學習區塊鏈 第一節 精通比特幣

剛開始學習區塊鏈，主要是跟着談老師進行學習，以博客的形式整理思路，記錄下每一節學習的內容。

1.創始比特幣的動機　

（1）現有銀行系統的缺點：

　　中心化：數據中心、異地備災等，缺點易篡改，易產生災難，易沒法服務

　　有帳戶系統：缺點易篡改

　　貨幣發行：由央行負責，貨幣多發是政府對人民財富掠奪最簡單有效的方法

　　隱私性：無政府主義者想要擁有更好的財富

（2）比特幣的優勢：

　　去中心化，數萬（甚至更多）個節點上運行完整數據拷貝；

　　無帳戶系統，發明UTXO，了不得的發明!

　　發行機制：經過coinbase交易發行（coinbase是對礦工的獎勵），每4年減半，從50，目前已減至12.5。上限：2100萬個，永不超發，且沒法超發！

　　隱私性：強。你只知道某個地址擁有多少比特幣，但並不知道它是誰的。但從監管角度來講多是一個缺點。

（3）比特幣的缺點：

　　隱私性強，成爲犯罪分子的結算工具，目前販毒、洗錢等大量採用比特幣；

　　分佈式系統，軟件更新困難，目前的擴容之爭就是個典型的例子。

2.比特幣交易：

Input包含：以前一個output的引用（經過txid和output index(從0開始計數)）以及SigScript（簽名）

Output包含：pubScript（地址腳本），比特幣數量

 

 每一個交易擁有一個hash值，算法

dSHA256 = SHA256(SHA256(transactionbytes))

關於 hash: MD五、SHA-一、SHA-2（比特幣採用）、SHA-3（以太坊、hyperledger採用）

 每一個地址的餘額是經過每一個它所擁有的UTXO(沒有被花費的output)累加獲得的，並無一個值來講明該地址一共有多少餘額。

交易費用：

         全部的input btc總和都多於output btc總和，多於的部分就是交易費用

         一個交易最少的交易費用爲0.0001btc，低於此將被礦工拒絕

         交易費將被礦工得到(經過把它們加入coinbase交易中)，全部節點會驗證這個信息

         礦工按字節和交易費用來優先打包哪些交易

 

3.礦工

　　比特幣節點分爲：普通完整節點(peer)、礦工節點(miner)和SPV節點

  　 由礦工打包交易，造成區塊鏈：

     　　　Transaction -> block -> blockchain

　　礦工的3個問題：

　　問題1：由誰來打包交易？（由於有不少礦工）

         由共識機制POW來決定

         規則：每一個區塊生成的hash值小於目標值，誰快誰來打包

         Hash的生成     

　　　　算法：dSHA256(headerbytes)

 　　　  Header字段：version(4)、prev_block_hash(32)、merkle_root_hash(32)、time(4)、bits(4)、nonce(4)：共80字節

 　　問題2：什麼時候打包交易？

 

         平均每10分鐘出一次塊

         礦工算出符合條件的hash就當即出塊

         每生成1026塊時根據平均出塊時間調整一次目標值（調整難度值）

         歷史最快出塊時間爲幾秒、最慢出塊時間爲1個多小時

         同時算出hash如何解決？

                   ·維護2條以上的blockchain，當多個節點認同其中一條就選擇那一條

                   ·對比以太坊的叔塊

　　問題3：如何打包交易？

         礦工會包含儘可能多的交易；按交易給予的 交易費和大小 來排序；

　　 交易數量有上限，每一個block不能超過1MB；

　　每一個塊的第一個交易爲coinbase交易，沒有input，output的地址是礦工的地址（礦工用來接收獎勵和交易費），數量是區塊獎勵（當前爲12.5）和全部交易費用的總和；

　　用每一個交易的txhash生成merkle tree，並生成merkle root hash放在header中；

4.Merkle樹

       BT(點對點下載)神器：使用的是merkle樹

        爲何使用merkle樹？

              支持SPV

　　　　SPV: Simple Payment Verification

　　　　　　–      區塊太大，超過幾十G、將來更大；

　　　　　　–      區塊header很小，每一個80byte，目前總大小30M+

　　　　　　–      經過區塊頭和交易的merkle樹來驗證交易的一種方式

　　　　SPV實現(完整的驗證過程)

　　　　　　–      SPV客戶端持續從鏈接的節點(通常鏈接多個節點)上獲取新區塊的頭部，並加入到本地區塊鏈中；

　　　　　　–      SPV客戶端從節點上獲取到一個跟本身相關的交易hash值；

　　　　　　–      SPV客戶端從節點上下載包含該交易hash的完整交易merkle樹；

　　　　　　–      從新計算並驗證merkle root和頭部中的是否一致，若一致則驗證經過；

　　　　如何從節點上獲取和本身(錢包中管理的公私鑰對)相關的交易Hash

      　　　　  經過 Bloom filter

　　　　　　Bloom filter

　　　　　　　　–      SPV節點在相連節點上註冊本身感興趣的地址（可多個）

　　　　　　　　–      當節點經過bloom filter發現和該地址相關交易的時候便通知該SPV節點

 

5.密碼學原理

（1）地址生成

　　私鑰(prikey)的生成：

　　　　–      隨機數，或者經過隨機數seed生成；

　　公鑰(pubkey)的生成：

　　　　–      Pubkey=橢圓曲線函數(prikey,p,q)，不可逆；

　　比特幣地址的生成：

　　　　–      Address=BASE58(RIPEMD160(SHA256(pubkey)))，不可逆；

（2）簽名原理

　　RSA非對稱加密原理：

　　　　–      公私鑰對；

　　　　–      公鑰加密僅私鑰能解；私鑰加密僅公鑰能解；

　　比特幣交易簽名：SigScript

　　　　–      源數據hash；

　　　　–      私鑰加密後的密文；

　　　　–      公鑰解密密文，與源數據hash比較；

（3）散列算法

　　Hash函數特色：

　　　　–      單向，不可逆；

　　　　–      輸入改動一點，輸出面目全非；

　　　　–      存在碰撞概率（不一樣公鑰地址映射到同一比特幣地址）；

（4）安全性

　　51%攻擊

               51%攻擊是無解攻擊，一半以上的礦工出現問題

　　目前算力分佈：

　　從圖中能夠看到，若是最大的三家算力加在一塊兒佔了51%以上，若是三家聯合起來破壞比特幣，將是一個災難。

 

（5）交易深度和安全性

         交易深度：

　　　　Depth:0，狀態爲Pending，已處於礦工們的mempool中（即已經被驗證過了，能夠被接受），即將被打包入塊；

　　　　　　什麼時候被打包入塊？取決於給交易給的fee，從幾秒到１天以上時間不等；

　　　　　　交易費的多少和入塊速度請參考：http://bitcoinfees.21.co/

 

　　　　Depth: 1-n ，狀態爲BUILDING；已經入塊，且深度爲1-n，n值越大越安全；

　　　　　　官方建議信任depth爲６及以上的確認；到達６後要想再被推翻須要51％攻擊；

 

主要是以筆記的形式記錄的，列出的也只是一個框架，沒有很詳細，請見諒！