区块链技术与应用视频笔记（5-）

第5讲 BTC-实现

基于交易

transaction-based ledger
比特币全节点需要维护一个UTFO（Unspend Transaction Output）的数据结构，用于检测 双花攻击

费用

每次交易可以设置交易费（可选），交易费越高，记账优先级越高
每隔10分钟产生一个新区块，每隔4年出块奖励减半

block例子

来源：https://www.blockchain.com/btc/block/0000000000000000001e11d32315a87083514934f85c538c1efcd54a09a3284f

Block header数据结构

随着时间增加，仅仅更改nonce无法满足调整挖矿难度的需求（搜索空间不够大），需要调整merkle root hash。

调整merkly root的过程示例

将输入脚本和前一个交易的输出脚本配对
外层循环调整noce，内层循环调整coinbase

挖矿分叉和验证

Bernoulli trial: a random experiment with binaty outcome
Bernoulli process: a sequence of independent Bernoulli trials
memoryless 无记忆
Poisson process
exponential distribution
整个系统的出块时间，平均时间为10min，呈指数分布
process free将来还要挖多少时间和已经挖了多少次是无关了，就像掷硬币，下一次结果不受上一次的影响。保证了挖矿的公平性，算力优先

geometric series比特币数量构成几何序列，未来极限是2100w个比特币
Bitcoin is secured by mining

• 如果存在10%的矿工是恶意的，会不会出现偷币的现象？
  诚实的节点会不验证
• 防范double spending
  诚实节点不会在非法分支继续（诚实节点算力大的情况下）
  confirmation，一般要等6个
• 不可篡改性是概率上的，刚写入的区块链存在被篡改的可能，随着时间篡改的概率指数级下降

验证

zero confirmation：诚实节点会优先接受首个被挖出的新区块；交易过程有时延，如购物到发货有时间间隔，卖家发现钱没有到账还是可以取消发货

selfish mining

挖到多个区块之后再发布，会存在被抢先发布的风险

基于账户(以太坊)

accounted-based ledger

第6讲 BTC-网络

第8讲 挖矿

全节点和轻节点

轻节点假设矿工不会挖出非法的交易区块
仅需要转账，轻节点就够了

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比特币安全性的保证

• 密码学上的保证，无法伪造签名
• 共识算法

挖矿设备：

1. 普通PC（CPU），CPU闲置
2. GPU，主要用于大规模通用并行计算。噪音大，部件闲置，比如用于深度学习的浮点数。比特币挖矿需要整数。当前挖矿难度超过GPU的算力
3. ASIC: Application Specific Intergrated Circuit. 可以分别为不同的加密货币定制。mining puzzle，merge mining特殊情况。比特币芯片设计时间大概为1年，史上最低之一。
   ASIC resistance

矿池、矿工

矿主负责监听交易，矿工只负责挖矿，按照工作量参与分红
可以保证矿工的收入稳定，简化矿工流程
on demand computing（云计算）
on demand mining

share，alomost valid block， 证明工作量
60个0的Nonce为一个share，矿主记录share数目，等到出块之后分配

偷走出块奖励，矿工的任务是由矿主分配的。coinbase的收款地址是矿主，如果地址改变了，提交share时候，矿主不认

矿工捣乱，不提交自己挖到的Nonce，只分享share

矿主分配

矿池攻击

分叉攻击

Boycott

不让某一个地址或账户的交易上链
或者一旦上链，马上分叉攻击，导致其他人不再包含某个账户

第9讲 比特币脚本

交易结构

基于栈的语言

"result": {
    "txid": "",
    "hash": "",
    # 使用的比特币版本号
    "version": 1,
    # 区块大小
    "size": 226,
    # 生效时间，大多数情况下为0，表示立即生效
    "locktime": 0,
    # 输入和输出
    "vin": [...],
    "vout": [...],
    # 交易的区块哈希值
    "blockhash": ""
    "confirmations": 23,
    "time":1530846727,
    "blocktime": 1530846727
}

交易的输入

"vin": [{
	# 钱的来源
    "txid": "",
    # 钱来自于txid中第vout个输出
    "vout": "",
    # 证明你有
    "scriptSig":{
        "asm": "",
        "hex": ""
    },
}]

交易的输出

• value 单位可以是btc也可以是cong
• n表示序号，第n个输出
• scriptPubKey 表示输出脚本
• reqSigs 表示需要多少个签名才可以，有的需要多个签名
• type 表示输出类型
• address 输出地址