Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
1- 去中心化數(shù)字貨幣銀行系統(tǒng)
? ? ? ? 所有賬目公開(kāi)可查詢
? ? ? ? 貨幣發(fā)行方式公平
? ? ? ? 共識(shí)機(jī)制 - POW工作量證明
2. 分布式P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
3. 基于非對(duì)稱密碼學(xué)的交易
? ? ? ? ?公鑰鎖定比特幣地址痰憎，私鑰解鎖
4. 區(qū)塊鏈作為銀行賬本
BTC的產(chǎn)生
? ? ? ? 比特幣由挖礦而產(chǎn)生-通過(guò)計(jì)算出一個(gè)隨機(jī)數(shù)字nonce
? ? ? ? 生成的BTC被記錄在礦工的名下(礦工還會(huì)獲得該區(qū)塊的所有手續(xù)費(fèi))
? ? ? ? ? ? ? ? ?通過(guò)礦工公鑰的哈希值鎖定
? ? ? ? ? ? ? ? ?交易的輸出被稱為“未花費(fèi)交易” UTXO? Unspent? Transaction Output
? ? ? ? ? ? ? ? ?比特幣的錢包余額就是根據(jù)眾多的UTXO計(jì)算出來(lái)的, 轉(zhuǎn)賬會(huì)銷毀UTXO， 增加新的UTXO
比特幣就是UTXO夷陋， UTXO + 區(qū)塊鏈 = 比特幣系統(tǒng)
拜占庭將軍問(wèn)題
leslie Lamport 一個(gè)關(guān)于分布式系統(tǒng)容錯(cuò)問(wèn)題的故事
故事背景:
? ? ? ? 拜占庭帝國(guó)派出10支軍隊(duì)终惑，去包圍進(jìn)攻一個(gè)城池
? ? ? ? 至少6支軍隊(duì)同時(shí)進(jìn)攻才能攻下城池
難點(diǎn)：一些將軍可能是叛徒,會(huì)發(fā)布假的進(jìn)攻意向
目的：讓忠將門找到一種共識(shí)機(jī)制攻锰，遠(yuǎn)程協(xié)商，共同進(jìn)退（目的是達(dá)成一致）
方法：
? ? ? ? 每個(gè)將軍給所有其他將軍發(fā)送消息
? ? ? ? 每個(gè)將軍根據(jù)接受到的消息來(lái)決定是否進(jìn)攻（執(zhí)行收獲指令多的）
? ? ? ? 當(dāng)將軍總數(shù) n >= 3m + 1 的時(shí)候才有正解（m為叛將）進(jìn)攻，當(dāng)n <=3m+1的時(shí)候也會(huì)達(dá)成一致唁桩，就是不進(jìn)攻, 還是達(dá)成了一致
缺點(diǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送大量消息号杠，當(dāng)有千萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候絕對(duì)會(huì)堵塞蚪腋， 比特幣不用這種方法丰歌， 中本聰使用的是POW
比特幣共識(shí)機(jī)制 - POW
怎么證明我是個(gè)好人？
POW （proof of work）
????????通過(guò)付出大量的工作代價(jià)來(lái)證明自己是非惡意節(jié)點(diǎn)（讓你付出工作代價(jià)來(lái)證明自己）
????????計(jì)算出一個(gè)難題的隨機(jī)數(shù)答案(nonce)
? ? ? ? x獲取記賬權(quán)利
? ? ? ? x獲取打包交易并通知其他節(jié)點(diǎn)義務(wù)
? ? ? ? x獲取獎(jiǎng)勵(lì)（挖礦獎(jiǎng)勵(lì)和交易費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)）
理性人都是逐利的屉凯，POW抑制了節(jié)點(diǎn)的惡意動(dòng)機(jī)
共識(shí)機(jī)制是什么
如果說(shuō)共識(shí)是區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)立帖，那共識(shí)機(jī)制就是區(qū)塊鏈的靈魂。
我們?cè)诮忉屖裁词菂^(qū)塊鏈時(shí)悠砚，可以用一句簡(jiǎn)潔明了的去中心化分布式分類賬來(lái)概括晓勇，但是在這個(gè)賬本中，是如何對(duì)在幾乎相同時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)生的事物前后排序的灌旧，就涉及到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的共識(shí)機(jī)制绑咱。
所以共識(shí)機(jī)制，就是在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)事物的前后順序達(dá)成共識(shí)的一種算法枢泰。
共識(shí)機(jī)制有什么用
它就像一個(gè)國(guó)家的法律描融，維系著區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲恼＿\(yùn)轉(zhuǎn)。
在區(qū)塊鏈上宗苍，每個(gè)人都會(huì)有一份記錄鏈上所有交易的賬本稼稿，鏈上產(chǎn)生一筆新的交易時(shí)，每個(gè)人接收到這個(gè)信息的時(shí)間是不一樣的讳窟，有些想要干壞事的人就有可能在這時(shí)發(fā)布一些錯(cuò)誤的信息让歼，這時(shí)就需要一個(gè)人把所有人接收到的信息進(jìn)行驗(yàn)證，最后公布最正確的信息丽啡。
目前常用的幾種共識(shí)機(jī)制
1谋右、工作量證明機(jī)制(Proof of Work - PoW)是我們最熟知的一種共識(shí)機(jī)制。就如字面的解釋补箍，PoW就是工作越多改执，收益越大。這里的工作就是猜數(shù)字坑雅，誰(shuí)能最快的猜出這個(gè)唯一的數(shù)字辈挂，誰(shuí)就能做信息公示人。
2裹粤、權(quán)益證明機(jī)制(Proof of Stake-PoS)也屬于一種共識(shí)證明终蒂，它類似股權(quán)憑證和投票系統(tǒng)，因此也叫“股權(quán)證明算法”遥诉。由持有最多（token）的人來(lái)公示最終信息拇泣。
3、拜占庭共識(shí)算法（Practical Byzantine Fault Tolerance- PBFT）也是一種常見(jiàn)的共識(shí)證明矮锈。它與之前兩種都不相同霉翔，PBFT以計(jì)算為基礎(chǔ)，也沒(méi)有代幣獎(jiǎng)勵(lì)苞笨。由鏈上所有人參與投票债朵，少于（N-1）/3個(gè)節(jié)點(diǎn)反對(duì)時(shí)就獲得公示信息的權(quán)利子眶。
現(xiàn)有各種共識(shí)機(jī)制的問(wèn)題
A、計(jì)算能力浪費(fèi)
在工作量證明機(jī)制POW中葱弟，猜數(shù)字最快的通常是電腦計(jì)算能力強(qiáng)的壹店。超強(qiáng)的計(jì)算能級(jí)僅用來(lái)猜數(shù)字猜丹，實(shí)在是浪費(fèi)芝加。
B、權(quán)益向頂層集中
在權(quán)益證明機(jī)制POS中射窒，token的余額越多的人獲得公示信息的概率越高藏杖，公示人會(huì)得到一定的token作為獎(jiǎng)勵(lì)，如此持有token多的人會(huì)越來(lái)越多脉顿，少的人越來(lái)越少蝌麸。
C、作惡成本低下
在靠算力與權(quán)益的的多少來(lái)獲得公示信息的權(quán)利的模式當(dāng)中艾疟，當(dāng)算力和權(quán)益向少數(shù)人集中之后来吩，這些少數(shù)人如果想要做一些違反規(guī)則的事情是輕而易舉的；在PBFT中蔽莱，由所有人投票弟疆，如果一個(gè)沒(méi)有任何token余額的人想要搗亂，那他幾乎是完全沒(méi)有利益損失盗冷。
D怠苔、對(duì)于真正的去中心化構(gòu)成威脅
在工作量證明機(jī)制中，計(jì)算能力越強(qiáng)仪糖，獲得記錄權(quán)利的概率就越高柑司。如果有人把很多人集中在一起來(lái)猜數(shù)字，把好多電腦的算力加在一起來(lái)用锅劝，那這些抱團(tuán)的人就會(huì)更容易獲得公示信息的權(quán)利攒驰，發(fā)展到最后可能公示權(quán)就直接掌握在這些人手里。
在權(quán)益證明機(jī)制POS中故爵，權(quán)益越大的人獲得記錄權(quán)利的概率越高玻粪，而記錄的人就會(huì)有獎(jiǎng)勵(lì)token ，這樣一來(lái)這些人就會(huì)越來(lái)越富有稠集，貧富差距就會(huì)越來(lái)越大奶段。持有token少的人幾乎都沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)了。
權(quán)利掌握在少數(shù)人手中剥纷，這有違區(qū)塊鏈去中心化理念痹籍。
目前現(xiàn)有的共識(shí)機(jī)制都不算完美，在一些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景弊端很多晦鞋。本能實(shí)驗(yàn)室一直在探索更完美的共識(shí)機(jī)制蹲缠。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有多種共識(shí)機(jī)制的對(duì)比研究棺克，設(shè)計(jì)出了基于參與度的共識(shí)機(jī)制DPOP。
基于參與度的DPOP機(jī)制线定，參與投票的節(jié)點(diǎn)不僅要提供權(quán)益證明娜谊，同時(shí)還需要提供參與度證明。每個(gè)人在鏈上的任何活動(dòng)都是一種參與度的體現(xiàn)斤讥，權(quán)益小的人可以通過(guò)增加參與度纱皆，來(lái)提高獲得公示信息權(quán)利的概率。同時(shí)token的余額也是其中一個(gè)重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)芭商。
目前主要有四大類共識(shí)機(jī)制：Pow派草、Pos、DPos铛楣、Pool
1近迁、Pow工作量證明，就是大家熟悉的挖礦簸州，通過(guò)與或運(yùn)算鉴竭，計(jì)算出一個(gè)滿足規(guī)則的隨機(jī)數(shù)，即獲得本次記賬權(quán)岸浑，發(fā)出本輪需要記錄的數(shù)據(jù)搏存，全網(wǎng)其它節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證后一起存儲(chǔ)；
優(yōu)點(diǎn)：完全去中心化助琐，節(jié)點(diǎn)自由進(jìn)出祭埂；
缺點(diǎn)：目前bitcoin已經(jīng)吸引全球大部分的算力，其它再用Pow共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得相同的算力來(lái)保障自身的安全兵钮；挖礦造成大量的資源浪費(fèi)蛆橡；共識(shí)達(dá)成的周期較長(zhǎng)，不適合商業(yè)應(yīng)用
2掘譬、Pos權(quán)益證明泰演，Pow的一種升級(jí)共識(shí)機(jī)制；根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占代幣的比例和時(shí)間葱轩；等比例的降低挖礦難度睦焕，從而加快找隨機(jī)數(shù)的速度。
優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間
缺點(diǎn)：還是需要挖礦靴拱，本質(zhì)上沒(méi)有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點(diǎn)
3垃喊、DPos股份授權(quán)證明機(jī)制，類似于董事會(huì)投票袜炕，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)本谜，代理他們進(jìn)行驗(yàn)證和記賬。
優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量偎窘，可以達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證
缺點(diǎn)：整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴于代幣乌助，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要代幣存在的
4溜在、Pool驗(yàn)證池，基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)他托，加上數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制掖肋；是目前行業(yè)鏈大范圍在使用的共識(shí)機(jī)制
優(yōu)點(diǎn)：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox赏参、Raft）基礎(chǔ)上志笼，實(shí)現(xiàn)秒級(jí)共識(shí)驗(yàn)證；
缺點(diǎn)：去中心化程度不如bictoin登刺；更適合多方參與的多中心商業(yè)模式
