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什么是區(qū)塊頭？如何計算區(qū)塊頭的哈希值？

2023-07-24 10:03:41 | 來源： | 作者：佚名
這篇文章主要介紹了什么是區(qū)塊頭？如何計算區(qū)塊頭的哈希值？的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下本文詳細(xì)內(nèi)容介紹

區(qū)塊頭（Block Header）是區(qū)塊的一部分，它包含了區(qū)塊的元數(shù)據(jù)，例如區(qū)塊高度（Block Height）、時間戳（Timestamp）、難度值（Difficulty）、前一個區(qū)塊的哈希（Previous Block Hash）等。區(qū)塊頭的哈希值（Block Header Hash）是由區(qū)塊頭的內(nèi)容經(jīng)過一個特定的哈希函數(shù)（Hash Function）計算得到的一個固定長度的字符串，它可以用來驗證區(qū)塊的完整性和一致性。本文將介紹如何計算區(qū)塊頭的哈希值。

區(qū)塊頭的結(jié)構(gòu)

不同的區(qū)塊鏈可能有不同的區(qū)塊頭的結(jié)構(gòu)，但一般都包含以下幾個字段：

  • 區(qū)塊版本（Version）：表示區(qū)塊遵循的共識規(guī)則或者協(xié)議版本。
  • 前一個區(qū)塊的哈希（Previous Block Hash）：表示該區(qū)塊所鏈接的前一個區(qū)塊的哈希值，用來保證區(qū)塊鏈的連續(xù)性。
  • 默克爾根（Merkle Root）：表示該區(qū)塊包含的所有交易的哈希值經(jīng)過默克爾樹算法計算得到的一個哈希值，用來保證交易的完整性和一致性。
  • 時間戳（Timestamp）：表示該區(qū)塊生成或者驗證的時間，用來保證區(qū)塊鏈的順序性和同步性。
  • 難度值（Difficulty）：表示該區(qū)塊生成或者驗證所需的難度系數(shù)，用來保證區(qū)塊鏈的安全性和穩(wěn)定性。
  • 隨機數(shù)（Nonce）：表示該區(qū)塊生成或者驗證所使用的一個隨機數(shù)，用來保證區(qū)塊鏈的公平性和隨機性。

例如，在比特幣中，一個區(qū)塊頭由以下六個字段組成：

字段大小描述
區(qū)塊版本4字節(jié)表示區(qū)塊遵循的共識規(guī)則或者協(xié)議版本
前一個區(qū)塊的哈希32字節(jié)表示該區(qū)塊所鏈接的前一個區(qū)塊的哈希值
默克爾根32字節(jié)表示該區(qū)塊包含的所有交易的哈希值經(jīng)過默克爾樹算法計算得到的一個哈希值
時間戳4字節(jié)表示該區(qū)塊生成或者驗證的時間，以自1970年1月1日以來經(jīng)過的秒數(shù)表示
難度值4字節(jié)表示該區(qū)塊生成或者驗證所需的難度系數(shù)，以指數(shù)形式表示
隨機數(shù)4字節(jié)表示該區(qū)塊生成或者驗證所使用的一個隨機數(shù)

區(qū)塊頭的序列化

為了計算區(qū)塊頭的哈希值，我們需要先將區(qū)塊頭的內(nèi)容序列化（Serialize），即將各個字段按照一定的順序和格式轉(zhuǎn)換為一個字節(jié)串（Byte String）。不同的區(qū)塊鏈可能有不同的序列化方法，但一般都遵循以下幾個原則：

  • 每個字段都按照固定或者可變長度轉(zhuǎn)換為字節(jié)串。
  • 每個字段都按照小端序（Little Endian）或者大端序（Big Endian）存儲字節(jié)串。
  • 每個字段都按照預(yù)定好或者約定俗成的順序拼接成一個完整的字節(jié)串。

例如，在比特幣中，一個區(qū)塊頭的序列化方法如下：

  • 每個字段都按照固定長度轉(zhuǎn)換為字節(jié)串，其中區(qū)塊版本、時間戳、難度值和隨機數(shù)都是4字節(jié)，前一個區(qū)塊的哈希和默克爾根都是32字節(jié)。
  • 每個字段都按照小端序存儲字節(jié)串，即低位字節(jié)在前，高位字節(jié)在后。
  • 每個字段都按照以下順序拼接成一個完整的字節(jié)串：區(qū)塊版本 + 前一個區(qū)塊的哈希 + 默克爾根 + 時間戳 + 難度值 + 隨機數(shù)。

例如，對于區(qū)塊高度為400000的區(qū)塊頭，其各個字段的值和序列化后的字節(jié)串如下：

字段值字節(jié)串
區(qū)塊版本53687091200000020
前一個區(qū)塊的哈希

00000000000000000001eaef94e6

97cae4216042819d6e2c6ec1c959f8112b38

382b11f859c9c16e2c6e9d81426021e4

ca97e694efea01000000000000000000

默克爾根

eb9439ab4f13d3bd448b792d30a97e4

632e567d5e6e40c2d5c9a72f27edbddbd

bddddb7ef2729a5c2d0ce4e6d567e53246

7ea9302d798b44bdd3134fab3994eb

時間戳1445130204ea380462
難度值170a8bb4b48b0a17
隨機數(shù)31560273b283000

將以上六個字節(jié)串拼接起來，得到區(qū)塊頭的序列化后的字節(jié)串：

00000020382b11f859c9c16e2c6e9d81426021e4ca97e694efea01000000000000000000bddddb7ef2729a5c2d0ce4e6d567e532467ea9302d798b44bdd3134fab3994ebea380462b48b0a173b283000

區(qū)塊頭的哈希計算

有了區(qū)塊頭的序列化后的字節(jié)串，我們就可以計算區(qū)塊頭的哈希值了。不同的區(qū)塊鏈可能使用不同的哈希函數(shù)，但一般都遵循以下幾個原則：

  • 哈希函數(shù)必須是確定性的，即對于同一個輸入，無論在什么時候、什么地方、用什么設(shè)備計算，得到的輸出都是相同的。
  • 哈希函數(shù)必須是不可逆的，即給定一個輸出，無法推算出輸入，只能通過窮舉法來嘗試找到輸入。
  • 哈希函數(shù)必須是敏感的，即如果輸入稍微改變了一點點，那么經(jīng)過哈希函數(shù)計算，得到的輸出將會變得面目全非。
  • 哈希函數(shù)必須是碰撞抵抗的，即很難找到兩個不同的輸入，使得它們經(jīng)過哈希函數(shù)計算得到相同的輸出。

例如，在比特幣中，區(qū)塊頭的哈希計算方法如下：

  • 使用SHA-256哈希函數(shù)對區(qū)塊頭的序列化后的字節(jié)串進行一次哈希運算，得到一個32字節(jié)（256位）的中間結(jié)果。
  • 再使用SHA-256哈希函數(shù)對中間結(jié)果進行一次哈希運算，得到一個32字節(jié)（256位）的最終結(jié)果。
  • 將最終結(jié)果按照小端序存儲為一個十六進制字符串，即為區(qū)塊頭的哈希值。

例如，對于區(qū)塊高度為400000的區(qū)塊頭，其序列化后的字節(jié)串為：

00000020382b11f859c9c16e2c6e9d81426021e4ca97e694efea01000000000000000000bddddb7ef2729a5c2d0ce4e6d567e532467ea9302d798b44bdd3134fab3994ebea380462b48b0a173b283000

使用SHA-256哈希函數(shù)對其進行一次哈希運算，得到中間結(jié)果：

969d0e7028705a4ca408430f5d2bcb05acbcd6c3350f43a838714a2ba5db94f0

再使用SHA-256哈希函數(shù)對中間結(jié)果進行一次哈希運算，得到最終結(jié)果：

81fe05a0cea1efb23bab24d71e85c5d5eb92c922305755000000000000000000

將最終結(jié)果按照小端序存儲為一個十六進制字符串，得到區(qū)塊頭的哈希值：

000000000000000000055730c92292ebd5c5851e7d24ab3ba2efc1cea0b5fe81

這個區(qū)塊頭的哈希值與區(qū)塊鏈瀏覽器等第三方服務(wù)顯示的區(qū)塊哈希一致，說明我們計算正確了。

結(jié)論

綜上所述，計算區(qū)塊頭的哈希值的方法是將區(qū)塊頭的內(nèi)容序列化為一個字節(jié)串，然后使用一個特定的哈希函數(shù)對其進行兩次哈希運算，得到一個固定長度的字符串，再按照小端序存儲為一個十六進制字符串。計算區(qū)塊頭的哈希值的目的是驗證區(qū)塊的完整性和一致性，以及保證區(qū)塊鏈的安全性和穩(wěn)定性。計算區(qū)塊頭的哈希值的難度是由難度值決定的，難度值越高，表示需要更多的計算力和時間來找到一個滿足條件的區(qū)塊頭的哈希值。

以上就是什么是區(qū)塊頭？如何計算區(qū)塊頭的哈希值？的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于詳解區(qū)塊頭的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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