定義
BTC密碼學原理
Hash
z = hash(x)
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哈希碰撞
如果x != y晋被，但hash(x) == hash(y) 代表碰撞
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collision resistance
如果z = hash(x)铺罢，由于x和z的取值范圍很大朝刊，那么 x != y 可以大概率推出 hash(x) != hash(y) 。
hiding
hash不可逆半等，并且x的取值非常大，無法通過枚舉和算法呐萨，根據(jù)z反推出x-
Puzzle friendly
加入過z的范圍是256位的十六進制數(shù)
要求hash x后的z滿足前200位都是零杀饵，保證z的取值范圍足夠小
那么礦工只能通過不斷的改變x算hash值，來證明自己的算力
而無法通過z的取值范圍反推x
這叫puzzle friendly
簽名
一對公私鑰對谬擦，通過私鑰簽名切距，來代表這筆交易是用戶發(fā)生。
礦工通過公鑰驗證簽名的合法性惨远，如果驗證通過谜悟，則代表交易合法
BTC數(shù)據(jù)結構
Hash pointer
通過數(shù)據(jù)塊的hash值來構成鏈表的指針關聯(lián)话肖，而不是通過內(nèi)存地址來代表指針的值
通過hash關聯(lián)數(shù)據(jù)塊，可以達到葡幸，礦工很難對中間的某一塊數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)篡改最筒，因為一旦篡改，會使得hash值改變蔚叨，那么后續(xù)的所有數(shù)據(jù)塊的hash值都會改變床蜘，再加上挖礦的難度非常大，因此篡改數(shù)據(jù)變成了一項幾乎不可能完成的任務
Merkle Tree
區(qū)塊鏈的每個區(qū)塊的數(shù)據(jù)域只保存hash值
把交易組成一顆樹蔑水，通過hash指針關聯(lián)
Merkle proof
交易是放在Markle tree的data塊
全節(jié)點保存整個區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)
輕結點只保留區(qū)塊塊頭的信息
發(fā)生交易的數(shù)據(jù)要求證明交易是否已經(jīng)在區(qū)塊鏈上
全節(jié)點會把區(qū)塊鏈中包含交易的Merkle tree路徑上的hash值發(fā)給輕結點
輕結點通過從底到上的運算hash值邢锯，最終得到塊頭的hash值，并比較
來確定交易是否已經(jīng)在鏈上
去中心化
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貨幣由誰發(fā)行
通過挖礦發(fā)行
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發(fā)行多少
每發(fā)布21萬區(qū)塊搀别，區(qū)塊獎勵減半
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如何解決double spend問題
通過hash指針丹擎，指明交易的資金來源
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共識機制
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POW
相信大部分結點都是好結點
每個節(jié)點都去找尋nonce
找到了nonce則獲得記賬權，并發(fā)布區(qū)塊
其他大部分結點去驗證區(qū)塊的合法性歇父，并添加到區(qū)塊鏈中國
繼續(xù)挖礦
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問題：
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合法區(qū)塊被拒絕
由于大部分結點都會接收合法區(qū)塊蒂培，并繼續(xù)往下挖
這會讓這個區(qū)塊存在于最長合法鏈
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分叉攻擊
黑客可以通過分叉攻擊，把花出去的錢回滾掉
除非黑客擁有超過半數(shù)以上的算力
否則庶骄，這個新的分叉不會成為最長合法鏈
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激勵機制
- 挖出區(qū)塊的結點獲得出塊獎勵
- 引入交易費
UTXO
unspend transaction output
區(qū)塊中的交易的每一塊資金毁渗，要么不花，要么全部花出
UTXO記錄哪些區(qū)塊是還沒有花出去的
維護這樣一個數(shù)據(jù)結構单刁，是為何快速判斷一個交易的合法性和避免double spend 攻擊
網(wǎng)絡
- 一個結點要加入網(wǎng)絡灸异，先要知道一個種子結點
- 通過種子結點告知自己網(wǎng)絡中有哪些結點
- 結點之間通過TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)
- 結點需要離開不需要任何操作，其他結點一定時間沒有收到離開結點的消息羔飞，則會自動把它剔除
- 消息通過隨機選擇鄰居結點發(fā)送
- 如果結點發(fā)現(xiàn)消息處理過了肺樟，則不會再往外發(fā)送
- 如果同一來源金額有兩個消費，則先到優(yōu)先
- 區(qū)塊大小限制1M以內(nèi)
BTC挖礦難度
通過計算交易塊的SHA-256是否達到nonce的要求
H(block header) <= target
target越小逻淌，難度越大
出塊時間要維持在10min
通過以下公式調(diào)整難度
target = target * actual time/expected time
分叉
如果挖礦協(xié)議改變么伯，有可能造成分叉
硬分叉
升級的礦工，認可新特性和舊特性卡儒，會挖出一條鏈
沒有升級的礦工田柔，不認可新特性，會挖出另外一條鏈
軟分叉
升級的礦工骨望，認可新特性硬爆，不認可舊特性
沒有升級的礦工認可新特性和舊特性
最終都升級后，它們會合成一條鏈
ETH概述
ETH針對出塊時間擎鸠、共識協(xié)議缀磕、反ASIC芯片的mining puzzle對BTC作出改進，和增加了去中心化的合約
ETH賬號
通過賬號，記錄賬戶金額和計數(shù)器
計數(shù)器用來防止重放攻擊
- 外部賬號：使用公私鑰來產(chǎn)生袜蚕，存有賬戶余額和計數(shù)器
- 合約賬號：不通過公私鑰產(chǎn)生糟把，存有余額，計數(shù)器牲剃、代碼和數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)會發(fā)生變化遣疯，但是代碼是不可篡改的
ETH數(shù)據(jù)結構
Patricia tree
Merkle Patricia tree
根結點保存整棵樹的hash值
用于Merkle proof
Modified Patricia tree
引入版本控制，每次修改一小部分的賬號颠黎，形成新的Patricia tree
ETH賬號樹
通過Modified Patricia tree存儲
ETH交易樹和收據(jù)樹
通過Merkel Patricia tree存儲
通過bloom過濾器另锋，定位收據(jù)的位置，用于更復雜的查詢功能
ETH GHOST協(xié)議
ETH出塊降低到15s狭归，BTC出塊10min夭坪，這導致很多礦工在相近時間挖出區(qū)塊
為了補償?shù)貌坏匠鰤K獎勵的其他成功挖出區(qū)塊的礦工，適當?shù)慕o出補償
提出了GHOST協(xié)議
- 每個挖出的區(qū)塊可以最多包含兩個叔父區(qū)塊过椎，并得到額外的1/32的出塊獎勵
- 叔父根據(jù)隔了多少代遞減得到獎勵室梅，最多個7代
- 只認第一個叔父區(qū)塊
反ASIC挖礦算法
基本版
ASIC芯片擅長計算hash
但如果加入訪問內(nèi)存，則可以抑制計算能力
通過引入一個巨大無比的內(nèi)存數(shù)組
以一個seed疚宇，一個接一個的計算hash值
每次進行hash時亡鼠，必須隨機的包含三個hash值
這強迫挖礦時，必須多次訪問內(nèi)存
問題：Merkle proof時敷待，輕結點無法存入這么大的內(nèi)存
改進版
維護一個16M的隨機數(shù)組
通過16M的隨機數(shù)據(jù)hash 256次间涵，得到1G的數(shù)據(jù)
挖礦時需要多次訪問1G的數(shù)組
權益證明POS
通過所占權益，進行投票榜揖，達成共識
預挖礦
給ETH開發(fā)者預留一部分貨幣勾哩，等數(shù)據(jù)貨幣成熟后，則可以有錢起來
挖礦難度
PH為父區(qū)塊難度
x是調(diào)整難度系數(shù)
難度炸彈是一個指數(shù)函數(shù)举哟，用于限制POW思劳，發(fā)展POS
難度炸彈如果塊數(shù)大于三千萬，則會成為指數(shù)增長
歷史上妨猩，ETH回退了一次難度系數(shù)
智能合約
通過代碼實現(xiàn)合約
代碼在區(qū)塊鏈上一旦發(fā)布不可篡改
寫代碼時要注意重入攻擊和數(shù)字計算溢出問題
外部賬號通過調(diào)用智能合約代碼潜叛，實現(xiàn)智能合約的買入和賣出
ref:
https://blog.nowcoder.net/n/30cbdb37108b4d93b3a5a93b8226ae31
