1.2 区块链的核心技术

1.分布式结构

区块链设计最精妙的地方是，它并不赞同把数据记录并存储在中心化的一台或几台计算机上，而是让每一个参与的节点来完成这些工作，也就是具有分布式结构（图1-2）。这也意味着，在区块链网络中分布着众多的节点，节点与节点之间可以自由连接进行数据、资产、信息的交换，而无须通过第三方中心机构。在大部分区块链项目中，采用的是P2P （ Peer-to-Peer，点对点）的网络模式，即各个节点之间保持相同的地位，发挥一样的作用，任意点与点之间可进行通信。

图1-2 中心化结构与分布式结构图

a）中心化结构 b）分布式结构

2.区块和链

为了使得账本不可篡改，交易信息的相关数据被存放在区块中。当新的交易数据形成后，这些数据和上一个区块的相关数据被打包进下一个区块中，每个区块的块头包含指向前一个区块的信息，前后形成链式结构，通过区块头的哈希校验，使得每个区块受下一个区块的保护从而防止篡改。

“区块+链”的形式保存了从第一个区块开始的所有历史数据，连接的形式是后一个区块拥有前一个区块的哈希值，区块链上任何一条记录都可通过链式结构追溯本源（图1-3）。

图1-3 区块链结构示意图

3.共识机制

区块链上的共识机制主要解决如下两个问题：如何在去中心化的网络中使得各个节点的信息保持一致，以及当多个计算机（节点）都想参与记账的时候，应该选择谁来记账的问题。解决方案包括工作量证明机制Proof of Work （PoW），权益证明机制Proof of Stake（PoS）、股份授权证明机制Delegated Proof of Stake（DPoS）以及拜占庭容错（PBFT）（表1-1）。

表1-1 四种共识机制的对比

4.数字加密

数字货币的所有权是通过数字密钥、比特币地址和数字签名来确定的。为了解决信息的安全性问题，一般使用非对称加密算法来保证个人数字资产不被盗取。非对称加密使用一对密钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，密钥是自己保存的，在通信前不需要先同步密钥，避免了在同步私钥过程中被黑客盗取信息的风险。公钥和私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密（图1-4）。

图1-4 数字加密的过程

私钥是随机选出的数字，然后通过非对称加密（椭圆曲线函数）产生一个公钥，最后公钥再通过哈希函数转化成比特币地址。比特币地址是由数字与字母构成，可以与任何人分享。