区块链如何将块链接在一起？

了解区块链的结构

区块链是一种分散且分布式的数字分类帐，以安全和防篡改的方式记录多个计算机的数据。从本质上讲，一个区块链由一系列块组成，每个区块都包含交易或数据条目列表。这些块不是独立的实体，它们在密码上链接到形成连续链。这种联系是使区块链的完整性和不变性的原因。

链中的每个块都包含多个关键组件：块标头，事务数据，时间戳和对先前块的引用。启用链接机制的最关键要素是上一个块标头的哈希。这是一种独特的数字指纹，并嵌入到当前块中，创建向后引用。结果，先前块中的任何更改都会改变其哈希，除非将其重新置换或重新验证，否则所有后续块将使所有后续块无效。

加密哈希的作用

加密散列对于块的连接方式至关重要。 Bitcoin中使用的HASH函数- 如SHA-256，即任何大小的输入数据并产生固定大小的输出，通常是64个字符的十六进制字符串。该输出是确定性的，这意味着相同的输入将始终产生相同的哈希，甚至输入的较小变化在完全不同的哈希中。

在区块链的背景下：

• 每个块的标头都被哈希产生唯一的标识符。
• 然后将此哈希包含在下一个块的标题中。
• 这创建了依赖关系的后退链。

例如，块2包含块1的哈希。块3包含块2的哈希，依此类推。该结构确保更改任何块都需要重新计算所有后续块的哈希，这在工作证明或其他共识机制中在良好的网络中是不可行的。

块标头及其组件

块标头是每个块的关键部分，并且包含链接和验证所需的元数据。它通常包括：

• 以前的块哈希：紧接块的标题的哈希。
• 默克尔根：一个表示块中所有交易的单个哈希，以确保交易完整性。
• 时间戳：创建块的时间。
• NONCE ：工作证明采矿中使用的随机数。
• 版本编号：指示块的格式和规则。

包括先前的块哈希的包含是建立时间顺序和加密序列的方法。当开采新块或验证新块时，节点会验证上一个块哈希是否匹配链中最后确认的块的实际哈希。如果没有，则块将被拒绝。此验证过程是自动的，并由网络的共识规则执行。

如何将新块添加到链中

添加新块的过程取决于共识机制- 工作证明（POW） ，验证证明（POS）或其他人 - 但链接原理仍然一致。这是在Bitcoin等典型的POW系统中工作的方式：

• 矿工收集未经证实的交易并形成候选块。
• 他们计算这些交易的默克尔根，并将其包含在块标头中。
• 他们检索了主链中最新块的哈希，并将其插入新块的标题中。
• 然后，矿工通过调整Nonce以找到满足网络难度目标的哈希来开始解决加密难题。
• 一旦找到有效的哈希，该块就会向网络广播。
• 其他节点验证了块的有效性，包括上一个块哈希的正确性。
• 如果有效，则将块附加到链条上。

此过程确保每个新块明确承认并建立在现有链上，从而加强了序列和安全性。

不变性和链完整性

块之间的加密链接使区块链不变。因为每个块都包含一个之前的哈希，所以更改较早块中的任何数据都会改变其哈希。这将与下一个块中的链接打破链接，该块仍然包含旧的哈希。为了纠正这一点，攻击者将需要重新挖掘所有后续块，这需要大量的计算能力，尤其是在Bitcoin等大型网络中。

此外，最长的有效链被认为是分类帐的权威版本。节点会自动拒绝偏离此规则的链条。这意味着，即使有人试图创建一个欺诈性分支，除非它超过主链的长度和工作证明，否则它将被接受，这种情况被称为51％的攻击，这是极其困难且昂贵的执行。

处理链和共识

有时，两个矿工几乎可以同时解决难题，从而导致两个有效的块引用了同一父母。这在链条中创建了一个临时叉。网络通过遵循最长的链条（工作证明最多的链条）是有效的链条来解决这一问题。

节点继续在他们首先收到的分支机构上构建。最终，随着添加更多的块，一个分支变长。发生这种情况时：

• 较短的分支上的节点检测到差异。
• 他们丢弃了较短的链的块（除了可以重新包含的交易之外）。
• 他们切换到更长的有效链。

这种机制确保了即使在暂时差异的情况下，区块链也保持了一个同意的历史。每个新块中的先前块哈希可确保随着时间的推移只能维持一条连续路径。

常见问题

如果有人在旧块中更改交易会发生什么？更改交易会更改块的数据，从而改变其哈希。由于下一个块包含原始哈希，因此链接断开。为了使更改有效，攻击者必须重新安装更改的块和所有后续块，这实际上是在安全网络中不可能的。

两个块可以具有相同的先前块哈希吗？是的。在临时叉期间，两个不同的块都可以引用同一上一个块。但是，一旦达成共识，只有一个可以保留在最终链中。

链中的第一个块是否链接到另一个块？否。第一个块，称为创世纪块，没有先前的块哈希。它被硬编码到区块链软件中，并作为整个链条的基础。

节点如何验证上一个块哈希？节点独立计算其链本地副本中最后一个块的哈希。当新块到来时，他们将其先前的哈希与计算值进行比较。如果它们匹配，则该块被视为有效链接。