比特幣交易單號hash值

小白如何秒懂區塊鏈中的哈希計算

小白如何秒懂區塊鏈中的哈希計算

當我在區塊鏈的學習過程中，發現有一個詞像幽靈一樣反復出現，「哈希」，英文寫作「HASH」。

那位說「拉稀」同學你給我出去！！

這個「哈希」據說是來源於密碼學的一個函數，嘗試搜一搜，論文出來一堆一堆的，不是橫式就是豎式，不是表格就是圖片，還有一堆看不懂得xyzabc。大哥，我就是想了解一下區塊鏈的基礎知識，給我弄那麼難幹啥呀？！我最長的密碼就是123456，復雜一點的就是654321，最復雜的時候在最後加個a，你給我寫的那麼復雜明顯感覺腦力被榨乾，僅有的腦細胞成批成批的死亡！為了讓和我一樣的小白同學了解這點，我就勉為其難，努力用傻瓜式的語言講解一下哈希計算，不求最准確但求最簡單最易懂。下面我們開始：

#一、什麼是哈希演算法

##1、定義：哈希演算法是將任意長度的字元串變換為固定長度的字元串。

從這里可以看出，可以理解為給**「哈希運算」輸入一串數字，它會輸出一串數字**。

如果我們自己定義「增一演算法」，那麼輸入1，就輸出2；輸入100就輸出101。

如果我我們自己定義「變大寫演算法」，那麼輸入「abc」輸出「ABC」。

呵呵，先別打我啊！這確實就只是一個函數的概念。

##2、特點：

這個哈希演算法和我的「增一演算法」和「變大寫演算法」相比有什麼特點呢？

1）**確定性，算得快**：咋算結果都一樣，算起來效率高。

2）**不可逆**：就是知道輸出推不出輸入的值。

3）**結果不可測**：就是輸入變一點，結果天翻地覆毫無規律。

總之，這個哈希運算就是個黑箱，是加密的好幫手！你說「11111」，它給你加密成「」，你說「11112」它給你弄成「」。反正輸入和輸出一個天上一個地下，即使輸入相關但兩個輸出毫不相關。

#二、哈希運算在區塊鏈中的使用

##1、數據加密

**交易數據是通過哈希運算進行加密，並把相應的哈希值寫入區塊頭**。如下圖所示，一個區塊頭包含了上一個區塊的hash值，還包含下一個區塊的hash值。

1）、**識別區塊數據是否被篡改**：區塊鏈的哈希值能夠唯一而精準地標識一個區塊，區塊鏈中任意節點通過簡單的哈希計算都可以獲得這個區塊的哈希值，計算出的哈希值沒有變化也就意味著區塊鏈中的信息沒有被篡改。

2）、**把各個區塊串聯成區塊鏈**：每個區塊都包含上一個區塊的哈希值和下一個區塊的值，就相當於通過上一個區塊的哈希值掛鉤到上一個區塊尾，通過下一個區塊的哈希值掛鉤到下一個區塊鏈的頭，就自然而然形成一個鏈式結構的區塊鏈。

##2、加密交易地址及哈希

在上圖的區塊頭中，有一個Merkleroot（默克爾根）的哈希值，它是用來做什麼的呢？

首先了解啥叫Merkleroot？它就是個二叉樹結構的根。啥叫二叉樹？啥叫根？看看下面的圖就知道了。一分二，二分四，四分八可以一直分下去就叫二叉樹。根就是最上面的節點就叫根。

這個根的數據是怎麼來的呢？是把一個區塊中的每筆交易的哈希值得出後，再兩兩哈希值再哈希，再哈希，再哈希，直到最頂層的數值。

這么哈希了半天，搞什麼事情？有啥作用呢？

1）、**快速定位每筆交易**：由於交易在存儲上是線性存儲，定位到某筆交易會需要遍歷，效率低時間慢，通過這樣的二叉樹可以快速定位到想要找的交易。

舉個不恰當的例子：怎麼找到0-100之間的一個任意整數？（假設答案是88）那比較好的一個方法就是問：1、比50大還是小？2、比75大還是小？3、比88大還是小？僅僅通過幾個問題就可以快速定位到答案。

2）、**核實交易數據是否被篡改**：從交易到每個二叉樹的哈希值，有任何一個數字有變化都會導致Merkleroot值的變化。同時，如果有錯誤發生的情況，也可以快速定位錯誤的地方。

##3、挖礦

?在我們的區塊頭中有個參數叫**隨機數Nonce，尋找這個隨機數的過程就叫做「挖礦」**！網路上任何一台機器只要找到一個合適的數字填到自己的這個區塊的Nonce位置，使得區塊頭這6個欄位（80個位元組）的數據的哈希值的哈希值以18個以上的0開頭，誰就找到了「挖到了那個金子」！既然我們沒有辦法事先寫好一個滿足18個0的數字然後反推Nounce，唯一的做法就是從0開始一個一個的嘗試，看結果是不是滿足要求，不滿足就再試下一個，直到找到。

找這個數字是弄啥呢？做這個有什麼作用呢？

1）、**公平的找到計算能力最強的計算機**：這個有點像我這里有個沙子，再告訴你它也那一個沙灘的中的一粒相同，你把相同的那粒找出來一樣。那可行的辦法就是把每一粒都拿起來都比較一下！那麼比較速度最快的那個人是最有可能先早到那個沙子。這就是所謂的「工作量證明pow」，你先找到這個沙子，我就認為你比較的次數最多，乾的工作最多。

2）、**動態調整難度**：比特幣為了保證10分鍾出一個區塊，就會每2016個塊（2周）的時間計算一下找到這個nonce數字的難度，如果這2016個塊平均時間低於10分鍾則調高難度，如高於十分鍾則調低難度。這樣，不管全網的挖礦算力是怎麼變化，都可以保證10分鍾的算出這個隨機數nonce。

#三、哈希運算有哪些？

說了這么多哈希運算，好像哈希運算就是一種似的，其實不是！作為密碼學中的哈希運算在不斷的發展中衍生出很多流派。我看了」滿頭包」還是覺得內在機理也太復雜了，暫時羅列如下，小白們有印象知道是怎麼回事就好。

從下表中也可以看得出，哈希運算也在不斷的發展中，有著各種各樣的演算法，各種不同的應用也在靈活應用著單個或者多個演算法。比特幣系統中，哈希運算基本都是使用的SHA256演算法，而萊特幣是使用SCRYPT演算法，誇克幣（Quark）達世幣（DASH）是把很多演算法一層層串聯上使用，Heavycoin（HAV）卻又是把一下演算法並聯起來，各取部分混起來使用。以太坊的POW階段使用ETHASH演算法，ZCASH使用EQUIHASH。

需要說明的是，哈希運算的各種演算法都是在不斷升級完善中，而各種幣種使用的演算法也並非一成不變，也在不斷地優化中。

**總結**：哈希運算在區塊鏈的各個項目中都有著廣泛的應用，我們以比特幣為例就能看到在**數據加密、交易數據定位、挖礦等等各個方面都有著極其重要的作用**。而哈希運算作為加密學的一門方向不斷的發展和延伸，身為普通小白的我們，想理解區塊鏈的一些基礎概念，了解到這個層面也已經足夠。

『貳』 比特幣中怎麼證明是自己挖礦成功而不是其他人呢

比特幣中怎麼證明是自己挖礦成功，而不是其他人呢？

我們知道了信息計算Hash打包的過程：交易記錄、時間、賬本序號、上一個Hash值。也知道所有的計算和存貯是需要消耗計算機資源。在中本聰的設計里，完成記賬可以獲得系統給與比特幣獎勵，這個過程也就是比特幣發行過程，因此把記賬成為挖礦。記賬工作因為記賬是有獎勵，每次記賬都可以為自己增加一定個數的比特幣，因此大家爭相記賬，當然能也就引發了問題：出現記賬不一致的是後，系統引入工作量證明來解決這個問題，規則如下：

1.在一段時間內，只有一個人能記賬成功。

2.通過解決密碼學難題競爭獲得唯一記賬權3.其他節點復制記賬結果不過在進行工作量證明之前，記賬節點會做進行如下准備工作：1.收集廣播中還沒有被記錄賬本的原始交易信息2.檢查每個交易信息中付款地址有沒有足夠的余額3.驗證交易是否有正確的簽名4.把驗證通過的交易信息進行打包記錄5.添加一個獎勵交易：給自己的地址增加12.5比特幣如果爭奪記賬權成功的話，就可以得到12.5比特幣的獎勵。工作量證明每次記賬的時候會把上一個塊的Hash值和當前的賬頁信息一起作為原始信息進行Hash。為了確保10分鍾前後只有一個人可以記賬，就只有提高記賬的難度，用Hash的結果必須以若干個0開頭。為了滿足條件，進行Hash是引入一個隨機數變數。用偽代碼表示一下：1.Hash(上一個Hash值，交易記錄集) = 456635BCD2.Hash(上一個Hash值，交易記錄集，隨機數) = 0000aFD635BCD改變Hash的原始信息的一部分，Hash值也會不斷變化，因此在運行Hash的時候，不斷改變隨機數的值，總可以找到一個隨機數使得Hash的結果以若干個0開頭，率先找到隨機數的節點從此獲得記賬的唯一記賬權。驗證在節點成功找到Hash值之後，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網路的節點收到廣播後會對其進行驗證。如果驗證通過，表明已經有節點成功解密，就不會在競爭當前區塊，而是選擇接受區塊，記錄到自己的賬本中，進行下一輪競爭猜謎。網路中只有最快解密的區塊才會添加到賬本中，其他的節點進行復制，確保整個賬本的唯一性。如果節點有作弊行為，會導致網路的節點驗證不通過，直接放棄其打包的區塊，也無法記錄到總賬本中，那麼作弊節點的消耗成本就白費了。因此礦工自覺的遵守比特幣系統的共識協議，也確保整個系統的安全。這個問題就好像你去工地搬磚，搬完一天磚，包工頭問你你怎麼證明自己一天在工地搬磚呢？

『叄』 比特幣交易構成 你知道多少

交易類型
產量交易(Generation)
每個Block都對應一個產量交易(Generation TX)，該類交易是沒有輸入交易的，挖出的新幣是所有幣的源頭。
合成地址交易(Script Hash)
該類交易的接收地址不是通常意義的地址，而是一個合成地址，以3開頭，需要幾對公私鑰一起生成合成地址，在生成過程中可以指定，幾對公私鑰中的幾個簽名以後，就可以消費該地址的比特幣。
通用地址交易(Pubkey Hash)
該類是最常見的交易類型，由N個輸入、M個輸出構成。
輸入和輸出可以御橋旦簡單的理解成，發出幣的地址就是輸入，收到幣的地址就是輸出。
數據結構

字鎮擾段
數據類型
欄位大小
欄位描述
versionuint32_t
4交易數據結構的版本號tx_in countvar_int1+輸入交易的數量tx_intx_in[]41+輸入交易的數組，每個輸入=41位元組
tx_out countvar_int1+輸出地址的數量tx_outtx_out[]9+輸入地址的數組，每個輸入=9位元組lock_timeuint32_t4
lock_time是一個多意欄位，表示在某個高度的Block之前或某個時間點之前該交易處於鎖消慎定態，無法收錄進Block。

值
含義
0立即生效 500000000含義為Block高度，處於該Block之前為鎖定（不生效）= 500000000含義為Unix時間戳，處於該時刻之前為鎖定（不生效）
若該筆交易的所有輸入交易的sequence欄位，均為INT32最大值(0xffffffff)，則忽略lock_time欄位。否則，該交易在未達到Block高度或達到某個時刻之前，是不會被收錄進Block中的。
示例
為了演示方便，我們讀取稍早期的塊數據，以高度116219 Block為例。
# ~ bitcoind getblock
{
hash : ,
confirmations : 144667,
size : 1536,
height : 116219,
version : 1,
merkleroot : ,
tx : [
,
,
,
,

],
time : 1301705313,
nonce : 1826107553,
bits : 1b00f339,
difficulty : 68977.78463021,
previousblockhash : ,
nextblockhash :
}
該Block裡面有5筆交易，第一筆為Generation TX，解析出來看一下具體內容：
# ~ bitcoind getrawtransaction 1
{
hex : ,
txid : ,
version : 1,
locktime : 0,
vin : [
{
coinbase : 0439f3001b0134,
sequence : 4294967295
}
],
vout : [
{
value : 50.01000000,
n : 0,
scriptPubKey : {
asm : OP_CHECKSIG,
hex : 41ac,
reqSigs : 1,
type : pubkey,
addresses : [

]
}
}
],
blockhash : ,
confirmations : 145029,
time : 1301705313,
blocktime : 1301705313
}
Generation TX的輸入不是一個交易，而帶有coinbase欄位的結構。該欄位的值由挖出此Block的人填寫，這是一種「特權」：可以把信息寫入貨幣系統(大家很喜歡用系統中的數據結構欄位名來命名站點，例如blockchain、coinbase等，這些詞的各種後綴域名都被搶注一空)。中本聰在比特幣的第一個交易中的寫入的coinbase值是：
coinbase:722062616e6b731
將該段16進制轉換為ASCII字元，就是那段著名的創世塊留言：
The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second lout for banks1
接下來展示的是一個三個輸入、兩個輸出的普通交易：
# ~ bitcoind getrawtransaction 1
{
hex : ,
txid : ,
version : 1,
locktime : 0,
vin : [
{
txid : ,
vout : 0,
scriptSig : {
asm : 01 ,
hex :
},
sequence : 4294967295
},
{
txid : ,
vout : 1,
scriptSig : {
asm : 01 ,
hex :
},
sequence : 4294967295
},
{
txid : ,
vout : 1,
scriptSig : {
asm : 1d01 ,
hex :
},
sequence : 4294967295
}
],
vout : [
{
value : 0.84000000,
n : 0,
scriptPubKey : {
asm : OP_DUP OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG,
hex : 76a91488ac,
reqSigs : 1,
type : pubkeyhash,
addresses : [

]
}
},
{
value : 156.83000000,
n : 1,
scriptPubKey : {
asm : OP_DUP OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG,
hex : 76a91488ac,
reqSigs : 1,
type : pubkeyhash,
addresses : [

]
}
}
],
blockhash : ,
confirmations : 147751,
time : 1301705313,
blocktime : 1301705313
}5859606162636465666768
欄位hex記錄了所有相關信息，後面顯示的是hex解析出來的各類欄位信息。下面把逐個分解hex內容(hex可以從上面的直接看到)：
01000000 // 版本號，UINT32
03 // Tx輸入數量，變長INT。3個輸入。
/*** 第一組Input Tx ***/
// Tx Hash，固定32位元組

00000000 // 消費的Tx位於前向交易輸出的第0個，UINT32，固定4位元組
8a // 簽名的長度, 0x8A = 138位元組
// 138位元組長度的簽名，含有兩個部分：公鑰+簽名
47 // 簽名長度，0x47 = 71位元組
01
41 // 公鑰長度，0x41 = 65位元組

ffffffff // sequence，0xffffffff = 4294967295， UINT32, 固定4位元組
/*** 第二組Input Tx。與上同理，省略分解 ***/
ffff
/*** 第三組Input Tx ***/
2fffffffff
02 // Tx輸出數量，變長INT。兩個輸出。
/*** 第一組輸出 ***/
00bd010500000000 // 輸出的幣值，UINT64，8個位元組。位元組序需翻轉，~= 0x000000000501bd00 = 84000000 satoshi
19 // 輸出目

『肆』 比特幣計算

比特幣計算需要以下參數：
1、block的版本 version
2、上一個block的hash值: prev_hash
3、需要寫入的交易記錄的hash樹的值: merkle_root
4、更新時間: ntime
5、當前難度: nbits

挖礦的過程就是找到x使得
SHA256(SHA256(version + prev_hash + merkle_root + ntime + nbits + x )) < TARGET

上式的x的范圍是0~2^32, TARGET可以根據當前難度求出的。除了x之外，還可以嘗試改動merkle_root和ntime。由於hash的特性，找這樣一個x只能暴力搜索。
一旦計算者A找到了x，就可以廣播一個新的block，其他客戶端會驗證計算者A發布的block是否合法。
如果發布的block被接受，由於每個block中的第一筆交易必須是將新產生25個比特幣發送到某個地址，當然計算者A會把這個地址設為計算者A所擁有的地址來得到這25個比特幣。

『伍』 數字貨幣交易中,H.和M都代表什麼

H代表價格，通常指的是貨幣對的交易價格，例棚羨如BTC/USD（比特幣對美元），ETH/BTC（以太坊對比特幣）等等。價格的變化會影響到數字貨幣的價值。
M代表數量，通常指拆和讓的是你要買入或賣出的數字貨幣數量。數量的旅局變化會影響到你的交易成本和交易收益。