上周的分享中，最后我們講到了比特幣是如何生成的。我們現在知道這里有一個叫做挖礦的過程。這是一個通過比特幣特定算法不斷產生新的正確的Block并延續Block Chain的過程。我們都知道區塊鏈之所以叫區塊鏈，是因為它由一串區塊組成。那么，一個區塊，它又是由什么組成的呢？

今天，請跟隨我的腳步，讓我們一起來領略一番。

區塊由兩部分組成，分別是區塊頭（Header）和區塊體（Body），而區塊頭又包括了父哈希（Hash Used，也就是遷移區塊的哈希）、時間戳、難度、目標數（The Target）、隨機數（The Nonce）、默克爾樹（Merkle Root），區塊體則包含了具體的交易數據和交易數量，其決定了區塊頭中的Merkle根。

下面我們來看一個區塊。根據Blockchain.info 提供的信息，第590357個區塊長下面這樣。

我們可以看到，這個區塊包含2680筆交易，時間戳為2019年8月16日7點2分15秒，由F2Pool進行記賬。區塊大小為1122.474kB，隨機數nounce為3271780214，礦工得到了12.5BTC的獎勵。右邊一欄的前兩行顯示了這個區塊的Hash值以及上一區塊的Hash值，第三行要求下一個區塊的Hash不得大于00000000000000000004d3e0a106e318df54c3c478dd48b70f7101b88827a81d，最后一行則顯示了此區塊交易記錄的Merkle根。

到這里，區塊鏈的結構已經有個基礎模型了。

在區塊頭中，父哈希、時間戳都還比較容易理解，都是字面意思，可是難度、目標數、隨機數以及默克爾樹可能就需要適當解釋一下了。

1、難度

中本聰設計比特幣時，為了使得比特幣出塊時間能理想的恒定在 10 分鐘左右， 從而加入了挖礦難度調整機制。比特幣協議規定每隔 2016 個區塊，將根據過去最近 2016 個區塊出塊總時間調整，自動調整下一個 2016 個區塊的挖礦難度。理想情況下 2016 個塊需要兩周（2016*10s）時間，如果實際用時不到兩周則增加難度，如果超過兩周就降低難度。

那么，難度是如何計算出來的呢？我們看看計算公式

難度值（difficulty） = 最大目標值（maximum_target） / 最小目標值（current_target）

（target是256位的大數字）

2、目標數

目標值是指挖礦時，數學難題的哈希值的閩值。礦工只能通過在該目標值范圍內求得正確的隨機數以得到該區塊的記賬權及區塊獎勵。當全網算力提升時，該目標值就會根據難度調整而降低并增加求數學解的難度。

【算力】在通過「挖礦」得到比特幣的過程中，一個節點每秒鐘能做多少次計算，就是算力的代表。單位寫成 hash/s， 簡寫為 h/s。1 h/s 表示 1 秒鐘能做 1 次 hash 碰撞。挖礦的每秒算力是以 Ghash/s 或 Thash/s 為單位計，礦機的 GHash （或 THash）值越高，能挖到的 BTC 就越多。

1 Khash/s = 1000 hash/s

1 Mhash/s = 1000 Khash/s

1 Ghash/s = 1000 Mhash/s

1 Shash/s = 1000 Ghash/s

1 PHash/s = 1000 Shash/s

3、隨機數

在挖礦中是一種用于挖掘加密貨幣的自動生成的、毫無意義的隨機數，在解決數學難題的問題中被使用一次之后，如果不能解決該難題則該隨機數就會被拒絕。而一個新的Nonce也會被測試出來并且直到問題解決，當問題解決時礦工就會得到加密貨幣作為獎勵。

在區塊結構中，Nonce 是基于工作量證明所設計的隨機數字，通過難度調整來增加或減少其計算時間。

礦工或礦池在使用計算軟件的（即礦機）情況下可以每秒產生數百萬次的哈希計算，直到找到正確的哈希值。隨機數是只能用一次的密碼數字。

如果一個礦工產生一個大于目標數的哈希值，那么他們需要選擇新的隨機數，重新進行計算。新的隨機數會得到新的散列。直到找到小于或等于目標數的哈希值。

4、默克爾樹（Merkle Tree）

Merkle Tree，是 header 部分的哈希值，代表了區塊 body 部分所有的交易。Merkle Tree的葉子是數據塊的hash值。非葉節點是其對應子節點串聯字符串的hash。

在第一次分享時，我們就講到，通過哈希函數，任意長度的數據最后都會輸出一段固定長度的字符。

1）Hash List

在P2P網絡中作數據傳輸的時候，會同時從多個機器上下載數據，而且很多機器可以認為是不穩定或者不可信的。為了校驗數據的完整性，更好的辦法是把大的文件分割成小的數據塊。這樣的好處是，如果小塊數據在傳輸過程中損壞了，那么只要重新下載這一快數據就行了，不用重新下載整個文件。

現在問題來了，怎么確定剛剛說的小數據塊沒有損壞呢？

答案就是為每個數據塊做Hash。BT下載的時候，在下載到真正數據之前，我們會先下載一個Hash列表。

那么問題又來了，怎么確定這個Hash列表本身是正確的？

答案是把每個小塊數據的Hash值拼到一起，然后對這個長字符串在作一次Hash運算，這樣就得到Hash列表的根Hash（Top Hash or Root Hash）。下載數據的時候，首先從可信的數據源得到正確的根Hash，就可以用它來校驗Hash列表了，然后通過校驗后的Hash列表校驗數據塊。

所以剛剛的過程就是把很多很多小數據塊做Hash，得到很多很多哈希值，我們再把這些哈希值拼在一起形成一個長字符串，再做一次Hash，得到了Hash列表的根Hash。

2）Merkle Tree

如果把Hash List當作只有一個樹干的小樹苗的話，Merkle Tree更像是已經長出了幾個樹干的大樹。同樣的，在最底層，和哈希列表一樣，我們把數據分成小的數據塊，有相應地哈希和它對應。但稍有不同的是，這些哈希不是直接拼成一個長字符串運算根哈希，而是相鄰的兩個哈希合并成一個字符串，然后運算這個字符串的哈希。

比特幣區塊鏈系統中的采用的Merkle Tree，它的作用主要是快速歸納和校驗區塊數據的完整性，它會將區塊鏈中的數據分組進行哈希運算，向上不斷遞歸運算產生新的哈希節點，最終只剩下一個Merkle根存入區塊頭中。

在區塊鏈系統使用Merkle Tree有諸多優點。

首先，極大地提高了區塊鏈的運行效率和可擴展性，區塊頭只需包含根哈希值而不必封裝所有底層數據；其次，Merkle樹可支持“簡化支付驗證協議”（SPV），即在不運行完整區塊鏈網絡節點的情況下，也能夠對交易數據進行檢驗。

來源： SCRYINFO