Bitcoin中的数据结构

• 哈希指针（Hash Pointers）
• 区块链
• Merkle tree
• 比特币中的应用

哈希指针（Hash Pointers）

对于一个结构体而言，指向它的指针存储的是它在内存中的首地址；而指向它的哈希指针，不仅保存这它的首地址，还保存着该结构体内容的哈希值。通过哈希指针，不仅可以找到该结构体，还能查验该结构内容是否被篡改过。

区块链

比特币中存储数据用的是区块链。所谓区块链，可以理解为链表。不过与链表不同的是，区块链使用哈希指针代替了普通指针。下图为区块链简单结构：

哈希指针包含在该区块的区块头中，它是对前一个区块的整体进行哈希运算得到的。

Merkle tree

如上图所示，与Binary tree不同，Merkle tree中各节点保存的都是子节点的Hash值。

在Merkle Tree中，每个叶子存储的都是一笔交易的Hash，父节点存储的是对子节点取Hash后的值。所以如果有交易内容内容被修改，那么最终都会辐射到Merkle Tree的根节点。

比特币中的应用

在比特币网络中，所有的交易信息都是存储在区块中，通过Hash指针组织成区块链；每个区块都可以分为两部分：block header和block body。block body中存储该区块包含的所有交易，block header中包含有前一个区块的Hash（只是对前一个区块的Block header进行Hash，并非对整个区块进行Hash），本区块中所有交易组成的Merkle tree的根Hash以及其它信息（包括区块版本、挖矿难度、时间戳、Nonce）。

在比特币网络中，存在两种类型的节点：

• 全节点，存储有整个比特币网络中的所有block。
• 轻节点，只存储block header。比特币钱包就是轻节点的一种。轻节点并不参与比特币网络的构建，只能算是比特币网络的一个应用。

在使用比特币钱包交易时，需要向收款方证明该交易已经被写入区块。此时，可以使用 Merkle Proof来证明该交易已被写入区块。

提供Merkle Proof时，钱包会向附近的全节点发出请求，全节点会将Merkle tree中与该交易相关路径上的节点返回给请求方，之后钱包再将收到的信息发送给收款方进行验证。如下图所示，全节点只需将红框选中的Hash返回给钱包即可，其它节点的Hash因为不参与计算，所以无需返回。

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Author: mengbin92
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