北大肖臻《区块链技术与应用》学习笔记2

二、 BTC-数据结构

视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1Vt411X7JF?p=3

普通指针：

• 存地址、存储的是某个结构体在内存中的地址(假如P是指向一结构体的指针，那么P里面存放的就是该结构体在内存中的起始位置)

哈希指针:

• 存地址
• 从哈希值H()这个哈希指针，可以找到该结构体的位置
• 同时还能够检测出该结构体的内容有没有被篡改，因为我们保存了它的哈希值

区块链和普通的链表相比有什么区别：

1. Block chain is a linked list using hash pointers(用哈希指针代替了普通指针)

   • 比特币中最基本的结构就是区块链，区块链就是一个一个区块组成的链表
   • 区块链第一个区块叫作genesis block (创世纪块)最后一个区块是most recent block(最近产生的区块) 每一个区块都包含指向前一个区块的哈希指针
   • 一个区块的哈希指针怎么算:是把前面整个区块的内容，包括里面的hash pointer ，合在一起取哈希值。通过这种结构，可以实现tamper-evident log。如果有人改变了一个区块的内容，后面一个区块的哈希指针就对不上，因为后一个区块哈希指针是根据前一个区块的内容算出来的，所以后一个哈希指针也得改，以此类推，我们保留的是最后一个哈希值也会变化

2. 普通链表可以任意修改，区块链不行

   • 比特币没有要保存所有区块的内容，只保留最近的几千个区块。如果要用到以前的区块，可以向系统中其他节点要这个区块。
   • 判断恶意节点，这里要用到哈希值一个性质:
     其他节点给你一个区块，算出它的哈希值，与保留的区块的哈希值对比，即可

Tamper-evident log(防篡改 log/区块链)图例

Merkle tree

(上面三层内部节点都是哈希指针(hash pointers)，第一层是根节点，根节点的区块也可以取个哈希，叫根哈希(root hash))。比特币当中各区块之间用哈希指针连接在一起，每个区块所包含的交易组织成一个merkle tree的形式，最下面一行data blocks每个区块实际上是一个交易，每个区块分为两部分，分别是块头和块身(block header ,block body)。块头里面有根哈希值，每个区块所包含的所有交易组成的merkle tree的根哈希值存在于区块的块头里面，但是，块头里没有交易的具体内容，只有一个根哈希值，块身里面是有交易的列表的。
Merkle tree和binary tree 区别 用哈希指针代替了普通指针

优点

• 知道根哈希值，就能检测出数中任何位置的修改

• 每个数据块是一个交易

作用(提供merkle proof )

比特币中的节点分为两类:

• fully validating node(全节点,保存整个区块的内容，即块头块身都有，有交易的具体信息)

• light node(轻节点,例如手机上的比特币钱包)(只有块头)

  • 用merkle proof向一个轻节点证明某个交易是写入区块链 ,找到交易所在的位置(最底行的其中一个区块)，这时该区块一直往上到根节点的路径就叫merkle proof。
  • merkle proof可以证明merkle tree里面包含了某个交易，这种证明又叫proof of membership或 proof of inclusion。
  • 对于一个轻节点来说，验证一个merkle proof 复杂度是多少?假设最底层有n个交易，则merkle proof 复杂程度是θ(log(n))

• 证明merkle tree里面没有包含某个交易?即proof of non-membership。可以把整棵树传给轻节点，轻节点收到后验证树的构造都是对的，每一层用到的哈希值都是正确的，说明树里只有这些叶节点，要找的交易不在里面，就证明了proof of non-membership。问题在于，它的复杂度是线性的θ(n)，是比较笨的方法。

Merkle tree图例