如何向外人解释区块链（四）——区块链是如何防止数据被篡改的？

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0上期回顾

上期我们主要学习了区块链的几个重要概念：

1、区块链的定义：本质上是一种分布式账本技术。

2、共识机制分类：工作量证明机制（PoW）、权益证明机制（PoS）、共享授权证明机制（DPoS）和Pool验证池。

3、智能合约的特点：代码即法，数字资产，去中心化，自动执行。

我们总说区块链是去中心化的，数据不可篡改，那么它是如何防篡改的呢？

本期我们一起来探讨和了解区块链是如何防止数据被篡改的。

1 给你讲个故事

在一个远离陆地、与世隔绝的孤岛上，住着许多一家人。

每个家庭都有一定规模的资产，主要是粮食、蔬菜、生活用品和房产。

岛上的物资交流只在岛上居民之间进行。

所有交易都由岛上唯一会写会数的岛主记录。

每天随着岛内交易的进行，交易信息也在不断增加。 岛主将所有交易信息记录在账本中，并由自己保管。

随着岛上居民的交易越来越频繁，每天需要记账的账户越来越多，岛主的记账压力越来越大。

为了缓解自己的压力，岛主决定：

1. 向岛上所有居民传授记账技巧，让他们参与记账过程。

2. 居民需记录交易金额、交易时间等信息，每笔交易记录需经交易双方签字后方可生效。

3.为岛上每个家庭分配一个独立的邮箱。

4. 只有家庭成员可以使用钥匙打开邮箱，查看邮箱中存储的账户信息。

有了邮箱，岛上的记账模式就变了：

新交易记录的产生，就是商家将记录新交易信息的记录放入每户的邮箱中。 这些交易信息按照放入邮箱的先后顺序，形成一个自然的账本。 每户住户可开箱查看

这样即使有人篡改了邮箱中的信息，整体的交易记录依然不会有偏差。 居民只需要拿出每个人家里保存的账本，按照多数原则确定一个统一的交易历史，然后在没有岛主监督的情况下完成预备记账。

这就是分布式记账的模型，实现了信息公开和不易被篡改的可能性。

2. 区块链是如何实现信息不可变的 2.1 哈希算法

还是用上面的例子，随着新交易的不断产生，岛上各家户户的账本上记录的交易信息也在快速增加，越来越多的记录信息也会上报到邮箱中。

同样，在区块链中，一个接一个的新区块会源源不断地链接到现有区块链的末端。 如何保证这个信息页面的每一页，区块链账本的每一个区块都是真实准确的，没有被篡改过？

假设我们通过算法对账本信息进行加密，在区块链的第一个区块上打上唯一的标签，之后的每个区块也都被加密并打上唯一的标签，同时可以包含前一个区块。 区块链的标签。 这样，只要采用一种方法保证标签不能被轻易替换或更改，那么我们就可以保证记录在这个块中的信息没有被篡改过。

这时候我们就需要一种加密算法----哈希算法。 该算法的思想是接收一段明文，并以不可逆的方式将其转换为长度较短、位数固定的输出散列。

此加密过程是不可逆的，这意味着无法从输出哈希的内容中推断出与原始文本相关的任何信息。

哈希算法的特点：

1）输出长度固定为256位，是一个32字节的随机散列

2）输出哈希与输入原文一一对应

3) 一个哈希值可以唯一准确地标识一个区块

4）散列值字符串无法反写原来的内容，用今天的技术破解的可能性几乎为零

5）如果要确认内容是否被篡改，只能使用哈希算法重新计算。 如果计算信息不变，则计算出的哈希值不会改变

哈希就是以上特性比特币不可篡改，保证了数据不易被篡改，可以验证数据是否被篡改过，保证了数据的安全性和可靠性。

2.2 Merkle树结构简化验证程序

Merkle树是一种哈希二叉树比特币不可篡改，可以快速验证大规模数据的完整性。

Merkle树用于汇总一个区块中所有交易的信息，最终生成整个区块中所有交易信息的完整哈希值。

区块中交易信息的任何变化都会导致 Merkle 树发生变化。

Merkle 树是区块链的基本组成部分。 叶子节点存放的是数据文件的哈希值，非叶子节点存放的是其下所有叶子节点值的哈希合并结果计算出的哈希值。 价值。

在交易信息的处理、比对和验证过程中，尤其是在分布式环境下进行比对或验证时，默克尔树将大大降低数据传输量和计算复杂度。

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2.3 时间戳

例子中，岛主要求居民记账时，不仅需要记录每一笔交易，还要求居民在账本上记录交易的时间，相当于区块链上的每一笔交易. 时间戳。

时间戳的应用就是对每笔交易记录的认证，就像交易合同的公证一样，可以表明交易记录的真实性。

时间戳在区块链中扮演着公证人的角色。

区块链根据分布式协议构建分布式开放结构体系。 交换的信息可以通过分布式记账确定信息数据的内容，并在打上时间戳后生成块数据，然后通过分布式广播进行发送。 对于每个节点，最终实现了分布式存储。

时间戳与哈希算法和默克尔树共同作用，增强了区块链的安全性。

3 小结 哈希算法的应用使得数据更难被篡改，实现了数据的可验证性。 Merkles树结构实现了快速验证大规模数据的功能。 时间戳扮演着区块链公证人的角色。

三者相辅相成，共同保证区块链数据的安全性、完整性、真实性，使得数据被破解、篡改的成本和难度被无限放大。