哪些數據存儲在塊中？

了解區塊鏈區塊的結構

區塊鏈中的區塊是一個容器數據結構，該結構匯總並確保整個網絡上的交易數據。每個塊通過加密哈希鏈接到前一個塊，形成一個不變的鏈。存儲在塊中的信息可確保所有記錄活動的透明度，安全性和可追溯性。確切的組成可能會根據區塊鏈協議（例如Bitcoin ，以太坊或Litecoin ）略有不同，但核心組件保持一致。

塊標題組件

塊標頭是每個塊的關鍵段，其中包含確保區塊鏈的完整性和連續性的元數據。它包括幾個基本領域：

• 版本編號：指示驗證規則塊遵循的規則，允許進行協議升級。
• 先前的塊哈希：前面塊標頭的sha-256哈希（在Bitcoin中），在塊之間創建加密鏈接。
• Merkle root ：一個表示塊中所有交易的單個哈希。這是通過遞歸哈希對事務ID對產生的，直到保留一個最終哈希為止。
• 時間戳：記錄創建塊的大約時間，該塊在UNIX時間內測量。
• 難度目標（位） ：編碼網絡當前的採礦難度，確定找到有效的哈希有多困難。
• NONCE ：32位現場礦工反複調整以產生滿足網絡難度要求的哈希。

這些標頭元素允許節點快速驗證塊的有效性，而無需檢查每筆交易。

存儲在塊中的交易數據

塊的主要目的是存儲交易記錄。例如，在Bitcoin中，每個事務包括：

• 輸入（S） ：從先前交易中對未解決的事務輸出（UTXO）的引用，證明發件人擁有資金。
• 輸出：指定收件人的公鑰哈希（Bitcoin地址）和要轉移的金額。
• Scriptsig和ScriptPubkey ：這些是腳本命令，授權支出並定義未來支出的條件。
• 事務ID（TXID） ：通過哈希交易數據生成的唯一標識符。

塊中的所有交易都被哈希並組織到默克爾樹中，並將默克爾根存儲在塊標頭中。該結構實現了有效的驗證- 節點可以使用Merkle證明在不下載整個塊的情況下確認交易的包含。

塊大小和容量考慮因素

一個塊可以存儲的數據量受區塊鏈的塊大小限制或重量單位（以SEGWIT啟用鏈）的限制。例如：

• Bitcoin的原始塊大小限制為1 MB ，儘管隔離的證人（SEGWIT）通過分開簽名數據來增加有效能力。
• 以太坊沒有固定的塊大小，但受到塊氣限限制的約束，這確定可以包括多少計算操作。

較大的塊可以容納更多的交易，改善吞吐量，但它們也增加了對節點的存儲和帶寬需求。這種權衡會影響權力下放，因為較大的障礙可能有利於資源良好的參與者。

附加數據：共插和見證信息

每個塊都包含一個特殊交易，稱為Coinbase Transaction ，這是該塊中的第一個交易。此交易：

• 為礦工創建新硬幣作為塊獎勵。
• 包括一個可選的任意數據字段，通常用於消息或時間戳（例如Bitcoin的Genesis Block包含報紙的標題）。
• 指定應發送採礦獎勵的位置。

在支持SEGWIT的區塊鏈中，例如Bitcoin，證人數據（簽名）與主要交易數據分開存儲。這降低了延展性問題並增加了阻塞能力。證人部分是塊的一部分，但不包括在舊事務交易中。

節點如何驗證塊

當廣播新塊時，節點會執行一系列檢查以確保其有效性：

• 驗證塊標頭哈希達到當前的難度目標。
• 確認上一個塊哈希與鏈中的最新塊相匹配。
• 通過從隨附的交易中重建默克爾根來驗證它。
• 檢查每個交易是否正確的數字簽名，有效的輸入以及無需雙重支出。
• 確保Coinbase交易的支付不超過允許的塊獎勵（補貼 +費用）。
• 執行共識規則，例如塊大小和交易格式。

只有在傳遞所有這些檢查之後，將塊添加到區塊鏈的本地副本中。

整個網絡的存儲和傳播

塊永久存儲在網絡中的每個完整節點上。每個節點都保留了區塊鏈的完整副本，從而實現了無信任的驗證。當礦工成功地礦山時：

• 它使用區塊鏈的共識編碼序列化為二進制格式（例如，Bitcoin使用RAW字節）。
• 使用inv和getdata之類的消息通過P2P網絡廣播該塊。
• 尚未看到塊請求並獨立驗證的節點。
• 驗證後，將塊寫入節點數據目錄中的磁盤，通常在.blk文件（Bitcoin core）中。

該分散的存儲確保沒有單一的故障點，並且可以防止數據篡改。

常見問題

是什麼阻止某人更改塊內的交易數據？交易的任何更改都會改變其哈希，這使塊標頭中的默克爾根無效。由於標題哈希必須滿足難度目標，因此更改數據將需要重新挖掘塊和所有後續塊，這是計算上不可行的任務。

塊標頭中的時間戳總是準確嗎？時間戳必須大於前11個塊的中值，並在實時幾個小時內。雖然不是完全精確的，但它可以防止極端的回溯或未來的歷史，以操縱塊獎勵。

一個塊可以包含零交易嗎？否。每個塊必須至少包括共插入交易。即使不包括其他交易，礦工也必須生成此交易以要求獎勵。

Light客戶如何在不下載完整塊的情況下驗證交易？ Light客戶使用簡化的付款驗證（SPV） 。他們僅下載塊標頭，並請求完整節點的默克爾證明，以確認交易包含在特定塊中。