区块链技术原理介绍.pdf

区块链技术原理介绍 实现本文追溯防伪模型的基础就是区块链技术， 区块链技术的主 要目的是为了实现在无第三方信任机构的介入下， 利用密码学、 共识 算法和奖励机制等技术， 使各个节点在不需要信任其他任何节点， 也 不需要中心认证机构的情况下完成一对一交易， 保证交易可追溯、 不 被篡改、不能伪造。狭义来看，区块链就是将区块按时间的顺序串联 成链条的数据结构，保证数据不被篡改的共享数据库。广义来看，区 块链技术是一套利用多种已有技术组合而成的去中心化基础架构模 型。 一般来说，可以将区块链基本架构模型分为 6 层。如图 2-1 所 示，从下到上分别为定义数据区块和相关交易的数据层， 定义数据传 播和验证方式的网络层， 封装使各个节点数据保持一致所用到共识机 制的共识层，为了鼓励更多节点参与数据验证而定义的激励层， 用 于提前约定交易执行规范在交易发生时自动运行的合约层以及封装 了各个领域应用实例的应用层 [20] ，将会在后续几节中详细介绍。 2.1.1 数据层 图 2-1 区块链技术基础架构 Figure2-1 Blockchain technology infrastructure 数据区块结构如图 2-2 所示，区块一般包括头和体两个部分。 区块头中包含前一个区块的 hash 使得区块链难以被篡改， 当前区块 的难度值和随机数在达成一致的过程中起到了关键作用， 同时交易计 算生成的 Merkle 根存放在头部，便于查询交易信息；区块体则包含 了详细交易信息，通过 hash 算法形成 Merkle 树，生成唯一的 Merkle 根存入区块头。 图 2-2 区块链式结构 Figure2-2 Block chain structure （1）链式结构：每一个新生成的区块都会在区块头中存放前一 个区块的 hash，以此进行连接形成区块链，某区块及交易是否真实 有效，可以通过计算哈希值迅速检验。 区块链存在一种“瀑布效应” ，假设当前区块 N 的哈希值为 Hashn，前一个区块 N-1 的哈希值为 Hashn-1，N-1 区块但凡发生任 何变化， Hashn-1 就会变化，从而使区块 N 的前置区块 hash 跟着 改变，并进一步影响区块 N 的哈希值 Hashn。以此类推，将影响到 后续所有区块。 这种效应将大幅度提高数据被恶意改动的难度， 保证 数据安全可靠。 （2）哈希函数：区块链技术中使用 SHA256 加密法（即哈希函 数）来保存数据和交易记录， 无论原始数据多长、 有多少位，经过 hash 计算后，输出值长度都为 256 位。因此 hash 函数应满足：输入数 据 x 可为任意长度 ;输出结果 H(x)的长度固定 ;计算过程高效，