区块链学习4：区块链的链式结构以及出块、孤块、孤链和追随最长链原则、分叉、主链、侧链

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一、区块链的结构

区块链采用链表式数据结构，区块由区块头和区块体组成，所有的区块根据散列值形成一条链状结构，这些区块一起就构成了区块链的分布式账本。如图：
在这里插入图片描述
其中每个区块的散列值由区块内的交易数据散列构成Merkle树（默克尔树）的根和上一个区块的散列值再散列构成，所以任何交易数据的变动不但会影响本区块而且会相继影响后面的区块，从而可以防止数据的篡改。

二、区块链的出块

区块链交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，每一个节点都记录的是完整的账本和交易，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的，依靠共识机制保证存储的一致性。但是区块链真正实施记账前，会通过共识算法选择由哪个节点产生新的区块来发起记账，即获得记账权，这个产生新的区块过程就称为出块。

区块链上一个节点产生一个交易之后，会将交易广播出去。链上的每个节点会去收集网络上的交易信息，放入本地内存池进行一些基本验证，如果验证成功，则将其放入“未确认交易池”，等待被打包；节点根据根据共识算法获得记账权后，将从“未确认交易池”中抽取约一定数量的“未确认交易”进行打包，把这些交易打包成一个区块，将自己节点打包的未确认交易写入新的区块中，由于区块容量有限，有可能并不是所有未确认交易都会被当前出块打包，此时会根据一定的优先级方式挑选打包交易。

区块链出块后出块节点需要将新区块在网络中传播，每个节点将独立校验网络中的新区块，每一个节点在将它转发到其节点之前，会进行一系列的测试去验证它，这确保了只有有效的区块会在网络中传播。

三、分叉、孤块、孤链、追随最长链原则和主链

分叉：因网络延迟等原因，区块链记账可能出现两个不同内容区块，这两个区块又会被不同的节点所接受并继续各自在后面产生新区块形成两条不同的链，这就是分叉。分叉又分为软分叉和硬分叉。
软分叉是指当区块链出现分叉的情况下，区块链采用“追随最长链原则”，当其中一个后面跟的区块更多时，另一个区块及跟随的短链就会被抛弃变成“孤块”和“孤链”，其交易也会被失效，区块链会回到最长链，这个链也就是主链。这种能回到最长链的分叉情况就称为软分叉。否则就称为硬分叉；
软分叉除了出现在新记账区块由于时延等导致的不同内容区块外，也可能出现在区块链客户端程序升级时。由于没有中心化机构，区块链每次“代码升级”都需要获得社区的一致认可，如果社区无法达成一致，区块链就会形成分叉。软分叉和硬分叉都“向后兼容”（即接受升级以前产生的区块），这样才能保证新节点可以从头验证区块链。而软分叉还可以“向前兼容”，向前兼容是指旧版本的终端可以接受由新版本的终端所产生的区块；
在区块链升级时或终端版本升级时，如果新版本和旧版本中的区块能够相互兼容，此时如果存在分叉是“软分叉”，如果旧版本的终端不能接受由新版本的终端所产生的区块就称为“硬分叉”。

更多内容请参考《8分钟读懂区块链分叉》。