區塊鏈如何將塊鏈接在一起？

了解區塊鏈的結構

區塊鏈是一種分散且分佈式的數字分類帳，以安全和防篡改的方式記錄多個計算機的數據。從本質上講，一個區塊鏈由一系列塊組成，每個區塊都包含交易或數據條目列表。這些塊不是獨立的實體，它們在密碼上鍊接到形成連續鏈。這種聯繫是使區塊鏈的完整性和不變性的原因。

鏈中的每個塊都包含多個關鍵組件：塊標頭，事務數據，時間戳和對先前塊的引用。啟用鏈接機制的最關鍵要素是上一個塊標頭的哈希。這是一種獨特的數字指紋，並嵌入到當前塊中，創建向後引用。結果，先前塊中的任何更改都會改變其哈希，除非將其重新置換或重新驗證，否則所有後續塊將使所有後續塊無效。

加密哈希的作用

加密散列對於塊的連接方式至關重要。 Bitcoin中使用的HASH函數- 如SHA-256，即任何大小的輸入數據並產生固定大小的輸出，通常是64個字符的十六進製字符串。該輸出是確定性的，這意味著相同的輸入將始終產生相同的哈希，甚至輸入的較小變化在完全不同的哈希中。

在區塊鏈的背景下：

• 每個塊的標頭都被哈希產生唯一的標識符。
• 然後將此哈希包含在下一個塊的標題中。
• 這創建了依賴關係的後退鏈。

例如，塊2包含塊1的哈希。塊3包含塊2的哈希，依此類推。該結構確保更改任何塊都需要重新計算所有後續塊的哈希，這在工作證明或其他共識機制中在良好的網絡中是不可行的。

塊標頭及其組件

塊標頭是每個塊的關鍵部分，並且包含鏈接和驗證所需的元數據。它通常包括：

• 以前的塊哈希：緊接塊的標題的哈希。
• 默克爾根：一個表示塊中所有交易的單個哈希，以確保交易完整性。
• 時間戳：創建塊的時間。
• NONCE ：工作證明採礦中使用的隨機數。
• 版本編號：指示塊的格式和規則。

包括先前的塊哈希的包含是建立時間順序和加密序列的方法。當開採新塊或驗證新塊時，節點會驗證上一個塊哈希是否匹配鏈中最後確認的塊的實際哈希。如果沒有，則塊將被拒絕。此驗證過程是自動的，並由網絡的共識規則執行。

如何將新塊添加到鏈中

添加新塊的過程取決於共識機制- 工作證明（POW） ，驗證證明（POS）或其他人 - 但鏈接原理仍然一致。這是在Bitcoin等典型的POW系統中工作的方式：

• 礦工收集未經證實的交易並形成候選塊。
• 他們計算這些交易的默克爾根，並將其包含在塊標頭中。
• 他們檢索了主鏈中最新塊的哈希，並將其插入新塊的標題中。
• 然後，礦工通過調整Nonce以找到滿足網絡難度目標的哈希來開始解決加密難題。
• 一旦找到有效的哈希，該塊就會向網絡廣播。
• 其他節點驗證了塊的有效性，包括上一個塊哈希的正確性。
• 如果有效，則將塊附加到鏈條上。

此過程確保每個新塊明確承認並建立在現有鏈上，從而加強了序列和安全性。

不變性和鏈完整性

塊之間的加密鏈接使區塊鏈不變。因為每個塊都包含一個之前的哈希，所以更改較早塊中的任何數據都會改變其哈希。這將與下一個塊中的鏈接打破鏈接，該塊仍然包含舊的哈希。為了糾正這一點，攻擊者將需要重新挖掘所有後續塊，這需要大量的計算能力，尤其是在Bitcoin等大型網絡中。

此外，最長的有效鏈被認為是分類帳的權威版本。節點會自動拒絕偏離此規則的鏈條。這意味著，即使有人試圖創建一個欺詐性分支，除非它超過主鏈的長度和工作證明，否則它將被接受，這種情況被稱為51％的攻擊，這是極其困難且昂貴的執行。

處理鍊和共識

有時，兩個礦工幾乎可以同時解決難題，從而導致兩個有效的塊引用了同一父母。這在鏈條中創建了一個臨時叉。網絡通過遵循最長的鏈條（工作證明最多的鏈條）是有效的鏈條來解決這一問題。

節點繼續在他們首先收到的分支機構上構建。最終，隨著添加更多的塊，一個分支變長。發生這種情況時：

• 較短的分支上的節點檢測到差異。
• 他們丟棄了較短的鏈的塊（除了可以重新包含的交易之外）。
• 他們切換到更長的有效鏈。

這種機制確保了即使在暫時差異的情況下，區塊鏈也保持了一個同意的歷史。每個新塊中的先前塊哈希可確保隨著時間的推移只能維持一條連續路徑。

常見問題

如果有人在舊塊中更改交易會發生什麼？更改交易會更改塊的數據，從而改變其哈希。由於下一個塊包含原始哈希，因此鏈接斷開。為了使更改有效，攻擊者必須重新安裝更改的塊和所有後續塊，這實際上是在安全網絡中不可能的。

兩個塊可以具有相同的先前塊哈希嗎？是的。在臨時叉期間，兩個不同的塊都可以引用同一上一個塊。但是，一旦達成共識，只有一個可以保留在最終鏈中。

鏈中的第一個塊是否鏈接到另一個塊？否。第一個塊，稱為創世紀塊，沒有先前的塊哈希。它被硬編碼到區塊鏈軟件中，並作為整個鏈條的基礎。

節點如何驗證上一個塊哈希？節點獨立計算其鏈本地副本中最後一個塊的哈希。當新塊到來時，他們將其先前的哈希與計算值進行比較。如果它們匹配，則該塊被視為有效鏈接。