区块链存数据是写入区块还是分布式账本？

摘要： 将数据打包成“区块”（Block），然后按时间顺序将这些区块用密码学方法链接成一条“链”（Chain），并分布式存储在网络的多个节点上，下面我们来详细分解这个过程，核心概念：数据是...

将数据打包成“区块”（Block），然后按时间顺序将这些区块用密码学方法链接成一条“链”（Chain），并分布式存储在网络的多个节点上。

下面我们来详细分解这个过程。

核心概念：数据是如何被“装”进区块的？

想象一下，一个区块就像一个数据集装箱,它主要包含三个部分：

1. 区块头

   • 这是区块的“元数据”，记录了区块本身和它前一个区块的关键信息，是形成“链”的关键，它通常包含：
     • 前一个区块的哈希值：这是最重要的部分，每个区块都通过计算前一个区块头内容的哈希值来指向前一个区块，形成一条不可分割的链，如果任何一个历史区块的数据被篡改，它的哈希值就会改变，导致后续所有区块的哈希值都无效,从而立刻被网络发现。
     • 本区块的默克尔根：这是一个非常巧妙的设计，它不是直接存储所有交易数据，而是先对区块内的每笔交易数据计算哈希值，然后将这些哈希值两两配对、再计算哈希值，如此循环，最终得到一个唯一的、代表所有交易数据的“根哈希值”，这样，只需验证默克尔根，就能快速确认所有交易是否被篡改,极大提高了效率。
     • 时间戳：记录区块创建的时间。
     • 难度目标：决定了“挖矿”的难度,即网络要求计算出的哈希值必须满足特定的前导零数量。
     • 随机数：矿工通过不断尝试不同的随机数，来寻找满足难度目标的哈希值，这个过程就是“挖矿”。

2. 区块体

   • 这就是实际存储数据的地方，在公有链（如比特币、以太坊）中，这里主要存储的是交易数据，在比特币上，区块体里记录了“A转给B 0.1个比特币”这样的交易信息。
   • 重要提示：并非所有数据都适合直接存在区块体里，区块大小有限，且存储成本高（尤其是需要支付矿工费），所以通常只存储关键的小数据（如交易信息、智能合约代码等）。

3. 区块编号

   
   （图片来源网络，侵删）

   简单的序列号,用于标识区块在链中的位置。

数据的写入流程：如何“上链”？

数据从产生到被永久记录在区块链上，需要经过一个严格的共识过程，以防止恶意行为，以比特币和以太坊为例,这个过程大致如下：

1. 发起交易/数据：用户创建一笔交易（或数据），并用私钥进行数字签名，证明所有权和操作意图,这个交易被广播到整个区块链网络。

2. 节点验证：网络中的每个节点（全节点）都会收到这个交易,并验证其合法性，

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 签名是否有效？
   • 发送者是否有足够的余额？
   • 格式是否正确？

3. 打包成区块：网络中的“矿工”节点（在PoW机制下）会收集一段时间内被验证通过的所有有效交易,将它们打包成一个候选区块。

4. 共识机制（核心步骤）：这是区块链去中心化的精髓，矿工们需要通过竞争来解决一个复杂的数学难题（即“挖矿”）,第一个解决问题的矿工获得记账权。

   • 工作量证明：如比特币，矿工们用强大的计算能力不断尝试不同的随机数，使得区块头的哈希值满足预设的难度条件,这个过程非常消耗算力和能源。
   • 权益证明：如以太坊，矿工（验证者）需要质押一定数量的加密货币，然后根据质押数量和其他因素，按照算法规则随机选择谁来创建下一个区块,这更节能。
   • 其他共识机制还有：委托权益证明、实用拜占庭容错等。

5. 广播与确认：赢得记账权的矿工将新广播到整个网络，其他节点收到后，会再次验证这个新区块的有效性，如果多数节点都认为有效，这个新区块就被正式添加到链上,成为链的一部分。

6. 数据永久存储：一旦新区块被添加，并且后续又新增了多个区块（通常经过6个区块确认后），这个区块内的数据就被认为是不可篡改的、永久性的，因为要修改它，需要重新计算之后所有区块的哈希值,这在计算上是几乎不可能的。

数据存储在哪里？

这是区块链与传统数据库最大的区别之一：分布式存储。

1. 全节点：网络中维护了完整区块链副本的节点，它们存储了从创世区块到当前最新区块的所有数据，这是区块链数据最完整、最权威的存储方式,比特币网络有数万个全节点。

2. 轻节点：只存储区块头，不存储完整的交易数据，它们通过查询全节点来获取交易信息，从而验证交易的有效性,同时节省了大量的存储空间。

3. 中心化/去中心化存储方案：

   • 问题：如前所述，将大量数据（如图片、视频、大文件）直接放在区块体里非常昂贵且不现实。
   • 解决方案：采用“链上存储索引，链下存储数据”的混合模式。
     • 链上：只存储一个指向数据的哈希值或指针，这个哈希值就像是数据的“数字指纹”。
     • 链下：将实际的大文件数据存储在去中心化存储网络中，如 IPFS（星际文件系统） 或 Arweave，或者传统的中心化云存储（如AWS, Google Cloud）。
   • 优点：大大降低了链上存储成本，同时利用哈希值保证了链下数据的不可篡改性，任何人都可以用链上的哈希值去IPFS上验证下载的文件是否是原始的、未被修改过的。

不同区块链的数据存储特点

区块链存储数据的核心思想是通过“区块+链”的结构和“分布式共识”机制，实现数据的公开透明、不可篡改和永久存证**。

• 存什么？ 主要存交易记录、状态变更、代码或数据的哈希指纹。
• 怎么存？ 打包成区块，通过共识机制写入链中,并分布式存储在全网节点。
• 存哪里？ 数据本身在链上（公有链/联盟链），大文件则采用“链上存哈希，链下存文件”的模式。

理解了这一点，你就能明白为什么区块链特别适合用于存证溯源、数字身份、供应链金融等需要高信任度和数据防篡改的场景。