區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識

區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識內(nèi)容預覽區(qū)塊鏈是什么？區(qū)塊鏈為什么叫blockchain？如何發(fā)起一筆比特幣交易？區(qū)塊鏈2.0是什么？區(qū)塊鏈有哪些應用？1.區(qū)塊鏈是什么？1.區(qū)塊鏈是什么？與比特幣一起誕生的技術(shù),比特幣軟件的底層架構(gòu)比特幣在區(qū)塊鏈架構(gòu)之上增加了數(shù)字貨幣功能也就是說區(qū)塊鏈不一定用于數(shù)字貨幣,它更是一種分布式技術(shù)1.區(qū)塊鏈是什么？區(qū)塊鏈是一種分布式服務什么是分布式服務？一個服務器集群,對外提供一致的服務,相當于一個整體相對于單機服務器,可提高訪問量,能容忍單點故障一般的分布式集群公司統(tǒng)一搭建用于承載更多的訪問,提高可用性服務器之間是信任,協(xié)作的關(guān)系區(qū)塊鏈網(wǎng)絡組織/個人獨立搭建并主動連入網(wǎng)絡負載與節(jié)點數(shù)量無關(guān)節(jié)點之間獨立,各自為營每個節(jié)點都做同樣的工作區(qū)塊鏈網(wǎng)絡為何要如此設計？避免一家獨大,形成壟斷,也就是去中心化。壟斷=掌握定價權(quán),篡改權(quán),最終損害使用者的利益數(shù)據(jù)任何人都可以獲取,公開透明,防止篡改這樣的設計也必然導致比傳統(tǒng)的服務器集群低效擴展Q：節(jié)點如何加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡？A：與已加入網(wǎng)絡的節(jié)點通信，獲取更多網(wǎng)絡節(jié)點Q：區(qū)塊鏈的節(jié)點是如何互相發(fā)現(xiàn)的？A：節(jié)點之間采用P2P協(xié)議，并提供getaddr命令，允許其他節(jié)點查詢自己所知道的其他節(jié)點。Q：最開始不知道任何節(jié)點的時候，如何加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡？ A：兩種方式，DNS-seed，hard-code。兩種方法都是中心化的方式。不存在完全去中心化的節(jié)點發(fā)現(xiàn)機制。2.區(qū)塊鏈為什么叫blockchain？2.區(qū)塊鏈為什么叫區(qū)塊鏈（blockchain）？是因為其特別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)打包成塊狀（block），并連接成鏈表（chain）一個形象的例子一個真實的例子

/btc/block/0000000000000000000f31575816f8e24047674a2ec0

4d35d5e39eedcb423129為什么要用塊狀數(shù)據(jù)？雖然區(qū)塊鏈有多個節(jié)點,但一個區(qū)塊最終只會由一個“幸運”節(jié)點打包打包也就是所謂的“挖礦”如果不使用塊狀數(shù)據(jù),每一條數(shù)據(jù)都打包一次,效率上不可行為什么區(qū)塊要用鏈連接起來？區(qū)塊的鏈接方式:當前區(qū)塊包含上一區(qū)塊的id區(qū)塊id的值與區(qū)塊內(nèi)容，挖礦的隨機數(shù)，上一個區(qū)塊id等數(shù)據(jù)有關(guān)（MerkleHashTree）所以:1.如果修改某一區(qū)塊內(nèi)容，該區(qū)塊id將發(fā)生變化2.區(qū)塊id發(fā)生變化則鏈接該區(qū)塊的區(qū)塊不再鏈接該區(qū)塊 3.所以想要修改某一區(qū)塊，需要將該區(qū)塊往后的所有區(qū)塊都改變，因為“挖礦”規(guī)則的存在，實現(xiàn)相當困難什么是挖礦？ 對于比特幣來說,挖礦就是hash(區(qū)塊數(shù)據(jù)+隨機數(shù))=一個足夠小的值。目前比特幣網(wǎng)絡要求hash值的前76個bit為0（2018年08月15日）。該值是動態(tài)調(diào)整的,取值依據(jù)是所有節(jié)點一起算,需要平均10分鐘才能算出一次這個足夠小的hash值。 由于hash(data)的結(jié)果是不可預測的,所以可以視作隨機碰撞。也就是說,你在今天每hash一次,你有1/2^76的機會得到這個足夠小的hash值（約為1/36000000億）。而買一張彩票中500萬的概率大約是1/2000萬,也就是約1/2^24。 Nvidia1080Ti顯卡（約6000元）一天大約能hash2^47次。則它一天能挖到一次礦的概率是1/2^29,大約為1/5億。折合比特幣市價,平均大概能賺幾毛錢顯卡挖礦性價比很低,現(xiàn)在都有專門挖礦芯片和挖礦機“挖礦”的學名 挖礦通俗理解就是打包區(qū)塊的權(quán)利。若你得到足夠小的hash值,也就擁有打包權(quán),也就獲得了打包區(qū)塊的獎勵。 這也是目前比特幣唯一產(chǎn)出的方法,所有比特幣都從打包的節(jié)點（“礦工”）誕生,再流入到其他人手中。挖礦用更專業(yè)的詞語來說,叫做共識。 共識即一種讓所有區(qū)塊鏈節(jié)點都認可的打包協(xié)議。比特幣使用的共識算法叫做POW（proveofwork,工作量證明）,也就是算一個足夠小的hash來證明你的工作量。POW本質(zhì)是算力（hash能力）的比拼。這就是強者的世界,你越強,挖到的概率就越大POW是一種足夠簡單有效的共識協(xié)議,但很浪費能源。block+chain+POW=？ 不可篡改的特性:一旦修改中間的一個區(qū)塊，則后面所有區(qū)塊都需要重新依照POW共識重新“挖”出來 浪費能源:越來越多的節(jié)點加入，但打包時間依然由軟件控制在平均10分鐘一次。導致每一次打包，都需要消耗巨大的電力。其他共識協(xié)議:POS，DPOS，PBFT等比特幣網(wǎng)絡共識的簡單描述1.節(jié)點通過連接網(wǎng)絡中的節(jié)點連入比特幣網(wǎng)絡2.節(jié)點接收其他節(jié)點或非節(jié)點發(fā)來的交易信息,也同時將交易信息轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點3.計算交易信息的MerkleHashTree,賦值給blockheader4.選擇一個隨機數(shù)并填入blockheader,對blockheader做hash運算5.如果hash足夠小,則將此block廣播給其他節(jié)點 6.在任意時候,收到其他節(jié)點發(fā)來的block。block驗證通過后,意味著有人先于你“挖礦”成功,此時根據(jù)該block做一些數(shù)據(jù)處理,如篩選掉被該block打包了的交易等。然后回到第2步。擴展:區(qū)塊鏈的不穩(wěn)定性區(qū)塊分叉51%攻擊交易確認數(shù)軟件的軟分叉,硬分叉3.如何發(fā)起一筆比特幣交易？3.如何發(fā)起一筆比特幣交易？前置知識:數(shù)字簽名，非對稱密鑰對，私鑰，公鑰。私鑰簽名，公鑰驗簽1.生成一對非對稱密鑰對，將公鑰hash，得到地址2.通過挖礦，或讓擁有比特幣的人將比特幣發(fā)送到你的地址上 3.需要發(fā)送比特幣給其他人時，按照規(guī)則組織交易報文（一段二進制數(shù)據(jù)），報文含有你擁有的幣的信息，金額，以及要發(fā)送的地址信息等。然后使用你的地址對應的私鑰進行簽名。 4.將簽名后的報文數(shù)據(jù)，發(fā)送給任意一個比特幣節(jié)點，該節(jié)點將收錄你的交易，并幫你把該交易傳遞給其他節(jié)點。5.等待區(qū)塊鏈節(jié)點打包。被打包進區(qū)塊鏈后可視為交易成功。比特幣交易要點不嚴謹?shù)恼f:比特幣存儲在“腳本”中，最常見的腳本是“地址”腳本。地址是公鑰的hash 每一筆普通交易都有一個或多個輸入和輸出。輸出即“腳本”挖礦是一筆特殊交易，沒有輸入，輸出是挖礦者的地址輸入需要引用之前的輸出，引用方法是:指明輸出的交易id和是第幾個輸出對每一個輸入，都需要用其對應的私鑰進行簽名數(shù)字簽名保證了交易不可篡改比特幣——UTXO體系 UTXO——unspenttransactionoutput，未使用輸出。每一個輸出就像一張支票一樣，只能使用一次一個2.2比特幣的utxo，要發(fā)送給別人1比特幣，剩下1.2怎么辦？方法：創(chuàng)建兩個輸出，一個是給別人的1比特幣，一個是給自己的1.2比特幣發(fā)送交易其實需要交易費用，交易費用為所有輸入的總值-所有輸出的總值礦工總是優(yōu)先打包交易費用高的交易，如果交易費用過低可能會等很久也沒有被打包以太幣——賬戶體系沒有沒有輸入輸出概念,就像銀行賬戶,分為發(fā)送者和接收者使用和實現(xiàn)更方便,但不具有utxo體系不易追蹤的特點交易費用的作用與比特幣相似,但計價方式不同,主要是因為以太幣有智能合約4.區(qū)塊鏈2.0是什么？4.區(qū)塊鏈2.0？區(qū)塊鏈1.0，數(shù)字貨幣，代表:比特幣區(qū)塊鏈2.0，智能合約，代表:以太幣智能合約即發(fā)布到區(qū)塊鏈上的一段可執(zhí)行的代碼數(shù)據(jù)每個智能合約都擁有自己的獨立數(shù)據(jù)智能合約可以實現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)和數(shù)據(jù)的自動化管理Codeislaw5.區(qū)塊鏈有什么應用？智能合約的簡單應用（以太坊為例）1.賭博:每個人投入一定的以太幣，抽取1人得到所有人投入的以太幣2.代幣:在智能合約之上發(fā)布自己的數(shù)字貨幣，規(guī)定總額，與以太幣的兌換比例3.游戲:在智能合約之上構(gòu)建人物等級，屬性，物品等游戲相關(guān)數(shù)據(jù)，編寫游戲邏輯擴展:區(qū)塊鏈的隨機數(shù)生成問題智能合約與數(shù)字資產(chǎn)資產(chǎn)數(shù)字化房產(chǎn)交易租房續(xù)約銀行清算