哪些数据存储在块中？

了解区块链区块的结构

区块链中的区块是一个容器数据结构，该结构汇总并确保整个网络上的交易数据。每个块通过加密哈希链接到前一个块，形成一个不变的链。存储在块中的信息可确保所有记录活动的透明度，安全性和可追溯性。确切的组成可能会根据区块链协议（例如Bitcoin ，以太坊或Litecoin ）略有不同，但核心组件保持一致。

块标题组件

块标头是每个块的关键段，其中包含确保区块链的完整性和连续性的元数据。它包括几个基本领域：

• 版本编号：指示验证规则块遵循的规则，允许进行协议升级。
• 先前的块哈希：前面块标头的sha-256哈希（在Bitcoin中），在块之间创建加密链接。
• Merkle root ：一个表示块中所有交易的单个哈希。这是通过递归哈希对事务ID对产生的，直到保留一个最终哈希为止。
• 时间戳：记录创建块的大约时间，该块在UNIX时间内测量。
• 难度目标（位） ：编码网络当前的采矿难度，确定找到有效的哈希有多困难。
• NONCE ：32位现场矿工反复调整以产生满足网络难度要求的哈希。

这些标头元素允许节点快速验证块的有效性，而无需检查每笔交易。

存储在块中的交易数据

块的主要目的是存储交易记录。例如，在Bitcoin中，每个事务包括：

• 输入（S） ：从先前交易中对未解决的事务输出（UTXO）的引用，证明发件人拥有资金。
• 输出：指定收件人的公钥哈希（Bitcoin地址）和要转移的金额。
• Scriptsig和ScriptPubkey ：这些是脚本命令，授权支出并定义未来支出的条件。
• 事务ID（TXID） ：通过哈希交易数据生成的唯一标识符。

块中的所有交易都被哈希并组织到默克尔树中，并将默克尔根存储在块标头中。该结构实现了有效的验证- 节点可以使用Merkle证明在不下载整个块的情况下确认交易的包含。

块大小和容量考虑因素

一个块可以存储的数据量受区块链的块大小限制或重量单位（以SEGWIT启用链）的限制。例如：

• Bitcoin的原始块大小限制为1 MB ，尽管隔离的证人（SEGWIT）通过分开签名数据来增加有效能力。
• 以太坊没有固定的块大小，但受到块气限限制的约束，这确定可以包括多少计算操作。

较大的块可以容纳更多的交易，改善吞吐量，但它们也增加了对节点的存储和带宽需求。这种权衡会影响权力下放，因为较大的障碍可能有利于资源良好的参与者。

附加数据：共插和见证信息

每个块都包含一个特殊交易，称为Coinbase Transaction ，这是该块中的第一个交易。此交易：

• 为矿工创建新硬币作为块奖励。
• 包括一个可选的任意数据字段，通常用于消息或时间戳（例如Bitcoin的Genesis Block包含报纸的标题）。
• 指定应发送采矿奖励的位置。

在支持SEGWIT的区块链中，例如Bitcoin，证人数据（签名）与主要交易数据分开存储。这降低了延展性问题并增加了阻塞能力。证人部分是块的一部分，但不包括在旧事务交易中。

节点如何验证块

当广播新块时，节点会执行一系列检查以确保其有效性：

• 验证块标头哈希达到当前的难度目标。
• 确认上一个块哈希与链中的最新块相匹配。
• 通过从随附的交易中重建默克尔根来验证它。
• 检查每个交易是否正确的数字签名，有效的输入以及无需双重支出。
• 确保Coinbase交易的支付不超过允许的块奖励（补贴 +费用）。
• 执行共识规则，例如块大小和交易格式。

只有在传递所有这些检查之后，将块添加到区块链的本地副本中。

整个网络的存储和传播

块永久存储在网络中的每个完整节点上。每个节点都保留了区块链的完整副本，从而实现了无信任的验证。当矿工成功地矿山时：

• 它使用区块链的共识编码序列化为二进制格式（例如，Bitcoin使用RAW字节）。
• 使用inv和getdata之类的消息通过P2P网络广播该块。
• 尚未看到块请求并独立验证的节点。
• 验证后，将块写入节点数据目录中的磁盘，通常在.blk文件（Bitcoin core）中。

该分散的存储确保没有单一的故障点，并且可以防止数据篡改。

常见问题

是什么阻止某人更改块内的交易数据？交易的任何更改都会改变其哈希，这使块标头中的默克尔根无效。由于标题哈希必须满足难度目标，因此更改数据将需要重新挖掘块和所有后续块，这是计算上不可行的任务。

块标头中的时间戳总是准确吗？时间戳必须大于前11个块的中值，并在实时几个小时内。虽然不是完全精确的，但它可以防止极端的回溯或未来的历史，以操纵块奖励。

一个块可以包含零交易吗？否。每个块必须至少包括共插入交易。即使不包括其他交易，矿工也必须生成此交易以要求奖励。

Light客户如何在不下载完整块的情况下验证交易？ Light客户使用简化的付款验证（SPV） 。他们仅下载块标头，并请求完整节点的默克尔证明，以确认交易包含在特定块中。