Wie werden Blöcke in einer Blockchain miteinander verbunden?

Verständnis der Struktur einer Blockchain

Eine Blockchain ist ein dezentrales und verteiltes digitales Hauptbuch, das Daten auf sichere und manipulationsfeste Weise auf mehreren Computern aufzeichnet. Im Kern besteht eine Blockchain aus einer Reihe von Blöcken , die jeweils eine Liste von Transaktionen oder Dateneinträgen enthalten. Diese Blöcke sind keine eigenständigen Einheiten - sie sind kryptografisch mit einer kontinuierlichen Kette verbunden . Diese Verknüpfung gibt der Blockchain ihre Integrität und Unveränderlichkeit.

Jeder Block in der Kette enthält mehrere Schlüsselkomponenten: einen Blockheader , Transaktionsdaten, einen Zeitstempel und eine Referenz auf den vorherigen Block. Das kritischste Element, das den Verknüpfungsmechanismus ermöglicht, ist der Hash des Headers des vorherigen Blocks . Dieser Hash fungiert als einzigartiger digitaler Fingerabdruck und ist in den aktuellen Block eingebettet, wodurch eine Rückwärtsreferenz erstellt wird. Infolgedessen würde jede Änderung eines vorherigen Blocks seinen Hash ändern, der alle nachfolgenden Blöcke ungültig macht, es sei denn, sie werden neu stimmig oder neu bewertet.

Die Rolle des kryptografischen Hashings

Kryptografisches Hashing ist grundlegend für die Verbindung von Blöcken. Eine Hash-Funktion -wie in Bitcoin verwendete SHA-256-enthält Eingangsdaten jeder Größe und erzeugt eine Ausgabe mit fester Größe, typischerweise eine 64-Charakter-Hexadezimalstrich. Diese Ausgabe ist deterministisch, was bedeutet, dass der gleiche Eingang immer denselben Hash erzeugt, und selbst eine geringfügige Änderung der Eingabe führt zu einem völlig anderen Hash.

Im Kontext von Blockchain:

• Der Header jedes Blocks ist gehasht, um eine eindeutige Kennung zu erzeugen.
• Dieser Hash ist dann im Header des nächsten Blocks enthalten.
• Dies schafft eine Rückwärtskette von Abhängigkeiten .

Zum Beispiel enthält Block 2 den Hash von Block 1 in seinem Header. Block 3 enthält den Hash von Block 2 und so weiter. Diese Struktur stellt sicher, dass eine Änderung eines jeden Blocks die Neuberechnung der Hashes aller nachfolgenden Blöcke erfordert, was in einem gut gesicherten Netzwerk aufgrund des Nachweises oder anderer Konsensmechanismen rechnerisch nicht realisierbar ist.

Blockheader und ihre Komponenten

Der Blockheader ist ein kritischer Teil jedes Blocks und enthält Metadaten, die für die Verknüpfung und Validierung erforderlich sind. Es umfasst normalerweise:

• Vorheriger Block Hash : Der Hash des unmittelbaren Headers des Blocks.
• Merkle Root : Ein einzelner Hash, der alle Transaktionen im Block darstellt und die Transaktionsintegrität sicherstellt.
• Zeitstempel : Die Zeit, in der der Block erstellt wurde.
• Nonce : Eine zufällige Zahl, die im Bergbau von Proof-of-Work verwendet wird.
• Versionsnummer : Zeigt das Format und die Regeln des Blocks an.

Die Einbeziehung des vorherigen Block -Hash ist das, was die chronologische und kryptografische Sequenz festlegt. Wenn ein neuer Block abgebaut oder validiert wird, überprüfen die Knoten, dass der vorherige Block -Hash mit dem tatsächlichen Hash des zuletzt bestätigten Blocks in der Kette übereinstimmt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Block abgelehnt. Dieser Überprüfungsprozess ist automatisch und durch die Konsensregeln des Netzwerks durchgesetzt.

Wie neue Blöcke zur Kette hinzugefügt werden

Das Hinzufügen neuer Blöcke variiert je nach Konsensmechanismus- Proof-ofwork (POW) , Proof-of-Stake (POS) oder andere-, aber das Verknüpfungsprinzip bleibt konsistent. So funktioniert es in einem typischen POW -System wie Bitcoin:

• Bergleute sammeln unbestätigte Transaktionen und bilden einen Kandidatenblock.
• Sie berechnen die Merkle -Wurzel dieser Transaktionen und nehmen sie in den Blockheader ein.
• Sie holen den Hash des neuesten Blocks in der Hauptkette ab und setzen ihn in den Kopfball des neuen Blocks ein.
• Bergleute beginnen dann mit der Lösung eines kryptografischen Puzzles, indem sie den Nonce an einen Hash einstellen, der das Schwierigkeitsgrad des Netzwerks erreicht.
• Sobald ein gültiger Hash gefunden wurde, wird der Block an das Netzwerk gesendet.
• Andere Knoten überprüfen die Gültigkeit des Blocks, einschließlich der Richtigkeit des vorherigen Block -Hash .
• Wenn gültig, ist der Block an die Kette beigefügt.

Dieser Prozess stellt sicher, dass jeder neue Block die vorhandene Kette ausdrücklich anerkennt und aufbaut, wodurch die Sequenz und Sicherheit verstärkt wird.

Unveränderlichkeit und Kettenintegrität

Die kryptografische Verknüpfung zwischen Blöcken macht eine Blockchain unveränderlich . Da jeder Block den Hash des zuvor vor ihm enthält, würde das Ändern von Daten in einem früheren Block seinen Hash ändern. Dies würde den Link mit dem nächsten Block brechen, der immer noch den alten Hash enthält. Um dies zu korrigieren, müsste ein Angreifer alle nachfolgenden Blöcke neu mine müssten, was eine enorme Menge an Rechenleistung erfordert-insbesondere in großen Netzwerken wie Bitcoin.

Darüber hinaus gilt die am längsten gültige Kette als maßgebliche Version des Hauptbuchs. Knoten lehnen automatisch Ketten ab, die von dieser Regel abweichen. Dies bedeutet, dass selbst wenn jemand versucht, einen betrügerischen Zweig zu erstellen, nicht akzeptiert wird, es sei denn, er übertrifft die Länge und den Nachweis der Arbeit der Hauptkette-ein Szenario, das als 51% -Angriff bekannt ist, der äußerst schwierig und kostspielig ist.

Kettengabeln und Konsens

Gelegentlich können zwei Bergleute das Rätsel nahezu zur gleichen Zeit lösen, was zu zwei gültigen Blöcken führt, die auf denselben übergeordneten übergeordnet sind. Dies schafft eine temporäre Gabel in der Kette. Das Netzwerk behebt dies, indem es der Regel folgt, dass die längste Kette (die mit dem am meisten angesammelten Nachweis) die gültige ist.

Knoten bauen weiterhin auf welcher Zweigstelle, die sie zuerst erhalten, auf. Schließlich wird ein Zweig länger, wenn mehr Blöcke hinzugefügt werden. Wenn dies passiert:

• Knoten am kürzeren Zweig erkennen die Diskrepanz.
• Sie verwerfen die Blöcke der kürzeren Kette (mit Ausnahme von Transaktionen, die wieder eingeleitet werden können).
• Sie wechseln in die längere, gültige Kette.

Dieser Mechanismus stellt sicher, dass die Blockchain selbst in Fällen von vorübergehender Abweichungen eine einzige, vereinbarte Geschichte beibehält. Der vorherige Block -Hash in jedem neuen Block stellt sicher, dass nur ein kontinuierlicher Weg im Laufe der Zeit aufrechterhalten werden kann.

Häufig gestellte Fragen

Was passiert, wenn jemand eine Transaktion in einem alten Block ändert? Eine Änderung einer Transaktion verändert die Daten des Blocks, die ihren Hash verändert. Da der nächste Block den ursprünglichen Hash enthält, bricht der Link. Um die Änderung gültig zu machen, muss der Angreifer den veränderten Block und alle nachfolgenden Blöcke neu mine mine, was in einem sicheren Netzwerk praktisch unmöglich ist.

Können zwei Blöcke den gleichen vorherigen Block -Hash haben? Ja. Während einer temporären Gabel können zwei verschiedene Blöcke auf denselben vorherigen Block verweisen. Nach dem Konsens kann jedoch nur einer in der endgültigen Kette bleiben.

Ist der erste Block in der Kette mit einem anderen Block verbunden? Nein. Der erste Block, genannt Genesis Block , hat keinen früheren Block -Hash. Es ist in der Blockchain -Software festgelegt und dient als Grundlage der gesamten Kette.

Wie überprüfen Knoten den vorherigen Block Hash? Knoten berechnen den Hash des letzten Blocks in ihrer lokalen Kopie der Kette unabhängig. Wenn ein neuer Block ankommt, vergleichen sie seinen angegebenen vorherigen Block -Hash mit ihrem berechneten Wert. Wenn sie übereinstimmen, gilt der Block als gültig für die Verknüpfung.