本系列內容包含：基本概念及原理、密碼學、共識演算法、錢包及節點原理、挖礦原理及實現。
區塊結構構成
每個區塊主要包括區塊頭（下圖灰色的部分）和交易主體（下圖橙色的部分）兩部分。
整個區塊頭中內容包含：
第一個是前序區塊的雜湊，這樣區塊才能跟前面區塊鏈起來，形成一個鏈；
第二個是時間戳，表明區塊是在什麼時間被挖出來的；
第三個是難度的目標值，礦工挖礦的過程，其實就是在不斷的計算挖出來的區塊是否和難度值相匹配；
第四個Nonce 是一個隨機數；
最後 Merkle root ，記錄的是整個包含在當前區塊中所有交易的交易雜湊，Merkle root是透過交易雜湊計算出來的。
我們透過下圖比特幣的一個區塊結構來具體分析一些。
1、Magic Number（魔數）佔4個位元組，一般是固定值；
2、Block Size（區塊大小）佔4個位元組，可變值；
3、Version（版本）佔4個位元組，標明當前版本，固定值；
4、Previous Block Hash（前序區塊雜湊）佔32個位元組，可變值；
5、Merkle Root（默克爾根）佔32個位元組，可變值；
6、Timestamp（時間戳）佔4個位元組，可變值；
7、Difficulty（難度值）佔4個位元組，可變值；
8、Nonce（隨機數）佔4個位元組，可變值；
9、Transaction Counter（交易的數量）佔1-9個位元組，可變值；
10、總共的Transaction List（交易列表）加在一起總共是1MB。
區塊雜湊
每個區塊都有其唯一標識，這就是區塊的雜湊，區塊雜湊是由區塊頭中的幾部分來構成。
從上圖可以看出
區塊0對區塊頭中的中間標紅部分進行雜湊計算，得到當前區塊0的雜湊，然後區塊0的雜湊會填入下一個區塊（區塊1）中，作為下一個區塊頭的一部分。
以此類推，所有的區塊都會按照這個順序不斷的加下去，所以透過前序區塊的雜湊就可以找到唯一的前一個區塊，從而達到所有區塊可追溯的目的，這樣也保證了區塊鏈是完整的，唯一的。
雜湊運算
上圖中大家可以看到左側有五句話，中間是雜湊演算法，經過運算之後得到對左側話語的雜湊運算結果。
圖中的第一句話只有三個字，第二、三、四句話的區別只有一個字，第五句話完全不同。
我們可以看出，不管字數多少，哪怕只改一個字，最終結果卻是完全不同的，並且完全沒有任何規律。
雜湊運算的這種特性，保證了資料的不可變更。因為一旦變更之後，整個結果就變了。所以在很多場合中，我們可以透過驗證雜湊來保證被加密文字有沒有被改變。
雜湊運算的這個特點保證了，即使區塊中有即使兩個區塊只有一個位元組不一樣，這兩個區塊的雜湊也是完全不一樣的，從而保證區塊鏈中所有的區塊雜湊都是完全唯一的。
Merkle root
Merkle root 涉及一個區塊頭中非常重要的一個部分，但是它卻和區塊頭中其它幾個部分是沒有任何關係的。
與 Merkle root 最大關係的就是整個區塊頭區塊中的所有交易，這些交易決定了 Merkle root 的值，然後透過Merkle root 的值來影響整個區塊的雜湊。
Merkle root 是如何計算的呢？
從上圖中我們看到是由16個交易組成了 Merkle root，也稱之為默克爾根。
所有的這16個交易，都排布在交易的最底層，AB是一對，CD是一對，一直到OP。其中HA呢表示交易A的雜湊，以此類推。
計算的過程中，是將HA和HB拼成一個字串，然後對這個字串進行哈運算，得到了HAB。以此類推，分別計算後面的雜湊。
第一層算完以後，所有的雜湊由16個縮短為8個，繼續按照同樣的方式經過第二層計算以後，雜湊縮短為4個……以此類推，最終得到Merkle root，這種結構也稱之為默克爾樹。
這種結構不單單標記了所有交易的順序，也標記了所有交易的關係，並且透過這種非常巧妙的方式，也降低了Merkle root的計算次數。因為整個的計算層次是2的冪指數的情況，即使交易呈指數的增加，其計算次數也不會增加很多。
有一種情況是假如默克爾根不正好是2的冪指數怎麼辦？比如說只有3個或者5個交易，這種情況該如何計算呢？
上圖圖中我們看到只有3個交易，由於HC是單獨的，它的旁邊沒有另外一個交易和它拼成一個字串，這種情況下就會選擇將HC複製，也就是兩個HC拼一個完整字串，從而得到HCC。最後，將HAB和HCC拼成一個字串HABCC進行計算。以此完成這個只有3個交易的Merkle root計算。
總結：計算Merkle root的時候，首先將所有的交易有序的平鋪在一層，然後兩兩一組，逐步獲得上一層的雜湊；
當某個交易雜湊，為單數的時候，這時將這個雜湊複製一份來進行補足，然後繼續進行上層計算，直到最終完成 Merkle root 計算；
透過這種方式，可以將區塊中所有的交易繫結在一起，並且交易的內容和順序都是確定的；
最後將Merkle root填到區塊頭中，既保證了所有的交易摘要在區塊頭中有一個記錄，又保證了區塊中所有交易的不可篡改。
其他
時間戳 記錄當前區塊是在什麼時間被挖出來的，它會在瀏覽器中把時間軸轉換成當地時間的格式，也就是我們在區塊鏈瀏覽器中看到的區塊時間。
挖礦難度 其實是一個目標值，只有礦工挖出來的區塊，滿足這個難度值的時候，這個區塊才會被全網的其它節點來確認。
Nonce 是一個隨機數，礦工挖礦的過程中，就是不斷的在嘗試修改這個隨機數。
