Please enable JavaScript.

Coggle requires JavaScript to display documents.

区块链知识梳理, 《区块链技术与应用》BTC1, 《区块链技术与应用》BTC2, 分布式存储 - Coggle Diagram

- - - - 判断有没有花两次是看区块所在的分支上币有咩有被花两次
        
        交易合法不意味在最长的合法链上
  - - - BTC-挖矿
    - - 由所有的用户共同维护-区块链
  - - - 判断是A转的
    - - 私钥签名公钥验证
      - 每个交易包含输入输出两部分
        
        输入包括
        
        币的来源
        
        来源里有汇款方的公钥的哈希
        
        和输入中汇款方的公钥要能对得上
        
        汇款方的公钥
        
        输出包括
        
        收款方的公钥的哈希
        
        汇款方的签名
      - 所以这个公钥不是A自己宣称的
      - 每个交易的输入和输出都是脚本拼在一起合成一段程序看运行有没有问题如果没问题就可以通过 Bitcoin Script
  - - - header里面包含的信息：宏观的
        
        用的BTC哪个版本的协议 version
        
        指向前一个区块（块头）的指针 hash of previousblockheader
        
        整棵树的根哈希值 merkle root hash
        
        挖矿难度目标阈值的编码 target
        
        随机数nonce
    - - 交易列表
  - - - C consistency 系统状态一致性
      - A availability 别人可用的
      - P partition tolerance 分区容错性
    - - 能保持 consistency 一致性
      - 某种情况下paxos有可能一直达不成共识但这个概率很小
    - - 共同维护全局的哈希表需要取得共识的内容是包含了哪些
        
        key value pair 键值对
  - - - 竞争记账权-挖矿
        
        记账的权力-但不应是主要动力（合法的交易都应被记录）
        
        出块奖励 block reward
        
        铸币交易
        
        coinbase transaction 这个币不用指向来源，是发行新BTC的唯一方法
        
        最初21w个区块里每个区块50btc——每21w减半——25——12.5
      - 投票
        
        少数服从多数x
        
        membership 谁有投票权？
        
        女巫攻击 sybil attack
        
        生成多个恶意节点
        
        用算力投票
        
        每个节点都可以在本地组装一个候选区块，把其认为合法的交易都放在区块里然后尝试nonce值
        
        找到了nonce=获得记账权，可以发布下一个区块-挖矿
        
        其他节点检验nonce是否符合要求，blockheader里的内容是否符合要求
        
        验证blockbody里的是否合法
        
        分叉攻击 forling attack
        
        通过插入区块链中间位置插入区块增加分叉来回滚某个已发生的交易
        
        正常情况下也会发生分叉。如果有两个节点同时获记账权，会出现两个等长的分叉，找到下一个区块后该分支变最长合法链，另一个分叉被丢弃 orphan block
        
        如果往下扩展下一个区块就表明认可这个区块
        
        puzzle friendly 没有捷径并非一人一票而是hash rate决定投票权重
- - - - A可以同时给B和C转账，这是同一个交易。保留在UTXO里。B把币花掉了，A和B的交易就不在UTXO里了
    - - 每笔交易可能有多个输入和输出，所有输入的金额总和要等于所有输出的金额。每个输入地址都要提供对应的签名，所以一个交易可能有多个签名
      - total input略大于total output 多出来的金额作为交易费给获得记账权发布区块的节点的奖励
  - - - 每21万个区块奖励减半每隔10min产生一个新的区块≈4年减半
        
        产生BTC的数量构成一个几何序列 geometric series
        
        21wx50+21wx25+21wx12.5+…=21wx50x（1+0.5+0.25+……）=2100w
        
        BTC的稀缺性是人为造成的
        
        挖矿的过程
        
        puzzle除了比拼算力外没有其他实际意义
        
        对于维护BTC系统的安全性至关重要
        
        BTC is secured by mining
    - - 也会有一些简单的交易是没有记账费的
  - - - 如果改变域内容会对根哈希有影响
  - - - bernoulli process:a sequence of independent Bermoulli trials
        
        性质：无记忆性 memoryless
      - 出块时间呈指数分布 exponential distribution
        
        整个系统平均出块时间10min
        
        通过定期调整挖矿难度控制时间
        
        个人算力占全网越大挖到矿概率越大
        
        指数分布也是无记忆的
        
        概率密度曲线
        
        如果过了十分钟，没有人挖到，那可能平均还要等十分钟服从指数分布
        
        progress free ：过去的尝试是无用的
        
        否则算力强的矿工会有不成比例的优势
        
        挖矿公平性的保证
  - - - 等6个confirmation（区块）才认为这个交易是不可逆转的（一个小时）
        
        zero confirmation 只已发出的交易，还未形成区块
        
        商家不用等到交易被写到区块链上就认为转账成立
        
        zero的安全性
        
        协议的缺省设置：节点接收最先听到的交易
        
        商家会验证交易合法性，签名是否正确
        
        从支付到发货，天然有一定的处理时间
    - - 成功率低，算力比不过全网
      - 如果是非恶意篡改交易的节点:
        
        好处：回报高，让别人做无用功少竞争
        
        风险高
- - - - 验证被挖出的区块的合法性
      - 每两周修改挖矿难度
      - 本地维护UTXO
    - - 不是一直在线
      - 只保存每个区块块头
      - 只保存与自己相关的交易
      - 只能检测最长链，但不知道哪个是最长合法链
  - - - GPU 通用并行运算有许多部件仍然处于空闲状态
    - - 专为挖矿设计性价比最高
        
        只针对一种加密货币除非用同一种mining puzzle（merge mining）
        
        有些加密货币设计alternative mining puzzle（ASIC resistance抗ASICC芯片化），目的就是让普通cpu也能参与挖矿
        
        只能计算哈希值
    - - 单个矿机收益不稳定
      - 单个矿工除了挖矿外还要承担全节点的责任
      - pool manager—miner
        
        miner只负责计算哈希值 manager承担其他功能
      - 收益分配：按每个矿工的工作量分配：工作量证明：降低nonce的难度，这样挖出来的叫做share（almost valid block），矿工挖出share后提交给manager。share只是miner工作量证明无其他用处
      - miner自己挖到不提交没用里面的地址是矿主的
      - 有可能为了打击竞争对手，加入对手矿池挖矿，分红其他人的出矿奖励自己挖到的话丢弃
      - 可能带来的危害：on demand mining
  - - - 回滚交易 doubles pending 要等六个区块后再生成攻击
    - - 封锁某个账户，分叉产生不包含这个交易的区块，没有必要等6个区块
- - - - 所有节点都是对等的，没有所谓的超级节点或主节点（super node，master node）
      - 与seed node联系
      - 节点之间通过TCP通信，这样有利于穿透防火墙。离开的时候不需通知其他节点，只需要退出应用程序。别的节点一段时间没有收到通信便会删除该节点
  - - - 鲁棒性牺牲的是效率
      - 每个节点维护一个邻居节点的集合。消息传播以flooding方式。节点收到消息时转发给邻居节点。邻居节点的选取是随机的，不考虑底层的拓扑结构。
  - - - 两笔冲突的交易，在同一时间发布。
      - 如果两笔交易中的一笔已经被写入区块中了
        
        节点会删除集合里的该交易（因交易已上链）
        
        如果集合接收到的是另一笔交易，也要将另一笔交易删除（因为变成了非法交易）
  - - - 有的节点不一定接收到
      - 有的节点不一定按规则转发
      - 有的节点会转发不合法交易
- - - - 比特币中用到的几个性质
        
        collision resistance性质/也叫cillision free:没有什么方法去人为制造哈希碰撞
        
        collision（哈希碰撞）：x≠y，H(x）=H(y)，两个输入被映射到同一输出
        
        一般来说哈希碰撞不可避免，因为输入空间远远大于输出空间
        如要寻找collision,需要遍历 brute-force暴力破解
        
        MD5加密，如今已经被破解出怎么人为制造哈希碰撞了
        
        https://zhuanlan.zhihu.com/p/121492822
        
        collision resistance 无法被证明
        
        message digest(摘要）没有办法篡改内容而不被检测出来
        
        找不到m`使得H（m·）=H（m）
        
        hiding，没有泄露输入的任何信息
        
        哈希函数的计算过程是单向的，不可逆的，不能反推
        
        输入空间足够大，使得蛮力破解不可行。取值分布要比较均匀
        
        hiding+collision resistance=digital commitment
        /digital equivalment of a sealed envelope
        
        通过H（x）验证x
        
        比特币中用到的性质：puzzle friendly
        
        挖矿就是找一个随机数（nonce）,这个nonce和区块块头里的其他信息合在一起作为输入，取出一个哈希值，这个哈系数要小于等于某个指定的目标阈值。H（block Header）≤ target
        
        块头里有很多域其中有一个域可以填充这个nonce
        
        proof of work 工作量证明
        挖矿很难，验证很容易Difficult to solve,but easy to verity.
        
        输入输出的无相关性
    - - secure Hash algorithm 安全哈希算法
  - - - 非对称加密 asymmetric encryption algorithm
        
        对称加密：加密和解密用的是同一个秘钥
        
        非对称加密：加密用公钥，解密用私钥用的都是接收方的公钥和私钥
        
        私钥保存到本地，不需要给对方
        
        解决了对称加密体系中秘钥分发不方便的问题
        
        公钥相当于账户秘钥相当于密码
    - - 2的256次方，出现两个人公私钥相同的概率微乎其微（SHA-256?）
      - 产生公私钥，需要一个好的随机源
        
        如不好，有可能两个人生成的公私钥对一样
      - 比特币，之后每次签名也要好的随机源，只要有一次签名时随机源不好，就有可能会泄露私钥
- - - - 最后一个区块也有一个H（x）保存在系统里
    - - 所以一个节点不一定要保存所有区块的信息，可以只保存最近的几千个区块，如果要用到以前的区块，可以向系统中其他节点索取，用哈希值判断真伪
      - tamper-evident log 不能篡改无论在哪个部位改动，只要记住最后一个哈希值，就能检测出是否被修改-区块链与普通链表的区别
  - - - block header里面没有具体的交易信息，只有一个哈希值
      - block body里有交易的列表
    - - 比特币中的节点分为两类：全节点 full node（保存整个区块的内容 block header+block body）和轻节点light node（比如手机上的钱包应用，只保留一个block header）如果想要轻节点证明某笔交易是写入到区块链的，需要像全节点请求H（），结合自己的H（）一层一层计算
        
        一般来说轻节点没办法独立验证交易的合理性
        
        系统中全节点少大部分是轻节点没有参与区块链的构造和维护
      - proof of membership/proof of non-membership
        
        证明交易不存在于这个区块：如果对每个交易的哈希进行从小到大排序，则可以用二分查找法证明
        
        比特币中没有这种不存在证明的硬性需求
        
        叫做sorted merkle tree
- - - - 出块时间短
        
        如两个节点同时挖到矿，分叉会成为常态，危害系统安全性
        
        总算力越强，安全性越高
        
        51% attack 恶意节点占一半以上算力
        
        如果出现很多分叉，系统总算力被分散，根据节点位置的不同，接收到块的时间点不同，可能会选择任意一个块继续。而恶意节点集中算力去扩展目标分叉，很快将其变为最长合法链
      - 出块时间要有一个常数的波动范围，不能越来越短
    - - （2016x10）/（60x24）
      - 每隔2016个区块要调整一下阈值
      - 如果实际2016出块超过了两个星期，挖矿难度应调低/反之调高
      - 实际上调和下调都有4倍的限度。避免系统出现意外导致目标阈值特别大
    - - 恶意节点不调整，区块的合法性不会通过（nBits目标阈值设置的不对）
- - - - 输出脚本里直接给出收款人公钥
      - 输入脚本直接给出签名
      - 出于安全考虑两段脚本分开执行
    - - 最常用的形式
      - 输出脚本里给出收款人公钥哈希
        
        输出脚本要验证签名正确性
      - 输入脚本既要给出签名又要给出公钥
- - - - forking attack 分叉攻击也属于 state fork 人为攻击，也成deliberate fork
    - - BTC协议产生分歧
        
        硬分叉
        
        BTC协议新特性 new feature
        
        BTC中区块大小限制 block size Limit 1mb=1000000字节≈4000个交易≈每秒钟7笔交易大小限制变大旧节点不更新软件，分叉就一直存在
        
        必须所有节点都更新了软件才不会产生永久分叉
        
        软分叉
        
        加了一些协议原来合法的交易变成不合法
        
        系统大小限制变小
        
        P2SH pay to script hash 支付的时候不是付给public key的hash 而是付给赎回脚本 redeem script
        
        旧节点只认证第一阶段旧节点认为合法的新节点不一定认为合法新节点认为合法的旧节点一定认为合法
        
        只要系统中拥有半数以上的节点更新了软件，那分叉只是临时的