区块链根据不同的应用场景分为应用于公众的公有链，需要授权使用的私有链和联盟链，还有在原有区块链基础上进行扩展的侧链、跨链等，随着区块链的发展，相信还会有其他形式的应用出现。在开始之前我们需要先了解什么是哈希（Hash），哈希又称哈希函数或散列算法，简单的说，哈希函数是用于将任意大小（输入）的数据映射到固定大小输出的任何函数。散列算法应用于数据输入，并且得到的固定长度输出称为散列。

区块 —— 区块链中最基本的数据单元，可以理解为容器数据结构，多个区块连接在一起组成了区块链。

下面以比特币为例，一个区块一般包括魔法数（Magic no）、区块大小（Blocksize）、区块头（Blockheader）、交易数量（Transaction counter）、交易（Transactions）五部分。

q 魔法数：固定4字节常量，作为识别码使用。

q 区块大小：到区块结束的字节长度。

q 区块头：包含区块链处理的重要信息。

q 交易数量：当前区块所包含的交易笔数。

q 交易：交易列表，记录了当前区块保存的所有交易信息（交易列表也被叫做区块体）。

一个区块的基本结构如图1-1所示，图中区块标识区域是计算出来的，实际的数据存储时并不包含这些内容。

图1-1 区块基本结构

区块标识起到区分不同区块的作用，可以通过区块哈希或区块高度来识别区块。区块高度是从0开始的整数，每产生一个区块，区块高度就会加1。区块哈希使用SHA256算法对区块头进行二次哈希计算而得到的结果（SHA256(SHA256(区块头))），在区块链中每个区块头都不相同，经过哈希后的值也一定不同。由于存在分叉的问题，区块高度可能会重复，所以通常采用区块哈希来标识一个区块。

每个区块前80个字节是区块头，区块头中记录了父区块哈希、版本、时间戳、难度、随机数、Merkle根。需要注意的是，在区块链中会存在一个创世区块，创世区块是第一个产生的区块，对于创世区块来说，父区块哈希是同等位数的0。区块头在整个区块结构中起到非常重要的作用。区块头内容如表1-1所示。

表1-1 区块头内容

交易（也被叫做区块体）是一段时间内经过验证的所有交易记录，每一笔交易都经过签名->验签并且在之前没有存在过才会被纳入区块中。维护这些交易采用了Merkle（默克尔） 树的树形数据结构。Merkle树也被称为二元哈希树，Merkle 树是包含密码哈希的二叉树，能够高效、安全地验证大型数据结构的内容。

Merkle 树通过散列机制来验证任意大的数据集的完整性。每个叶节点用数据块的哈希作为标签，每个非叶节点用其子节点标签的加密哈希作为标签。按图1-1交易区域所示，把所有交易各自Hash值作为叶子节点，两个叶子节点Hash值合起来又进行一次哈希计算，生成父节点。例如Hash1和Hash2分别是数据块交易1和交易2的散列值，Hash1&2是Hash1和Hash2串行的散列，直到最终的树根。树根Hash值就是Merkle根。当交易记录发生篡改，这个值就会不一致。

比特币的Merkle树的实现允许修剪区块以节省空间。 这是仅将根哈希存储在块头中的结果，因此，可以通过去除Merkle树的不必要分支来修剪旧块，同时仅保留Merkle证明所需的内容。所以比特币终端的SPV（简单支付验证）节点只需下载区块头而不用下载全部的区块数据来验证交易。

最终区块的数据示例如图1-2。

图1-2 区块数据示例

区块链中第一个区块被称为创世区块，任何一个区块都可以逆向追溯到创世区块，创世区块采用静态编码，无法更改。

网络中的所有节点都在本地维护一个区块链的副本，当有新区块传入，会检查区块头中父区块哈希，如果父区块哈希和上一区块的区块头哈希值一致，则认为是合法扩展，就会把此区块添加到区块链的末尾。每增加一个区块便更新本地副本，通过父区块哈希指针向后延续，从而形成如图1-3所示的一个链表式数据结构。

图1-3 链表式数据结构

这种链表式的数据结构可以保证数据安全和无法篡改，前面我们介绍过，区块哈希是对区块头的哈希计算的结果，如果区块数据被篡改，哈希结果也会不同，对应的哈希指针就会出错，因此一旦有恶意篡改就会被发现。