结构与共识

区块如何链接、网络如何就「哪条链才是真的」达成一致，是区块链技术的地基。本课覆盖区块结构、哈希、PoW/PoS/BFT 与分叉处理。路线图见 /roadmaps/blockchain。

学习目标

• 读懂区块头字段：前一区块哈希、Merkle 根、时间戳、Nonce
• 比较 PoW、PoS、BFT 三类共识的取舍
• 理解软分叉与硬分叉的区别

区块结构

区块 N
├── 区块头
│   ├── prev_hash    → 区块 N-1 的哈希
│   ├── merkle_root  → 本块所有交易的 Merkle 根
│   ├── timestamp
│   └── nonce        → PoW 挖矿调整量
└── 交易列表 [tx1, tx2, ...]

哈希（如 SHA-256）把任意长度输入映射为固定长度摘要；改一个比特，输出完全不同。这是「改历史会被发现」的数学基础。

共识机制对比

机制	代表	优点	缺点
PoW 工作量证明	比特币	安全经历长期验证	能耗高、出块慢
PoS 权益证明	以太坊 2.0	节能、可扩展性更好	需设计惩罚与去中心化平衡
BFT 拜占庭容错	Tendermint	终局性快、适合联盟链	节点数扩展受限

PoW 矿工不断调整 Nonce 寻找满足难度目标的哈希；PoS 验证者质押代币参与出块，作恶会被罚没（Slashing）。

分叉

• 临时分叉：两节点几乎同时出块，随后更长链胜出，短链交易被回滚。
• 软分叉：向后兼容的规则收紧，未升级节点仍可跟随（若多数算力/权益支持）。
• 硬分叉：规则不兼容，产生两条独立链（如 ETH / ETC）。

用代码理解哈希

import hashlib

def block_hash(prev: str, txs: str, nonce: int) -> str:
    payload = f"{prev}{txs}{nonce}".encode()
    return hashlib.sha256(payload).hexdigest()

# 改 nonce 会彻底改变哈希
print(block_hash("abc", "tx1,tx2", 0))
print(block_hash("abc", "tx1,tx2", 1))

练习

• 解释：为什么修改第 100 号区块的数据会影响第 101 号及之后所有区块？
• 对比 PoW 与 PoS 在能耗和参与门槛上的差异
• 查阅一次著名硬分叉事件，总结社区如何做出选择

小结

共识让互不信任的节点维护同一份账本。 下一课比较 UTXO 与账户模型，并介绍 Layer 2 扩容思路。