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数字货币与区块链技术涉及哪些技术概念

摘要

以比特币和以太坊为例,介绍区块、哈希、共识、交易输出、智能合约与预言机等概念,并说明它们的适用范围和常见误解。

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数字货币与区块链的关系

数字货币与区块链并非同义词。区块链是一种按规则组织和维护记录的技术;部分数字货币利用它记录交易,并由网络参与者共同验证账本。不同系统的账本结构和规则可能不同,不能将某一种实现直接推广到所有数字货币。

比特币提供了一个具体例子:网络中的全节点独立验证区块,并保存符合其验证规则的区块链。参与节点通过共同遵守规则,维护对有效交易记录的一致认识。

区块、哈希与默克尔树

区块可以理解为一组交易记录及相关信息的集合。比特币区块通过保存前一个区块头的哈希值形成前后关联。哈希函数将输入数据映射为固定长度的摘要;输入变化通常会使摘要发生显著变化,因此可以用来检测数据是否被修改。

默克尔树将交易标识逐层组合并计算哈希,最终得到一个默克尔根,记录在区块头中。借助相关的中间哈希,可以验证某笔交易是否被包含在某个区块中,而不必获取该区块的全部交易数据。

共识、工作量证明与分叉

共识规则规定节点如何判断交易和区块是否有效。比特币采用工作量证明:创建区块的参与者需要寻找满足目标条件的区块头哈希,其他节点则可以验证结果是否符合规则。工作量证明使重写历史记录需要重新付出大量计算工作。

不同节点可能暂时看到同一位置的不同有效区块,从而出现分叉。对于比特币,节点会在有效分支之间选择累计工作量最多的链。区块后续积累的工作越多,修改该区块及其后续历史通常越困难,但这不等于修改在任何条件下都绝无可能。

交易、未花费输出与费用

比特币使用未花费交易输出,也称UTXO,表示尚可按规则花费的交易输出。普通交易引用此前尚未花费的输出作为输入,并生成新的输出;同一个输出不能在有效账本中被重复花费。这是防止重复支付的关键规则之一。

在普通比特币交易中,输入总额超过输出总额的差额可以作为交易费。钱包软件会帮助用户组织交易,但这一输出模型是比特币的具体设计,并非所有区块链都采用相同方式。

智能合约与链外信息

以太坊上的智能合约是部署在区块链上的程序,包含代码和状态,并位于特定地址。用户可以通过交易调用合约函数,让程序按既定逻辑处理请求;不同合约也可以相互调用。合约能否正确实现预期,仍取决于代码和具体设计。

智能合约本身不能直接获取链外事件的信息。需要使用外部信息时,可以由预言机将链外数据提供给合约,但外部数据是否可靠也会影响应用结果。

常见问题与适用范围

区块链是否意味着数据绝对不能更改?不是。链式结构和共识机制提高了篡改历史的难度,但具体安全性取决于网络和协议条件。

智能合约是否等同于法律合同?不一定。这里的智能合约首先是链上程序;其代码是否对应法律意义上的合同,需要结合具体情境判断。本文中的工作量证明和UTXO说明主要适用于比特币,智能合约说明以以太坊为例。

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