比特币的交易，会被“整理”到区块中。

网络活动不断产生新交易，不断“整理”出新区块来记录“这一段时间内”的交易。

为了能彼此关联，每个区块都会记录它的前一个区块是什么，这相当于，区块按先来后到的顺序被“摞”在一起，形成了一条“链”。

一个区块，可以用高度标识，也可以用哈希标识。

随着时间的推移，链不断延长，这条区块链，记录了截至目前为止所有的比特币交易，是比特币网络的总账本。

我们说一笔交易被写入账本，就是说这笔交易通过了验证，已经被“整理”进区块，并得到了全网络的认可。

这篇文章，介绍比特币的区块和区块链。

区块的结构

当你托运行李的时候，航空公司会在你的箱上贴一个标签，记录一些必要的基本信息，方便快速识别。

用区块存储交易也是类似的，代码见 block.h#L61，区块结构（序列化后）为

你能看到，和交易一样，序列化后的区块结构中，也没有区块哈希的部分。

这个哈希标识，可以直接用收到的区块数据计算出来，并不需要传输。通过下面的过程，计算区块的哈希。

1. 对序列化后的区块头数据做 SHA256 运算，得到 S1

2. 对 S1 做 SHA256 运算，得到 S2

3. 按字节翻转 S2，得到区块的哈希

区块看起来会是下面的样子，黄色的部分是区块头。

高度 100,000 的区块，从序列化后的区块数据中找到区块头。

 01000000 # nVersion 50120119172a610421a6c3011dd330d9df07b63616c2cc1f1cd0020000000000 # hashPrevBlock 6657a9252aacd5c0b2940996ecff952228c3067cc38d4885efb5a4ac4247e9f3 # hashMerkleRoot 37221b4d # nTime 4c86041b # nBits 0f2b5710 # nNonce 

这个区块在 Unix 时间戳为 0x4d1b2237 时，即 ‭1293623863‬ 时被创建出来，转换后的时间为 2010-12-29 11:57:43 UTC，即北京时间 2010-12-29 19:57:43 UTC+8。

1. 对区块头数据做 SHA256，得到 S1 的值

00844eeb8713eb62bc33df34ca0cfa7af2ee152a6b16788fd3f2fea69861f3c8

1. 对 S1 做 SHA256，得到 S2 的值

06e533fd1ada86391f3f6c343204b0d278d4aaec1c0b20aa27ba030000000000

1. 按字节翻转 S2，得到区块哈希

000000000003ba27aa200b1cecaad478d2b00432346c3f1f3986da1afd33e506

关于 nBits 和 nNonce 字段的含义，下篇文章介绍。

Merkle 树

Merkle 树是一棵二叉树，用于归纳一个区块中的所有交易，代码见 merkle.cpp。Merkle 树会生成整个交易集合的数字指纹，形如

交易会被放在 Merkle 树最底层的叶子节点上，如图所示，如果交易的个数是奇数，会复制最后一笔交易补齐，其中：

不管区块中有多少交易，都使用 Merkle 树结构进行归纳，最顶上的树根 Merkle Root 的值，会放到区块头的 hashMerkleRoot 字段中。

Merkle 树将区块头和区块中的交易关联了起来，如果区块中的交易发生了变化，Merkle 树根的值就会变化，从而改变区块头，改变整个区块的哈希标识。

使用 Merkle 树的另一个好处是，它提供了一种校验区块是否存在某笔交易的高效途径。对于下面这棵 Merkle 树，

为了证明交易 K 在区块中，可以用

这四个哈希值构造一条“Merkle 路径”，只需 128 字节，任何人都可以用这条路径，验证区块包含交易 K。

Coinbase

一个区块最多只能有一笔 Coinbase 交易（一般是区块中的第一笔交易），它没有输入，“无中生有”的产生输出，即会发行新的比特币。

伴随着区块的产生，新的比特币会被不断“创造”出来。

比特币协议规定：

• 每产生 210,000 个区块，新发行的比特币数量就会减半，直至为零
• 比特币的创世区块（高度为 0 的区块），发行 50 个比特币
• 网络会自动调整某些参数，以保证平均 10 分钟的区块生产速度
• 谁创建的区块，谁就获得这个区块中新发行的比特币（构造一个 Coinbase 交易放到区块中，输出到自己的地址），及区块中所有交易的手续费

产生 210,000 个区块，大约需要四年时间。

• 在比特币运行的第一个四年中，每个区块创造出 50 个新比特币
• 2012 年 11 月，比特币的发行速度降低到每区块 25 比特币
• 2016 年 7 月，降低到 12.5 比特币
• 2020 年的某个时候，也就是从区块高度 630,000 开始，它将再次下降至 6.25 比特币
• 直到第 6,720,000 块（大约在 2137 年产生），达到比特币的最小单位 1 聪
• 经过 6,930,000 个区块之后，大约在 2140 年，所有的共 20999999.97690000 比特币将全部发行完毕

关于比特币的总量，可以写个程序算一下。

 package main import "fmt" func main() { totalBitcoin := 0 halfCount := 0 // 减半的次数 for coinbase := 5000000000; coinbase >= 1; coinbase /= 2 { fmt.Println(coinbase) totalBitcoin += coinbase * 210000 // 每 210000 个区块 Coinbase 减半 halfCount += 1 } fmt.Println("------------------") fmt.Println(halfCount) fmt.Println(totalBitcoin) } // 输出 // 5000000000 // 2500000000 // 1250000000 // 625000000 // 312500000 // 156250000 // 78125000 // 39062500 // 19531250 // 9765625 // 4882812 // 2441406 // 1220703 // 610351 // 305175 // 152587 // 76293 // 38146 // 19073 // 9536 // 4768 // 2384 // 1192 // 596 // 298 // 149 // 74 // 37 // 18 // 9 // 4 // 2 // 1 // ------------------ // 33 // 2099999997690000 

一个要注意的点是，因为 Coinbase 交易不需要输入，所以你可以在解锁脚本里填写任意值（2 ~ 100 字节），这个值被称为 Coinbase 数据。

根据 BIP-34 的要求，Coinbase 数据需要以这个 Coinbase 交易所在的区块高度开头。

交易 d0ec21e1d73d06be76c2b5b1e5ec486085bda8264229046c11b95f66f2eded83 的 Coinbase 数据为

 03ec59062f48616f4254432f53756e204368756e2059753a205a6875616e67205975616e2c2077696c6c20796f75206d61727279206d653f2f06fcc9cacc19c5f278560300 

开头的 0x03 表示，区块高度数据紧跟其后有 3 字节，值为 0x0659ec（小端模式），即 416236。

区块链

注意区块头中 hashPrevBlock 字段带来的神奇效果。每个区块，都会将它前一个区块的哈希值写在自己的区块头中。区块的哈希，是对区块头的哈希。

如果链中的某个区块数据发生了变化（例如区块中的交易被替换），那么这个区块的哈希也会发生变化（Merkle 树根发生了变化），同时改变下一个区块的区块头数据及区块哈希，带来一连串的连锁反应。

也就是说，从这个改变了的区块开始，之后所有的区块都必须重新计算。

这是比特币区块链一个非常重要的特性。

一段时间内产生的交易通过验证后，会被打包（整理）进区块并“告知”全网，网络中的节点根据规则，选择接受（跟随）这个区块（把这个区块纳入总帐本），或者拒绝（丢弃）这个区块。

来源：比特币协会 BA