目录

1.   区块链初识(课程简介）

被过度炒作，落地应用有限？

下一代的价值互联网？世界上最慢的数据库？

  2.   BTC-密码学原理（比特币）

1)哈希

哈希函数特点

个人学习所得

2)签名

个人对于签名了解

3.    BTC-数据结构（哈希指针）

1)哈希指针：

个人对于哈希指针了解

2)merkle tree（补充）：

个人对于Merkle tree的理解

4.   BTC-协议

1)协议：

2)铸币交易：

3)分布式共识：

Paxos算法：

4)比特币共识（Consensus in BitCoin）：

投票机制达成共识是不可行的，那如何解决比特币共识问题？

工作量证明难度是非常大的，那其他节点凭什么做这种大量的工作呢？

由于网络会延迟等原因，可能会出现两个矿工同一时间挖出区块的可能。如果他们一起参与记账，就会造成区块链分叉。这时我们两边都要承认吗？

总结

---

1.   区块链初识(课程简介）

被过度炒作，落地应用有限？

伴随比特币市场占比的增加，以及其他加密货币的出现，区块链是不是骗局是不是炒作，它的落地应用又可以有哪些？成为了我最初的问题？比特币是区块链的一种应用，比特币是一种加密货币，所有区块链都应用数字加密技术。伴随着越来越多人加入区块链，区块链的确有很大的争议，但我认为区块链未来及落地应用在经过时间积累后会被大众认可的，如过去的互联网+思维，未来也可能会有区块链+思维。

下一代的价值互联网？世界上最慢的数据库？

价值互联网，就是我们的资产，我们价值，都存在于互联网上，但这个互联网不是传统的互联网，而是区块链互联网，价值体现就是数字资产。与传统互联网上，多数都是在查看信息，更多的信息。而价值互联网，是上网行为多数都是在操控自己的价值资产。其次我并不认为区块链只是“数据库”，区块链四大核心技术如共识机制，哈希算法，点对点分布式技术（p2p），智能合约，这些都表明区块链是安全可信赖的这比单纯的数据库更重要。同时我也相信区块链的出现也不是为了成为数据库

                                              
2.   BTC-密码学原理（比特币）

1)哈希

哈希函数特点

(1）collision resistance：很难产生哈希碰撞(但是不可避免，无法去求证。MD5）    

(2）hiding：哈希是单向的，不可逆。

(3)puzzl friendly：只有穷举才能得到对应输出空间的范围

算法：SHA-256  

个人学习所得

①  哈希碰撞在视频中被多次提及什么是哈希碰撞？

哈希计算的输入端是不定长、而输出端是定长，那么就存在一个可能，即同 一个哈希值可能会对应不止一个输入数值串，这个现象就称为“哈希碰撞”， 每一次碰撞就相当于猜一次密码，而猜的次数越多、速度越快，那么猜中的 几率也就越大。所以，很多人为了得到更多的比特币，就不断增加自己进行 哈希碰撞猜中密码的能力、也就是常说的“算力”。

②digital commitment（digital equivalent of sealed envelope）

collision resistance+hiding可以合起来实现digital commitment，比如预测股票，为了不影响股市，预测结果不能提前公开；为了保证预测的公平性，预测结果不能被篡改。哈希函数可以解决这两个问题，提前将预测结果计算哈希保存，将哈希值公开。将最终结果的哈希和预测结果的哈希比对，可以确认结果是否正确；同时，只要预测结果的哈希值不变，则可以保证数据未被篡改。

2)签名

非对称加密产生公私钥对，签名用私钥，验证签名用公钥，加密用公钥，解密用私钥。 类似于银行账户为公钥，银行账户密码为私钥。

个人对于签名了解

对于去中心化的系统，每个账户就是公私钥对，本地直接产生（public key, private key），当随机源较好时，产生相同公私钥对的概率可忽略不计。常见的对称加密体系，加密解密使用相同的密钥，密钥不能公开，只有发送信息双方间知晓。一旦密钥泄露，则会导致信息泄露。而非对称加密体系，接收方的公钥是公开的，发送者使用接收方的公钥对数据进行加密，接收方再使用私钥解密，保证了加密的安全性。签名是和加密相对的过程，使用私钥对数据进行签名，其他人可以使用公开的公钥进行验证。

3.    BTC-数据结构（哈希指针）

1)哈希指针：

①区块链本质是有哈希指针连接起来的链表。

②区块由 block header 和 block body 组成，block body 存放具体的交易信息，交易内容以 Merkle Tree 的形式组织在一起，data block 内存放交易具体内容，计算 hash，相邻 block 的 hash 拼接起来再次计算 hash。依次类推，最后的二叉树根结点称为 Merkle Root Hash。根据 root hash 值是否被修改， 可以判断区块内的交易是否被篡改。block header 存放版本信息、前一个区块的 hash pointer，block body 中的 root hash，开始时间，以及挖矿所需的 nBits 和 nonce，不包含具体的交易内容

③区块存放在系统中的节点内，包括全节点和轻节点，轻节点仅包含 block header，全节点则是完整的节点，还包含具体的 block body。系统中大部分节点以轻节点形式存在。当轻节点想要验证某个交易是否已写入节点（proof of membership/inclusion），需要由交易证明方提供 merkle proof，即此交易到根结点的交易路径中涉及的哈希值，证明交易被写到区块中。首先在本地计算该交易的哈希值，并向全节点请求merkle proof。

个人对于哈希指针了解

①只需要记住一个哈希指针，我们就可以记住从头到尾的哈希。因此我们可以建立一条区块链，可以包含任意多的信息块并可以回到最初的创世区块。

②使用哈希指针来实现的数据结构就是二叉树。使用哈希指针实现的二叉树叫做默克尔树（merkle tree） 

2)merkle tree（补充）：

每个区块中交易列表中的交易作为tree的叶子节点，向上取哈希值，不断向上传递计算新的哈希值，直到获得根节点的哈希值作为merkle tree root 。任何一笔交易被篡改或者伪造都会改变哈希值。

个人对于Merkle tree的理解

①默克尔树算法并不是直接计算整个字符串的Hash值，而是每个交 易都计算一个Hash值，然后两两连接再次计算Hash，一直到最顶层 的Merkle根。 ②默克尔树（Merkle Tree）算法的最大好处就是，每个交易都可以 单独直接删除，只保留这个交易的Hash值即可。这样，对整个区块 来说，并没有改变他的密码学安全性和完整性，但是数据量可以大 大减小。（Hash值32个字节，而一笔交易一般要400多个字节）。 如果一个区块中只有一个交易没有后续交易，那么删除其他所有交 易，整个区块的数据量会大大减小。因此，在UTXO的记账模式中，使用默克尔树结构，通常就无需担心数据 量一直增长导致数据过大的问题了。(utxo记账模式在账本小组ppt 如何规范双花问题有进行解答)   

4.   BTC-协议

1)协议：

比特币协议属于应用层协议，基于p2p网络通信，使用tcp传输保证可靠信。比特币协议版本号会写在block header中。

2)铸币交易：

铸币交易有固定的格式，算法公开，在比特币协议 中有明确的规定。每个区块只能写一条铸币交易， 这条交易大概是这样：coinbase奖励address（ 由挖矿节点的公钥通过哈希生成）6.25BTC （当前比特币区块奖励是6.25BTC）。铸币交易里， 新币是锁定给挖矿节点的公钥地址的。这意味着只有 这个挖矿节点的私钥才能签名这笔钱，其他任何人动 不了它的。

3)分布式共识：

所谓分布式共识，主要包含两点：分布式与共识， 分布式指的是系统运作由参与该系统的所有个体分 工合作进行，共识就是所有参与者达成的一致决定。 分布式共识系统简单来说就是所有参与者共同决策、 共同运作、共同维护的系统。 补充：FLP impossiblity result 在一个异步 (asynchronous)的系统中

Paxos算法：

Paxos算法解决的问题正是分布式一致性问题，即一个分布式系统中的各个进程如 何就某个值（决议）达成一致。Paxos算法运行在允许宕机故障的异步系统中不要 求可靠的消息传递，可容忍消息丢失、延迟、乱序以及重复。它利用大多数 (Majority) 机制保证了2F+1的容错能力，即2F+1个节点的系统最多允许F个节点 同时出现故障。一个或多个提议进程 (Proposer) 可以发起提案 (Proposal)， Paxos算法使所有提案中的某一个提案，在所有进程中达成一致。系统中的多数派 同时认可该提案，即达成了一致。最多只针对一个确定的提案达成一致。

4)比特币共识（Consensus in BitCoin）：

比特币系统实际上是一个去中心化的分布式账本，那么账本就要保证一致性，也就是要保证每一笔交易在所有记账节点上的一致性，让全网都达成共识。

采用投票机制达成共识是否可行呢？ 举例：某个节点打包一个区块，将这个区块全网广播，其他节点收到后会核验这个候选区块，若正确则投赞成票，不正确则投反对票，正确票过半就添加到区块链中。

这样做会出现的问题：

问题1：网络延迟是不可避免的，整个投票环节需要多久不可预知，效率上有很大问题。

问题2：恶意节点的存在不可避免。

问题3：恶意节点可造成女巫攻击（sybil attack），所谓女巫攻击就是模仿出多种身份进行的攻击。在比特币中创建一个账户只需在本地生成一个公私钥对即可，黑客可以生成大量的账户来进行投票，影响投票结果。

投票机制达成共识是不可行的，那如何解决比特币共识问题？

比特币中采用了一个非常巧妙的方案：就是通过算力来进行投票，因为算力要做大量的工作，所以比特币中的共识机制就是工作量证明（Proof of Work），简称POW。 工作量证明的实质是：尝试大量的随机数来进行哈希运算。 具体是找到一个随机数加入块头中，计算区块的块头的哈希值，使得计算的哈希结果小于或等于块头中目标值，公式如下：H(block header + nonce) <=target 算力最强的节点掌握记账权即“挖矿”的权力

工作量证明难度是非常大的，那其他节点凭什么做这种大量的工作呢？

那就是比特币系统中的奖励机制，由于奖励十分高，因此工作 量证明的过程也俗称为“挖矿”，这些挖矿的节点也俗称为“矿工”。 比特币系统中规定，只要工作量证明在全网达成共识并加入到区块链 中后就可以获得比特币，也就是出块奖励。比特币的来源就是通过 出块奖励（block reward）产生，也是比特币增多的唯一来源。 奖励规则 比特币系统中维持着平均每10分钟会有一个工作量证明成功 （挖矿成功）。比特币系统最初始的挖矿奖励是50BTC，区块链 中的区块每21万个后奖励就减半，也就是25BTC，以此类推。 理论上约到2140年左右，比特币将不再增长，达到饱和。矿工挖 矿不再获得奖励。

由于网络会延迟等原因，可能会出现两个矿工同一时间挖出区块的可能。如果他们一起参与记账，就会造成区块链分叉。这时我们两边都要承认吗？

肯定不可以，此时我们采取最长链原则，即当两个矿工同时挖出区块的时候，系统就会根据最长链原则进行取舍，即哪个新产生的区块能使其所在的区块链变得更长，则哪个区块得以被记录。如果两者一起记账就会造成区块链的分叉，这时会把其中有更多工作量的一条会继续作为主链，另一条作为备用链保存，如果新添加的区块使备用链累积了更多的工作量，那么这条备用链将被作为新的主链。

总结

不论是密码学，数据结构，协议，都是区块链中重要的理论知识，从中我再一次深入了解了双花问题，拜占庭将军问题，不可否认其实我在 这个博客只浅显了解了区块链的一部分，肖臻老师的网课 尽管我有认真看了几遍进行总结我认为还是有所欠缺 学习区块链知识还是一个任重道远的过程，最长链原则 也曾经受到过挑战如BCH分叉事件。之后， 我会再次认真研读肖臻老师课程简介推荐的有关区块链 的书籍，最后附上挖矿过程图片