數據如何在區塊鏈中處理和存儲

2022年09月16日09:20:30 科技 1397

隨著區塊鏈技術接管網路，用戶仍然發現理解傳統網路技術和 web3 技術之間的區別具有挑戰性。

在本文中，我們將分解區塊鏈的位置、區塊鏈的存儲位置以及數據在其中的處理方式。

區塊鏈技術基礎

簡單地說，區塊鏈是一個在網路中的多台計算機之間共享和同步的資料庫。在區塊鏈中，交易安全地存儲在對等計算機網路中，也稱為節點。它使用哈希，這是一個不可更改的加密簽名。散列將每種類型的數據轉換為一組獨特的字元，提高了區塊鏈的完整性。區塊鏈技術的關鍵特徵是透明性、安全性和不變性。這意味著交易一旦被記錄，就無法更改或刪除。

要想清楚地了解區塊鏈存儲在哪裡，我們首先要清楚地了解傳統網路是如何存儲和處理信息的。

數據的傳統存儲方式

在傳統的 Web 中，計算機將數據存儲在具有表、行和列的集中式資料庫中，資料庫管理員可以讀取、寫入、更新或刪除這些數據。

集中式資料庫更易於管理且可擴展性強；但是，缺乏透明度、安全性和完整性。這與透明且不可變的區塊鏈網路非常不同。

區塊鏈中的交易是如何發生的

要在區塊鏈中進行交易，必須存在區塊鏈的三個組成部分：節點、區塊和礦工。

1. 節點

節點可以是連接到區塊鏈網路以驗證和中繼交易的任何計算機。區塊鏈上的所有節點都鏈接在一起，它們經常相互交換最新數據，確保所有節點都是最新的。

節點的三個主要角色是：驗證區塊鏈上的交易，並根據真實性接受或拒絕交易。在區塊鏈上存儲區塊交易。與區塊鏈上的其他節點共享交易信息。

2. 區塊

在區塊鏈中，區塊是單個、唯一的交易記錄單元。區塊可以根據它們在網路中的角色來區分。

• 創世塊：網路中的創始塊。換句話說，區塊鏈中的第一個區塊。該塊通過允許創建和鏈接後續塊使網路不可變。
• 有效區塊：已開採且現在是區塊鏈一部分的區塊。有效塊包含已被礦工驗證/驗證的交易。
• 孤塊：不再屬於區塊鏈網路的塊。孤立塊是在同時挖掘多個塊但未添加到區塊鏈時創建的被拒絕塊。
• 礦工

在區塊鏈上添加新交易的過程稱為挖礦。礦工驗證/驗證交易，然後將其添加到區塊鏈中。

交易如何發生

區塊鏈交易生命周期分為三個階段：身份驗證、授權和工作量證明（PoW）。

1. 認證

在進行任何交易之前，用戶必須使用錢包的私鑰成功驗證自己的身份。最流行的身份驗證方法是使用助記詞。

種子短語是一組隨機選擇的單詞，代表一長串隨機數字和字母（您的私鑰）。

私鑰如下所示：

0C28FCA386C7A227600B2FE50B7CAE11EC86D3BF1FBE471BE89827E19D72AA1D

這有點難記住，所以我們使用這樣的助記詞：

spare govern hawk eternal decline session load grace peasant west bargain always meadow ensure quality hill neglect hand toss lyrics stereo call snap about

通常，使用助記詞訪問你的錢包比使用你的私鑰更容易，因為它更容易記住。種子短語身份驗證增強了區塊鏈交易的匿名性和隱私性，因為沒有中心機構管理身份驗證。

2.授權

授權是指網路上的每個節點都相互同意以批准交易。換句話說，在區塊鏈中，必須達成共識才能驗證交易。一旦滿足智能合約設定的標準，節點將批准交易。

交易獲得批准後，將存儲在區塊鏈上。一旦交易存儲在區塊鏈上，就無法更改。

3.工作證明（PoW）

簡而言之，工作量證明是加密貨幣礦工用來驗證交易的複雜演算法。使用此演算法，您可以確認交易以在區塊鏈中創建新塊。

礦工們相互競爭以完成這個複雜的演算法，因為每次將新區塊添加到鏈中時，他們都會獲得經濟補償。這是因為解決這些複雜的演算法需要大量的計算能力。

權益證明（PoS）：權益證明是區塊鏈中使用的替代共識機制。通過權益證明，持有最多網路原生貨幣的成員擁有驗證交易的最大權力。

數據如何存儲在區塊鏈中

在區塊鏈中，數據由網路中的所有節點訪問、驗證和記錄。那麼區塊的實際內容是什麼，區塊鏈中存儲了哪些類型的數據呢？

區塊有兩個部分：標題和正文。標頭是區塊的一部分，包含用於標識塊的信息，而主體是區塊的包含數據（事務）的部分。

塊頭

塊頭包含與區塊關聯的元數據。

元數據是：

• 塊的版本。包含區塊版本號的 4 位元組欄位。區塊的版本號指定驗證區塊的規則。例如，在比特幣中，有 4 個區塊版本，每個版本都是對前一個區塊規則的改進。
• 前一個區塊的哈希。區塊的身份。它是一組獨特的字元串，用於標識特定區塊並將其與下一個塊聯繫起來，形成一個塊鏈。換句話說，每個新塊都是從前一個區塊的哈希生成的。

• 時間。區塊被散列時的時間戳。
• 默克爾樹。Merkle 樹是一種數據結構演算法，其中每個節點都用區塊的加密哈希標記。Merkle 樹使用 Merkle 根數學公式來驗證網路中的數據。這是為了在區塊鏈中高效和安全地驗證數據。
• 位。存儲難度目標，這是一個 4 位元組的文件，指定礦工為了驗證交易而解決的數學問題的難度。
• 隨機數。隨機數（使用一次的數字）是一個隨機數，用於獲取區塊的哈希值。定位隨機數是礦工在驗證區塊時所做的事情。難度目標必須等於或小於要驗證的區塊的隨機數。

此元數據在比特幣網路中是公開的，並且始終可以使用Etherscan[1]或Blockchair[2]等區塊鏈瀏覽器進一步探索和查看。

塊體

區塊的主體是存儲塊的所有交易的地方。一個區塊最多可以容納 500 筆交易，比特幣網路就是這種情況。區塊的大小越大，區塊鏈中的交易就越快。

區塊鏈的類型及其存儲數據的方式

不同的區塊鏈具有不同的數據結構。讓我們回顧一下比特幣和以太坊網路中數據的結構。

比特幣

比特幣是第一個加密貨幣，也是區塊鏈技術的第一個實際應用。比特幣中的交易可以使用未使用的交易輸出 (UTXO) 進行建模。UTXO 是指交易發生後剩餘的比特幣數量。

UTXO 資料庫存儲來自比特幣交易的變化。該資料庫的初始狀態為 0。隨著事務數量的增加，資料庫中充滿了來自多個事務的更改條目。

到交易完成時仍未使用的任何輸出都將作為輸入存回資料庫，以在後續交易中使用。

每個比特幣交易中都會提供以下元數據：

• tx_in count：交易輸入的總數。
• tx_ins：保存所有交易輸入的列表。
• tx_out count：交易輸出的總數。
• tx_outs：所有交易輸出的列表。
• 腳本見證：此文件包含所有 SegWit 交易見證數據的序列化。
• 鎖定時間：指定交易何時可以包含在區塊鏈中。它是一個 4 位元組的值，用於指定交易的塊號或時間戳，直到它被鎖定。它通常設置為 0，這意味著交易在區塊完成後立即生效。

以太坊

比特幣的主要限制是可擴展性，這意味著比特幣網路中的單個區塊只能容納 1MB 的數據。以太坊網路是使用trie數據結構構建的，以解決比特幣網路面臨的性能和可擴展性挑戰。

trie ，通常稱為數字樹，是一種數據結構方法，包含一組通過節點之間的鏈接連接的字元串。以太坊網路有四種嘗試：狀態、存儲、交易和接收嘗試。

• State trie：存儲臨時網路數據，例如賬戶密鑰、交易數量、地址和賬戶餘額。隨著事務的發生，狀態樹的數據會不斷更新。基本上，狀態樹將地址映射到帳戶狀態。
• Storage trie：存儲智能合約數據。它保存帳戶數據，例如帳戶餘額和與帳戶關聯的交易數量。每個以太坊賬戶都有自己的存儲嘗試。
• transaction trie：事務樹特定於每個塊。Transaction trie 捕獲交易請求向量，如 gas value、transaction value、gas limit、receiver 和 nonce。
• Receipt trie：保存交易後數據，例如使用的氣體量、交易後狀態和交易日誌。