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NBA:区块链入门 | 一文看懂比特币新区块产生的过程_coinbase中国用户注册验证

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这是博主挖矿科普专辑的第二篇内容,承接上一篇“比特币交易的过程”,继续通过分析比特币交易从发起到确认的全过程来一睹比特币挖矿的全貌。

比特币交易的过程实质上是一堆UTXO消耗和产生的过程,这些过程由交易发起方按照比特币协议规定的方式构造交易信息,并由比特币网络产生的新区块记录和确认,一旦交易信息由比特币区块记录并确认,交易便完成了,比特币网络也就实现了价值的转移。

在“比特币交易的过程”一文中,我们已经知道比特币的交易信息是如何构造的,但是这些信息又是如何进入比特币新区块的呢?

接下来博主将通过比特币新区块产生的过程来具体说明比特币区块是如何记录并确认交易信息的。

这里需要先安利几个知识点:

交易池,英文名称:mempool,又叫内存池,是用来存储待确认交易的地方,每个比特币挖矿节点均有自己独立的交易池,因交易池体积,最低交易费比例限制等不同,各节点的交易池也不相同。矿工在构造预备区块时,需要从交易池中选择要打包的交易。由于交易池经常被调用,它的数据被存放在节点服务器的RAM中,这就意味着交易池的体积不会太大。

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挖矿节点,在比特币网络中,参与记录和验证比特币交易和区块的是一个个保存比特币数据的节点。其中有一部分节点,不仅参与记录和验证的工作,还参与比特币新区块的创建工作,他们构造新区块,并通过PoW工作量证明竞争记账权,进而获得创建新区块的权限,这部分节点是挖矿节点。早期的挖矿节点有矿工,也有矿池,但当前由于比特币挖矿难度太高,单个矿工很难赢取记账权,创建新区块。目前主要的比特币挖矿节点,是各家矿池,如F2Pool,Poolin,BTC.com,Antpool,Slushpool等。

声音 | 席月民:区块链技术客观上适应了数据合规与个人信息保护的新要求:据经济参考报8月14日消息,中国社会科学院法学研究所研究员席月民发文《完善数据法治建设面临三重考验》,文章表示,区块链技术客观上适应了数据合规与个人信息保护的新要求,在数据安全方面发挥出重要作用。作为互联网数据记录、传播和存储的一种新方式,它通过共识机制和加密技术形成了一个去中心化的分布式数据库,并以独立、可靠、开放、透明、安全、可追溯为其显著特征,从而实现了互联网从信息传播向价值转移的转变以及多方信息的安全维护。由于区块链的共识机制适用于不同的应用场景,因此在效率和安全之间取得了必要平衡。问题在于,当前区块链技术在大规模应用层面仍面临一些技术难题,既需要解决机构或企业数据隐私安全与共享、验证之间的矛盾,也需要保证数据全程加密情形下的系统高性能运行。虽然市场上的一些区块链企业试图通过哈希函数算哈希值的方式来保护隐私,但从效果看并不尽如人意,仍存在一定的技术缺陷。[2019/8/15]

UTXO库,比特币节点通过扫描节点所有交易信息,构建的UTXO集群。它包含所有未被消耗的UTXO。每当新区块产生后,UTXO库会将新区块中消耗掉的UTXO从自己的列表中删除,将新产生的UTXO加入到自己的列表中。

现场 | 邹涛:场景驱动的区块链生态才是好的生态:金色财经现场报道,蚂蚁金服集团创新科技事业部商务总监邹涛在10月10日举行的2018可信区块链峰会-金融区块链技术与应用峰会上表示,“生态”几乎成为所有ICO白皮书中最高频的词汇,但是缺乏场景支持的生态必然乱象丛生。当前区块链产业最大的困惑在于模式不清,盈利缺失。而好的区块链项目、区块链生态要具备三点要素:解决实体痛点、创造增值价值、模式可持续。邹涛表示,蚂蚁金服将积极参与行业生态组织,联合高校攻克核心技术,同时探索项目落地。邹涛强调,“用户价值”的创造是蚂蚁区块链唯一的努力方向。[2018/10/10]

Coinbase奖励,又叫创币交易。比特币协议规定,每产生一个新的比特币区块,比特币网络就会产生N个比特币,作为维护比特币网络的奖励支付给创建这个区块的矿工。同时,此区块中Coinbase奖励之外的其他交易包含的所有交易费,也会合并在Coinbase奖励中,一起支付给创建这个区块的矿工。其中,N的数值在比特币诞生时为50,此后大约每4年减半一次,目前为6.25,比特币网络以这种减半的方式来控制比特币的总量。Coinbase奖励是每个区块记录的第一笔交易。

声音 | 瑞士“猎户座”公司联合创始人:区块链产业最大挑战是公众认知:新华社今日发文表示,一些从业者认为,区块链产业潜力巨大,但从某种程度上来看目前还处在一个相对初级的阶段。瑞士“猎户座”公司联合创始人约阿娜·帕夫卢克认为,区块链产业目前发展的最大挑战是公众认知问题,公众只有真正了解这一技术之后才能认识到区块链的优势。[2018/7/21]

待确认的交易会先进入交易池中

当我们要发起一笔比特币交易时,交易发起方构造好交易信息,此时的交易信息是待确认的交易,它包含交易输入信息和交易输出信息。

待确认交易在经过验证后,由交易发起方向比特币网络广播,比特币网络中的节点,均可验证和收录广播的信息。其中,挖矿节点会在收到广播后,验证待确认交易信息,验证通过后,挖矿节点会将待确认交易加入到自己的交易池中。

图1待确认交易进入交易池

全国政协委员肖新光:区块链带来的安全问题和社会风险已非常突出:近日,全国政协委员、安天实验室首席架构师肖新光接受采访时表示,区块链本身所拥有的技术价值和所能解决的问题在一定程度上被夸大了。从当前区块链面临的安全问题来看,区块链所带来的安全价值尚未凸显,但其带来的新的相关安全问题和社会风险反而已经非常突出。对区块链技术,当前有明显的泡沫化和炒作的倾向。[2018/5/4]

需要验证的交易信息包括:

交易是否包含有效的输入和输出钱包地址;

交易体积是否小于区块的最大体积;

输入的UTXO是否合法;

交易输入总额和输出总额是否合理;

判断交易的输入是否有来自Coinbase的奖励,该奖励对应的币需至少有100个区块确认才能可以使用;

确认交易池中没有重复交易;

交易设置的交易费高于mempool的交易费比例限制,以及其他验证。

挖矿节点从交易池中选择交易,构造预备区块

当挖矿节点要构造预备区块,准备生成新区块时,会按照优先级排序,从交易池中取待确认交易。预备区块通常会预留一定空间给高优先级的交易,剩下的空间会按照交易费比例由高到低顺序一直把区块加满或者把交易池的交易用光。

但比特币区块中不仅仅包含从交易池中取的待确认交易。按照比特币协议规定,比特币的区块主要包括五个部分:魔数,区块大小,区块头,交易计数器和交易信息。如下图:

图2比特币区块的结构

其中,“魔数”是一个值为0xD9B4BEF9的常数;“区块体积”是本区块所有数据的总体积;“区块头”是可以看作是整个区块的缩略信息,挖矿用到的区块信息就是区块头;“交易计数器”用来记录区块中交易的数量;“交易数据”是区块所包含的所有交易信息,包括Coinbase奖励部分,一般来说,这部分数据占了整个区块绝大部分空间。

在比特币区块中,区块头是最为关键的一个信息。它包含整个区块的所有特征信息:

区块版本号。创建区块的比特币节点的版本信息,用于追踪比特币协议的升级和更新情况;

前一个区块的哈希值。又叫做父区块哈希,用来定位上一个区块。每一个区块都包含它的上一个区块的哈希值,针对任何一个区块的任何一个微小的改动,都会使后续区块的哈希值产生巨大的变化,如此环环相扣,确保比特币所有区块形成一条单一的链式结构,可以有效防止恶意篡改比特币区块数据的行为。

MerkleRoot哈希。在区块的交易数据列表中,取所有交易数据的哈希值,构建Merkle树,这个Merkle树的根哈希值,即为MerkleRoot哈希。如下图:

图3交易数据的Merkle树结构

由于哈希算法的敏感性,整个交易的Merkle树中任何一个交易数据有微小的改动,都会产生联动效果,导致Merkle树的根哈希值出现巨大变化。因此交易数据的Merkle树根哈希值可以看作是整个交易的指纹,用来指代区块中的交易数据。

时间戳。创建预备区块的时间。

当前目标哈希值。比特币协议规定,矿工创建的预备区块的哈希值小于目标哈希值时,这个区块才算有效。目标哈希值由挖矿难度确定,当挖矿难度变大时,目标哈希值变小,矿工要找到符合比特币网络要求的哈希值就越困难。按照当前的挖矿难度,要找到低于目标哈希值的哈希值,理论上需要一台S17矿机连续工作42年时间。因此,现在基本不存在个人自建节点挖比特币的情况。

随机数。又叫Nonce。我们可以发现,区块头信息中,区块版本号,前一个区块的哈希值,MerkleRoot哈希值,时间戳,以及当前目标哈希,都是已知信息,相对固定,不便随意更改。因此,如果要调整预备区块的哈希值,就需要引入一个可变的数据——随机数。修改随机数,就可以调整预备区块的哈希值。

挖矿节点构建好预备区块后,就会将区块头信息下发给矿工,矿工通过不断调整区块头中的随机数来变更预备区块的哈希值,当预备区块的哈希值低于比特币网络当前目标哈希值时,这个区块就是一个合法新区块。

挖矿节点会及时地向比特币网络广播新区块,比特币网络中其他比特币节点在接到广播信息后,对新区块进行验证,验证通过后,将新区块加入本地,并延长节点的区块链。此时,新区块创建并确认完毕,对应交易也完成了。

参考资料:比特币源码分析比特币区块头比特币目标哈希值比特币区块结构精通比特币

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