了解比特币区块链的数据结构

让我们回到两人之间转账的过程来理解比特币区块链的数据结构。 我发起一个交易，就是我向整个区块链网络广播，你我要进行这个交易：我在没有你允许的情况下转一个比特币到你的地址。

但交易只有在包含在最新的比特币区块中时才真正完成。 一般来说，当一笔交易所在的区块后面加上5个区块，即包括自己在内一共6次确认，就可以认为这笔交易已经完全确认。 按照比特币每个区块10分钟的确认时间，一笔交易到最终确认大约需要1个小时。

这包括两个步骤：首先，将交易打包到候选块中，每个节点可以根据规则生成不同的候选块； 第二，节点挖矿成功，候选区块成功添加到区块链末尾。 成为最新的官方区块。

那么，将交易包含在区块中意味着什么？ 这就涉及到区块链最基本的数据结构，这也是其不可篡改的基础。

下面的讨论可能有点枯燥，但这是比特币和区块链最基础的知识。 我将尝试用通俗易懂的语言来解释它。

区块链之所以称为区块链，是因为它的数据块存储在一条链上。 从第一个块开始，即所谓的创世块，新块不断地连接到前一个块以形成链。

每个区块由两部分组成——区块头和区块数据。 其中比特币目前的区块高度，区块头中有一个指向上一个区块的哈希指针，这个哈希指针包含了上一个数据块的哈希值。 哈希值可以看作是数据块的指纹，即前一个块数据的指纹存储在后一个块的头部。 如果前一个区块中的数据被篡改过，数据和指纹就不会匹配，篡改就会被发现。 要更改一个块中的数据，必须相应地修改每个后续块。

比特币区块链设计有一种机制使得这种修改很难发生，这个我们后面讲“工作量证明”和“比特币挖矿”的时候会详细讨论。

一个区块中的数据就是打包到这个区块中的一系列交易。 这些交易按照既定规则进行打包比特币目前的区块高度，形成特定的二叉树数据结构——默克尔树（Merkle trees）。 根据目前比特币区块的大小，一个区块可以容纳的交易数量约为2000笔，例如第526957个区块容纳1804笔交易。

比特币区块链的数据结构包括两个哈希指针，两者都是不可篡改特性的数据结构基础。 一种是形成“区块+链”（block+chain）的链状数据结构，另一种是由哈希指针组成的默克尔树（见图1）。 链状数据结构，很容易发现某个区块中数据的修改； Merkle树的结构起着类似的作用，可以很容易地检测到其中任何交易数据的修改。

图一：比特币区块链的“区块链”和默克尔树