区块链数据以什么形式实时存储？

摘要： 为了更清晰地理解,我们可以从以下几个层面来解析：核心存储形式：链式数据结构这是区块链最直观的存储形式，想象一列火车，每一节车厢就是一个“区块”，它们通过“车钩”（链接）连接在一起，...

为了更清晰地理解,我们可以从以下几个层面来解析：

核心存储形式：链式数据结构

这是区块链最直观的存储形式，想象一列火车，每一节车厢就是一个“区块”，它们通过“车钩”（链接）连接在一起，形成一列“火车”（链）。

• 区块：是区块链中数据存储的基本单元,每个区块都包含三个核心部分：

  

  1. 区块头：这是区块的核心，包含了该区块的“元数据”和控制信息，而不是实际的交易数据本身，它主要包括：
     • 上一个区块的哈希值：这是链接的关键，它通过计算上一个区块头的信息得出的一个独一无二的“数字指纹”，这使得每个区块都与前一个区块紧密相连，任何对前一个区块的微小改动，都会导致这个哈希值发生巨大变化,从而破坏整个链的连续性。
     • 默克尔根：这是对当前区块内所有交易数据进行哈希运算后得到的“数字指纹”，它的作用是高效地验证一笔交易是否被包含在区块中，你只需要验证这笔交易的哈希是否在默克尔树中，而不需要下载整个区块的所有交易,大大提高了效率。
     • 时间戳：记录该区块被创建的时间。
     • 随机数：在“工作量证明”（PoW）等共识机制中，矿工需要不断调整这个值，以找到一个满足特定条件的哈希值，这个过程称为“挖矿”。
     • 版本号：表示区块链协议的版本。
  2. 区块体：这是区块的实际数据部分，主要包含一个交易列表，在比特币中，这里记录了所有的转账记录（谁转给谁多少钱）。

• 链：通过“上一个区块的哈希值”这个链接，每个新区块都被添加到前一个区块的后面，形成一条按时间顺序排列的、不可逆的链条，这就是“区块链”这个名字的由来。

  

数据的实际载体：分布式账本

区块链的数据并不是存储在中心化的服务器上，而是分布在网络中的每一个节点（参与网络的计算机）上。

• 去中心化存储：网络中的每个节点都保存着完整的、相同的区块链数据副本，没有单一的控制中心,数据由整个网络共同维护。
• 高容错性：即使部分节点的数据损坏或离线，只要网络中还有大多数节点（在共识机制下）正常工作，整个区块链的数据就是安全可靠的,数据不会因为单点故障而丢失。
• 数据一致性：通过共识机制（如工作量证明PoW、权益证明PoS等），网络中的所有节点会就哪个区块是有效的、应该添加到链的末端达成一致,确保了所有账本副本的一致性。

数据的组织与验证方式：默克尔树

默克尔树是一种高效的数据结构和验证方法,它极大地优化了区块链的数据处理。

• 结构：它是一种二叉树结构，最底层是所有交易的哈希值，两两配对并计算哈希，得到上一层的哈希值，这个过程不断重复，直到最后只剩下唯一的根节点，即默克尔根。
• 作用：
  • 高效验证：当你想验证一笔交易是否在一个包含上千笔交易的区块中时，你不需要下载和验证整个区块，你只需要提供这笔交易的哈希、以及它到默克尔根路径上的一系列“兄弟哈希”即可，任何一个节点都可以通过这些信息快速计算出默克尔根，并与区块头中的默克尔根进行比对,从而确认交易的真实性。
  • 数据完整性：如果区块体中的任何一笔交易被篡改，它对应的哈希值就会改变，这会像多米诺骨牌一样，一直向上影响到默克尔根，导致区块头中的默克尔根不匹配,默克尔根确保了区块内所有交易数据的完整性。

数据的不可篡改性：密码学保障

这是区块链安全性的基石,主要通过两种技术实现：

• 哈希函数：如SHA-256，它能把任意长度的数据转换成一个固定长度的、唯一的字符串（哈希值或数字指纹），它有两个关键特性：
  1. 单向性：无法从哈希值反推出原始数据。
  2. 抗碰撞性：几乎不可能找到两个不同的输入数据能生成相同的哈希值,微小的数据改动会导致哈希值发生巨大变化。
• 链式结构：如前所述，每个区块都通过上一个区块的哈希值来链接，如果要篡改一个旧区块中的数据，就必须重新计算该区块之后所有区块的哈希值，并且在算力足够强大的网络（如比特币）中，这种计算量是天文数字,几乎不可能实现。

区块链的数据就是以一种经过加密、按时间顺序链接、并且由全网共同验证的方式，存储在成千上万台计算机上的，这种设计赋予了区块链去中心化、透明、安全、可追溯等核心特性。