區塊鏈技術與應用視頻筆記（1-4）
第1講 課程簡介
課程基本信息
課程大綱
第2講 比特幣中的密碼學原理
比特幣中用到兩個功能：哈希和簽名
哈希
密碼學中用到的哈希cryptographic hash function
兩個重要的性質：
collision resistance(哈希碰撞)
輸入空間無限，輸出空間有限
collision free
沒有高效的方法可以人爲地製造哈希碰撞。brute-force（暴力破解）
無法從數學角度證明，一個哈希函數不存在哈希碰撞
例如，MD5現在已經可以人爲地進行哈希碰撞
hiding
已知H(x)無法推出x，即結果不會泄露輸入（暴力破解可以）。
輸入空間無限大；
輸入空間比較均勻，各種取值差不多
利用以上性質可以得到：
digital commitment
digital equivalent of a sealed envelop
爲了實現輸入空間無限大和均勻分佈，添加隨機數nonce，整體取哈希：H（x | nonce）
puzzle friendly：挖礦的過程沒有捷徑，只有不斷的嘗試。difficulty to solve, but easily to verify。體現工作量證明
挖礦的過程：不斷嘗試nonce，是的H（Block Header）<= target
比特幣中使用的哈希函數是SHA-256，SHA是Secure Hash Algorithm
簽名
比特幣中的賬戶管理方式：去中心化
建立公鑰和私鑰（public key, private key)。公鑰相當於銀行賬戶，私鑰相當於銀行賬戶密碼。
asymmetric encryptic algorithm(非對稱加密算法)，加密使用公鑰，解密使用私鑰。
加密
使用同一個人的公鑰和私鑰
我要發信息給你，使用你的公鑰加密信息，你再用你自己的私鑰解密。
解密
私鑰保存在本地
比特幣系統是不加密的，信息是公開的。
公鑰和私鑰是用來做簽名的。
發佈交易用自己的私鑰簽名，其他人驗證簽名用我的公鑰。
比特幣系統中，一般是先對一個message取一個hash，再對hash值簽名。
不斷產生大量的公私鑰對，也難以出現一對完全相同的公私鑰對
a good of source randomess
第3講 比特幣的數據結構
hash pointer
區塊鏈是由一系列哈希指針連接的
tamper-evident log （防篡改日誌）
Merkly Tree
與普通二叉樹不同的是，利用哈希指針
只需要檢測最後一個hash值（root hash），就可以判斷是否被修改
Merkly tree 提供Merkly proof
區塊鏈分爲全節點和輕節點，手機比特幣錢包使用輕節點。找到
時間空間複雜度
-
proof of membership / proof of inclusion
O(log(n)) -
proof of non-membership
複雜度爲O(n)
根據哈希指針排序的Merkly Tree是sorted Merkly Tree,，比特幣並沒有採用這樣的結構
沒有環的情況下都可以使用hash pointer
第4講 BTC-協議
1、誰發行貨幣
2、double spending(雙重花費)
一個交易過程
A給B轉賬
輸入要包含A的btc來源，A的公鑰（便於共同驗證和記賬）
輸出：B的公鑰哈希
驗證：A給B轉賬的輸入，鑄幣階段A的輸出哈希。兩者驗證
輸入和輸出都是一段腳本Bitcoin Script
區塊
Block header:
- version
- hash of previous block header
- Merkly root tree
- target
- nonce
Block body
- transaction list
節點：
- full node：保存區塊鏈所有，驗證每一個交易。又叫full validating node
- light node：只保存block header的信息，無法獨立驗證交易的合法性
記賬
distributed consensus
(分佈式共識）簡單的例子就是distributed hash table
FLP impossiable result，在異步的網絡中，網絡傳輸沒有上限，但凡有一個用戶出現faulty，整個系統就無法取得共識
FLP impossibility result
在一個異步系統中，網絡時延沒有上限，但凡有一個成員是faulty，也無法達成共識
CAP theorem
Consistency
Availibility
Partition tolerance
任何一個分佈式系統中，上述三個性質最多隻能滿足兩個
Paxos
保障一致性
共識協議
Consensus in BTC
首要問題membership，誰有投票權
hyperledger fabic（聯盟鏈）
sybil attack（女巫攻擊，產生大量賬號類似水軍攻擊）
比特幣利用計算力投票
分叉攻擊（Forking attack)
從區塊鏈中間插入一個區塊，以回滾已經發生的交易
- 接受區塊必須在最長合法鏈上
- 區塊鏈在正常情況下也會發生分叉，如兩個節點在差不多時間內記賬
- 如果出現等長分叉，會持續一段時間，等到下一個區塊的出現。被丟棄的區塊叫orphon block（孤兒區塊）、
- 分叉上的交易不被接受
獎勵（block reward）
coinbase transaction是產生比特幣的唯一來源，出塊獎勵爲50BTC，21w之後獎勵減半，21w之後再減半
