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# 区块、链

## 准备

### Hash

1. Hash也称散列、哈希。基本原理就是把任意长度的输入，通过Hash算法变成固定长度的输出（更多解释见[知乎](https://www.zhihu.com/question/26762707/answer/890181997)）
2. 特点是：相同的输入一定得到相同的输出，不同的输入大概率得到不同的输出
3. 举例：用shell命令行下的`md5sum` 来计算任意的字符的MD5哈希

   ```bash
   $ md5sum <<< haha
   7494ab07987ba112bd5c4f9857ccfb3f  -
   $ md5sum <<< hehe
   e4439267203fb5277d347e6cd6e440b5  -
   $ md5sum <<< hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
   6f2362c812dcfd693da2e3ae537cfb41  -
   ```
4. 常见的hash算法：
   * 文件防篡改：MD5
   * 比特币挖矿：SHA256
   * 证明数据片段：Merkle root
   * 文本去重：SimHash

## 区块

区块（block）由区块头（block header）和交易列表（transaction list，tx list）组成，block之间通过block header的hash连接成了一个链表结构。

### block header

1. 比特币的block header（[Github](https://github.com/bitcoin/bitcoin/blob/v22.0/src/primitives/block.h#L24)）

```cpp
int32_t nVersion;
uint256 hashPrevBlock;
uint256 hashMerkleRoot;
uint32_t nTime;
uint32_t nBits;
uint32_t nNonce;
```

2. 以太坊的block header（[Github](https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.11/core/types/block.go#L70)）

```go
ParentHash  common.Hash    `json:"parentHash"       gencodec:"required"`
UncleHash   common.Hash    `json:"sha3Uncles"       gencodec:"required"`
Coinbase    common.Address `json:"miner"            gencodec:"required"`
Root        common.Hash    `json:"stateRoot"        gencodec:"required"`
TxHash      common.Hash    `json:"transactionsRoot" gencodec:"required"`
ReceiptHash common.Hash    `json:"receiptsRoot"     gencodec:"required"`
Bloom       Bloom          `json:"logsBloom"        gencodec:"required"`
Difficulty  *big.Int       `json:"difficulty"       gencodec:"required"`
Number      *big.Int       `json:"number"           gencodec:"required"`
GasLimit    uint64         `json:"gasLimit"         gencodec:"required"`
GasUsed     uint64         `json:"gasUsed"          gencodec:"required"`
Time        uint64         `json:"timestamp"        gencodec:"required"`
Extra       []byte         `json:"extraData"        gencodec:"required"`
MixDigest   common.Hash    `json:"mixHash"`
Nonce       BlockNonce     `json:"nonce"`

// BaseFee was added by EIP-1559 and is ignored in legacy headers.
BaseFee *big.Int `json:"baseFeePerGas" rlp:"optional"`
```

3. 当前我们只需要关注其中两个字段（其他字段会在后续课程中解释）
   * `hashPrevBlock` /`ParentHash`，上一个block header的hash
   * `hashMerkleRoot`/`TxHash`，tx list的hash

### block body

<figure><img src="/files/UnBHFmDKtvzZI9WCCU8L" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

block body

1. block body就是tx list，block header通过`TxHash`指向唯一的tx list
2. 从tx hash list得到`TxHash`的hash算法叫做默克尔树（Merkle tree），相比其他的hash算法有特殊的性质（可以简洁地证明tx存在其中）

## 链

<figure><img src="/files/H8ztYm67ZN2ZsFbNridQ" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

1. block header通过`ParentHash`指向唯一的上个block header，并最终形成一条链
   1. 高度为0的block称之为Genesis，即创世区块
      1. 写死在程序里（[Github](https://github.com/bitcoin/bitcoin/blob/v22.0/src/chainparams.cpp#L53)）
      2. 也可以在[btc.com](https://btc.com/btc/block/0)上看到比特币的创世区块，以及中本聪留下的那句话

         ![比特币创世区块上记录的报纸头条文章标题](https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/bb3608d8-0cfa-4a8a-81d2-daabac45cb9d/EqyhCKuXIAAOl0z.jpeg)

         比特币创世区块上记录的报纸头条文章标题
   2. 高度最高的block称之为Tip，即最新区块
   3. 可以在[etherscan](https://etherscan.io/blocks)上观察以太坊链的情况
2. `TxHash`和`ParentHash`相结合，赋予了区块链**不可篡改**的特性