bitcoin-02-比特币技术体系

2023-10-23 08:46:16 浏览数 (2)

学习区块链技术，首先应该了解最经典的 比特币。比特币做为最早的分布式去中心化的区块链应用，其经典设计值得学习。

比特币架构

比特币通过将各项技术进行结合，创造出来的这个产品，其本质的功能是记账，副做用是炒。 比特币的设计是为了保证所有数据是分布式的、去中心化的保存数据，防止数据在中心的节点中保存。

自上而下，共分6层

  1. 应用层
  2. RPC 层
  3. 网络层
  4. 共识层
  5. 数据层
  6. 存储层

1.应用层

包括比特币钱包、客户端等种上层的应用，一般是比特币程序本身的外部应用。 以比特币钱包为例，比特币钱包有很多种，可以上官网上下载不同钱包，比如最简单的钱包，早期这个钱包还保留有CPU挖矿功能。现在版本已不支持，可以参考官方 Github 文档:

https://github.com/bitcoin/bitcoin/blob/master/doc/release-notes/release-notes-0.13.0.md

2.RPC 层

RPC 层的作用是进行RPC 通信。测试可以使用 BitCore 这个工具来进行测试。

测试一个 RPC 命令，查看区块信息: getblockchaininfo 命令行

代码语言：javascript复制
{
  "chain": "main",
  "blocks": 680816,
  "headers": 680816,
  "bestblockhash": "0000000000000000000133b07fdf287ddca3cca80162b4a06a05d6904190cd37",
  "difficulty": 23581981443663.85,
  "mediantime": 1619518237,
  "verificationprogress": 0.999995596389184,
  "initialblockdownload": false,
  "chainwork": "00000000000000000000000000000000000000001c943902d1cf6cdd1387c75c",
  "size_on_disk": 1904190175,
  "pruned": true,
  "pruneheight": 679647,
  "automatic_pruning": true,
  "prune_target_size": 1999634432,
  "softforks": {
    "bip34": {
      "type": "buried",
      "active": true,
      "height": 227931
    },
    "bip66": {
      "type": "buried",
      "active": true,
      "height": 363725
    },
    "bip65": {
      "type": "buried",
      "active": true,
      "height": 388381
    },
    "csv": {
      "type": "buried",
      "active": true,
      "height": 419328
    },
    "segwit": {
      "type": "buried",
      "active": true,
      "height": 481824
    }
  },
  "warnings": ""
}

3.网络层

网络层使用 Peer-to-Peer，即点对点通信。每个BTC网络当中的节点中的通信，没有中心化的节点进行转发，需要通过节点发现，进行通信。 这也体现出BTC网络中当，每个节点都是平等的节点，没有哪个节点可以控制其他节点。

这种去中心化的好处就是可以做到节点之间的平等，但是也存在几个问题。

  1. 网络延迟
  2. 联合作敝

3.1 网络延迟很好理解，由于节点之间是平等的，每个节点都会呈现为网状的连接，当一个区块被生产出来后，会同步到相邻的网络节点当中，进行相邻转发。并不是通过中心节点订阅或转发的，一个区块到达所有的节点会有网络延迟。

3.2 联合作敝，去中心化的通信，节点间的数据只能依赖于依赖于各个节点间的验证，那就给做敝留下了空间。

4.共识层

什么是共识，这个非常重要，非常重要。 因为在平等的网络当中，每个节点都是分散的，该如何保证每个节点的验证、转发是一致？ 这就需要每个节点与节点之间达成共识。以此来保证所有节点的行为一致。

什么是共识 共识就是，共识即认可，比特币中有很多节点，要让这些节点达成一致性，比特币采用的是：POW 工作量证明。 比特币共识：说白点就是大家通过计算一个随机生成的Hash值的方式，来决定谁先打包。是不是感觉没什么，计算这个Hash并不是一件马上就可以算出来的事情。 大概流程：

  1. 所有比特币中的交易会向所有节点广播，所有节点接收到交易后，放于交易队列当中
  2. 全世界所有节点通过计算 Hash 来决定谁交这些交易打包，先算出者，打包交易成一个区块并广播区块
  3. 打包者，将一个随机数加处块头中，使得计算的哈希结果小于或等于块头中目标值
  4. 其他节点收到区块后，验证区块和区块内的交易，验证正确保留该区块

为什么要给一个随机Hash数来给节点计算 为了证明这个块的正确性。比特币的区块链当中，第一个节点产生的第一个块叫做：创世块，这个块是比特币运行时产生的第一个块，这个块会产生一个随机Hash数，打包进第一个块的块头中，然后广播。 其他节点收到区块后，对这个创世块进行验证。先验出者，证明了这个块是正确的，然后根据这个创建块，将收到的交易进行打包，并链接到这个创世块后面，就成了第二个块，并且这个节点也根据收到的交易产生了个随机Hash，广播给其它节点。 其他节点收到后，重复这个流程，证明这个块的正确性，并进行上链。这个就是 POW 的义意。

5.数据层

数据层是指比特币的数据结构。比特币的数据结构比较典型，很多后来的区块链都借鉴这些数据模型。

  1. 区块
  2. 区块链
  3. Merkle树，也称，默克尔树
  4. Hash
  5. 时间戳
区块

是指将交易进行打构的区块数据结构，包含：区块头、区块体、哈希、时间戳 等。

区块链

是指由区块构成的链条，就是指区块链，比较直白。

Merkle树，也称，默克尔树

Merkle树的作用：防窜改。 这里仅需要知道即可，这些点每一个展开都是一个大点，后续会做很详细的讲解。 Merkle树的构成是通过将每一笔交易的哈希，自上而下，相邻两个节点向上构建出一个新的父哈希值，由此来构建一棵哈希树。

6.存储层

存储主要使用的是 LevelDB，进行存储，LevelDB 是基于 SSTable 进行设计实现的一个数据引擎。很多数据库都是基 LevelDB 进开发。 LevelDB 本身具体高性能读写，通过在内存缓存 和 多层级文件存储而取名 LevelDB。

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