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区块链项目开发java基础

Java基础 来源： 网络 编辑：小编 发布时间：2024-11-14 21:18:01 浏览量：27



P3 Block Chain Data Structures

Hash Pointers

  • A normal pointer in programming saves the target memory location.

编程中的普通指针保存目标内存位置。

  • Hash pointer is a pointer saving the target memory location and the target hash，Typically, is used to represent a hash pointer. It can locate the position of the structure and also detect whether the content has been modified, as it stores its hash value.

Hash 指针是保存目标内存位置和目标 hash 的指针，通常用 H 来表示一个哈希指针。它可以定位结构的位置，还可以检测内容是否已被修改，因为它存储其哈希值。

Block Chain

 

     
 
  • Block Chain is a linked list using hash pointers.
    •  

 

 
 
区块链是使用哈希指针的链表。
 

 

     
 
  • The first block of the chain is called genesis block 
    •  

 

 
 
链的第一个区块称为创世区块(genesis block)
 

 

     
 
  • The last block of the chain is the most recent block.
    •  

 

 
 
链的最后一个区块是 最近产生的区块(the most recent block)。
 

 

     
 
  • Each Block has a hash pointing to the previous block, the hash of the most recent block is saved in the block chain system.
    •  

 

 
 
每个区块都有一个指向前一个区块的哈希值，最近产生的区块的哈希值保存在区块链系统中。
 

 

     
 
  • The hash of a block is the result of applying a hash function to the entire content of the block.
    •  

 

 
 
区块的哈希值是将哈希函数应用于区块的全部内容的结果。
 

 

     
 
  • The hash of a block is the content of the current block and the hash of the previous block. This creates a tamper-evident log. In other words, it is impossible to modify a block within the blockchain. If a block is modified, then all subsequent blocks must also be changed.
    •  

 

 
 
一个区块的哈希值是当前区块的内容和前一个区块的哈希值。这将创建一个防篡改日志(tamper-evident log)。换句话说，不可篡改区块链中的区块。如果修改了区块，则还必须更改所有后续区块(才能通过规则的校验)*。
 

 

 
 
因为篡改能被检测到，所以可以只保存最后一些区块。张三只保存了最后的几个区块，要使用更前面的区块，就问系统中的其他节点去要这个区块。有些节点是有恶意的，不能别人给了就信，所以，获取到别人的区块以后，要计算哈希值来校验是不是合法的。----- 这里的节点说的是终端？
 

 

Merkle tree
 

 

     
 
  • Merkle tree is a binary tree using hash pointers
    •  

 

 
 
Merkle 树是使用哈希指针的二叉树
 

 

     
 
  • The advantage of this data structure is that you only need to know the root hash value to detect any modifications to the structure of the tree.
    •  

 

 
 
这种数据结构的优点是，您只需要知道根哈希值即可检测对树结构的任何修改。
 

 

     
 
  • The leaf nodes represent the transaction data.
    •  

 

 
 
叶节点表示交易数据。（这里的节点 好像不是说终端设备，只是这颗树的节点）
 

 

     
 
  • A single block consists of a block header and a block body.
    •  

 

 
 
单个区块由 block header 和 block body 组成。block header中有 根哈希值，没有具体的交易内容； block body 有交易列表的。
 

 

     
 
  • The root hash of the Merkle tree, composed of all the transactions contained in each block, is stored in the block header of that block.
    •  

 

 
 
Merkle 树的根哈希，某个区块中包含的所有交易组成的根哈希值，存储在该区块的区block header中。 ------------ 一个区块中可以有很多个交易，这个区块的所有交易数据是Merkle 树的叶子，整个Merkle 树的Root是根哈希值，存储在block header里；交易的信息列表则存储在block body里。
 

 

 
 
比特币中的节点分 两类： 1. 全节点，保存整个区块的内容block header+block body。 2. 轻节点，只保存block header，比如手机上的比特币钱包。 问题：如何向轻节点证明，某个交易，写入了区块链里面了？就需要用到 Merkle Proof。
 

 

Merkle Proof ： 验证交易数据是否确实存在于 Merkle 树中
 

     
 
  • In Bitcoin, nodes are categorized into full nodes and light nodes (or lightweight nodes).
    •  

 

 
 
在比特币中，节点分为全节点和轻节点（或轻量级节点）。
 

 

     
 
  • Full nodes contain the entire block information, including the block header, block body, and transaction data.
    •  

 

 
 
全节点包含完整的区块信息，包括区块header、区块body和交易数据。
 

 

     
 
  • Bitcoin wallets function as light nodes, storing only the block headers.
    •  

 

 
 
比特币钱包充当轻节点，仅存储区块header。
 

 

     
 
  • The Merkle tree root of all transactions in a block is stored in the block header.
    •  

 

 
 
一个区块中所有交易的 Merkle 树根 存储在此区块header中。
 

 

     
 
  • The purpose of a Merkle proof is to verify that a transaction indeed exists in a Merkle tree.
    •  

 

 
 
Merkle Proof的作用是验证交易是否确实存在于 Merkle 树中。
 

 

Example
 

How can we prove that Transaction 3 (tx3) exists? We only have the Merkle Root (R) and the tx3 data.
 

 
 
我们怎么证明 交易 tx3 存在？我们已知的只有 Merkle Root （R） 和 tx3 数据。
 
 
 
 
 
  
 
   
 
   
 
     
   
 
  
 
  
 
 
 

 

具体描述：用一个稍浅一层 的树举例
 

 

     
 
  1. Compute the hash 区块链项目开发java基础H'_3() for tx3.
    2.  

 

 
 
     
  
  1. 本地计算tx3的哈希值。H'_3() 
    2.  
 
 

 

     
 
  1. Query the full node for the hash value H_{4}().
    2.  

 

 
 
     
  
  1. 向全节点查询 哈希值 H_{4}() 
    2.  
 
 

 

     
 
  1. Compute H'_{34}() from H'_3() and H_4().
    2.  

 

 
 
     
  
  1. 本地计算 哈希值 H'_{34}() 
    2.  
 
 

 

     
 
  1. Query the full node for the hash value H_{12}().
    2.  

 

 
 
     
  
  1. 向全节点查询 哈希值 H_{12}() 
    2.  
 
 

 

     
 
  1. Compute the Merkle Root value R' from H_{12}() and H'_{34}().
    2.  

 

 
 
5 本地计算 R' 。也就是 默克尔树根。
 

 

     
 
  1. Check the equation R' and R. If R' equals R, then tx3 exists; otherwise, it does not.
    2.  

 

 
 
     
  
  1. 对比 本地计算得出的 R' 与 存储在 Block Header中的 R。如果一致，则 tx3存在。否则其不存在于Merkle树里。
    2.  
 
 

 

The Time Complexity of Merkle Proof
 

     
 
  • Proof of membership(inclusion) O(log(n)) 
  
       
   
    • In the context of Merkle trees, the time complexity for verifying a Merkle proof is O(log n), where n is the number of leaf nodes (transactions) in the tree. This is because you only need to traverse up the tree using the hash values provided in the proof, which involves a logarithmic number of steps relative to the total number of transactions.
      •  
  
     
    •  

 

 
 
在 Merkle 树的上下文中，验证 全节点提供的一条 Merkle Proof 的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 是树中叶节点（交易）的数量。
 

 

     
 
  • Proof of non-membership O(n) 
  
       
   
    • We need to query all the transactions from the full nodes and check it's non-existence.
      •  
  
     
    •  

 

 
 
我们需要从全节点查询所有交易并检查它 不存在（它可能出现在任何叶子位置，需尽数排除）。所以复杂度是 O(n)。
 

 

     
 
  • Sorted Merkle tree which sorted by transactio hash is similar to the binary search tree. We can use a Merkle tree to prove the non-existence of a transaction for O(log(n)) time complexity, although this structure is not used in Bitcoin.
    •  

 


                            


                            

                                
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