，P2P（Peer-to-Peer）网络是一种对等网络。 P2P网络分为结构化（如基于Chord的P2P网络）和非结构化P2P网络（如Gnutella）。 比特币区块链采用非结构化的 P2P 网络。 整个网络没有集中的硬件或管理机构。 任何节点既是服务器又是用户。 任何一个节点只要安装相应的客户端软件，就可以接入P2P网络（如BT软件）比特币区块头存放的数据包括，参与区块链统计和验证，不超过1/3的节点会被破坏、退出甚至被植入带有恶意代码，所有这些都不会影响整个系统的工作。

图2 传统中心化系统与P2P网络拓扑结构对比

加密算法和数字签名

加密技术分为对称加密、非对称加密和散列（Hash）加密。 对称加密是指使用相同的密钥进行加密和解密。 非对称加密是指使用密钥对进行加密和解密。 散列加密的关键是对数据进行散列，并用固定的散列结果值进行验证。 信息是否被篡改。

非对称加密

在非对称加密技术中，公开的密钥称为公钥，不能公开并自行保管的密钥称为私钥。 用公钥加密只能用对应的私钥解密。 反之亦然。 图 3 显示。

图3 非对称加密RSA算法简化示例图

非对称加密算法包括 RSA、DSA 和 ECC。 区块链的使用是基于椭圆曲线加密技术数字签名（ECDSA），具体实现是secp256k1。 ECDSA相当于DSA和非对称加密ECC的结合。 与RSA算法相比，ECDSA具有计算量小、存储空间小、带宽要求低等特点。

电子签名

基于数字签名通信机制的工作原理，如图4所示，在发送消息时，发送方使用哈希函数从消息文本中生成文件摘要，然后用自己的私钥对该摘要进行加密，并且加密的摘要将作为报告的字母数字签名与消息一起发送给收件人。 接收方首先使用与发送方相同的散列函数从收到的原始消息中计算出消息摘要，然后使用发送方的公钥解密附加在消息上的数字签名。 如果明文相同，接收方就可以确认传输的文件没有被篡改，安全可靠。

图4 数字签名步骤示意图

散列加密

安全哈希算法（Secure Hash Algorithm，简称SHA）是由美国国家安全局开发，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的一系列密码哈希函数，包括SHA-0、SHA-1、SHA-2和SHA-3等系列。 比特币区块链采用SHA-256哈希加密算法，于2019年公布，属于SHA-2分支。 由于SHA256的伪随机性，只要输入相同的数据，就会得到相同的结果。 如果输入的数据稍有变化，就会得到不同的结果，如图5所示。SHA256也是一种单向不可逆算法，即SHA256的结果是根据输入的一个数来计算的