区块链的数据结构和数据存储

一 区块链是什么

区块链主要分三种，本质上是一种块状存储的链，与寻常的链表不同，链条的每一个节点是根据场景衍生的区块，一般用分布式存储数据，防篡改可溯源：

• 公链
• 联盟链
• 私链
  上述三种区块链是基于不同场景诞生的不同业务结构，因此其核心的数据结构和数据存储方式略有不同

1.1 公链

• 无准入限制（节点可以随意进出）
• 去中心化
• 单链结构

1.2 联盟链

• 严格准入限制（节点进出需要严格审查）
• 弱中心化
• 多链结构

1.3 私链

• 无出入概念
• 完全中心化
• 链式结构
• 除链式结构外和现在传统的互联网业务系统没什么区别

二 公链BTC和联盟链长什么样

2.1 共性

公链和联盟链的基本结构类似，每一个区块都是由区块头和区块体组成，如下图：
区块头的结构：

• 交易markle root
• 前一区块的hash值
• 时间戳
• 版本号

区块体都是交易列表

如果不考虑多链情况，那么公链和联盟链的链式结构也是一样的，如下图：

2.2 特性

• Bitcoin在区块头中额外加入nNonce和nBits两个属性
  • Bitcoin使用的共识算法是POW(Proof of work)共识算法。
  • Pow是一种工作量证明算法 ，本质上是用大量算力计算一个hash值，并要求目标难度值小于一个目标值-nBits，循环计算直到hash值符合要求，并用自增随机数nNonce起到信息变更的效果
• 联盟链
  • 结构不需多赘述，为了业务场景增加了一些其他的属性
  • 除了参与hash计算的属性，还有一些memory only的属性

三 区块链为什么安全

区块链的安全主要归功于“链式hash+智能合约+共识算法”决定的不可篡改特性

防篡改

• 首先，链式结构决定其篡改成本将无限大：
  • 区块的链接是由每一块区块的“父区块hash”链接上的，父区块hash值是由整个父区块的区块头计算而来，因此，当改变链中某区块的交易信息，那么当前区块头的hash值就会发生变化，其子区块将无法链接到本区块。那如果子区块配合父区块进行修改呢？那么子区块的子区块也要修改，与此同时，新的区块还在不断产生，子子孙孙无穷尽也，篡改成本也将无限大。
• 其次，智能合约决定了交易进行时规则是由代码控制而不是人为控制，因此在公平和信任层面的能力大大提升
• 最后，即使在新区块产生时进行篡改也是行不通的，归结于其共识算法：
  • A节点进行对账本数据进行篡改，将小甲的账户余额从2000改成20000，假定A节点修改的区块恰好是最后一个区块，从A节点看小甲的余额确实变了，但是当客户端进行对小甲的账户进行转账操作时，A节点操作后余额和B、C、D节点不符合，因此A节点因不合法而落后，也就是不能与其他几个节点达成共识，A节点的篡改也会被修正。

四 区块链可以做什么

区块链可以做什么主要取决于它的“防篡改”和“可信溯源”特性，第三节已经介绍了其“防篡改”特性，“可信溯源”其实很好理解，因为每一个节点都存储全量数据，且区块链的链式结构决定了其可以从最新区块追溯到创世区块，也就是所有的交易信息都可以看到，且因为智能合约，产生数据的过程也是由程序或者规则本身完成的，非人为修改，也就自然实现了“可信溯源”。基于这两种特性，区块链自然可以应用诸如但不限于以下几个场景：

4.1 货币发行（比特币）

当前的货币发行是一种中心化的模式，由各国家背书，当然也容易出现像美国这样收割全球的情况，实际上这是一种信任问题，货币本身没有价值。那么利用区块链的去中心化和防篡改特性，我们可以解决信任问题，发行的货币也没有办法随意更改，比特币就是基于这种原理发行的。

4.2 证明

最近出现的很多证明“你是你”，证明“你是你爸的儿子”等奇葩需求都可以得到解决，另外诸如毕业证书，驾驶证书等证书，以及专利发明，论文出书都可以借此保护独创权益。

4.3 中介形式的商业体

所有的中介形式的商业体，类似房产中介，卖车中介等等，都可以在既定的智能合约之下，去中心化，不再需要中介的担保，降本增效

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