bitcoin（2）

1.bitcoin共识协议（btc）

1」防范double spending
维护数据结构（blockchain）
例如：

• 有铸币权（coinbase transition：create coin），第一bitcoin来源
• 转账时（即每次交易）：是需要注明
  —输入：bitcoin的来源 以及a的公钥
  —+电子签名 +
  —输出： 收款人地址（公钥的hash）
• a给b转账，a需要b的 地址（转账）和b的公钥（解密）
• a给b转账，b需要a的公钥，验证签名

2」bitcoin script：
每个交易的输入（b的输入)是一个脚本，输出(a的输出）也是一个脚本
验证时，验证输出脚本是否与输入脚本一致

例如
a给b转账：
（b的输入)是一个脚本，输出(a的输出）也是一个脚本，
验证输出脚本是否与输入脚本一致

3.1」block header：
—version：使用的协议
—hash of previous pointer：前一个区块的hash只算前一个的header
在取得记账权之前就需要填入previous block header已确定，插在链中的位置
—merkle root hash
—target: 挖矿的难度
—nonce:
3.2」block body：
—交易列表

4」全节点（full node）和轻节点（light node）

• 全节点: 保存区块链的所有信息，验证交易（full validation node)
• 轻节点：无法独立验证交易的合理性

分布式共识（distributed consensus）

1」分布式的哈希表（distributed hash table)
2」impossibility result：

• FLP：在一个异步（asynchronous）的系统（：网络传输延迟没有上限）里，哪怕只有一个成员是有错误的（faulty），也无法达成共识

3」CAP Theorem：以下的三个性质最多只可以满足两个
cap为分布式系统的三个性质：
—C（consistency）
—A（availablity）
—P（partition tolerance）

4」PAXOS:最著名的协议

bitcoin的共识协议：

• membership：谁有投票权

1」attack

• sybil attack：（女巫攻击）：当有了一个节点的时候，用一台超级计算机，不停的产生账户，当账户的数目超过网络的50%，则获得整个网络的控制权，可操作投票结果。
  —所以无法使用投票来达成共识

• forking attack：

—情况一：在区块链中间安插一个block，使得原链上的交易失效；但此时须使用最长链原则

—情况二：当两个节点同时算出一个nonce（则会同时产生两个block），产生两个等长的分叉。按照自己接受的区块继续向下扩展，直到又一条链超过另一条，但此时须使用最长链原则，抛弃短的（orphan block）

何谓接受区块：即沿着这个区块继续向下扩展

2」计算力投票：
pow： h(block hearder) <=target, 找到 nonce，满足前述条件
谁找到nonce，谁就可以有记账权（即谁的block就可连接到chain里面）。
其他节点可验证这个block
—此时使用：最长链原则
—可以防范sybil attack：账户数目增加，但算力（pow=hash rate）并没有增加）

3」出块奖励（block reward）
铸币交易（coinbase transaction）：发行新的bitcoin的唯一方法

刚上线的时候每个铸币交易（即每一个发布的区块）可以产生50btc，
每210k个block之后，出块奖励减半（即产生25btc）
现在的出块奖励为12.5btc。

—争夺记账权的行为成为挖矿（mining），争夺计算权的节点被称为矿工（miner）

• orphen block的出块奖励：是无效的

总结：bitcoin的共识协议即算力（hash rate）获得投票权，获得记账权

2.比特币系统的实现

1」transaction-based ledger

bitcoin网络的全节点需要维护UTXO数据结构(unspend transaction output)

• 一个交易可能有多个输入以及多个输出：花掉的bitcoin不再UTXO
  （UTXO即用来存储已知没有进一步交易的bitcoin）
• UTXO存储的内容包含： 产生这个交易的hash value，+ 以及他在这个交易中是第几个hash value
• total input = total output + transaction fee
• 当出块奖励变得很少之后，transaction fee变成主要的奖励

 例子：
height：区块的编号
difficulty：每个2016个需要调整难度，保证每10
min出一个块

我们除了可以改变nonce，还可以改变merkle root hash 中的coinbase值，扩大搜索范围，使得最终获得记账权

——account-based ledger（以太坊）现实每个账户上有多少个币

2」伯努利（bernoulli trial）：一个二值结果的随机试验

• bernoulli process：一系列的不相关试验：

——性质：无记忆性（memoryless）：前面的结果对后面的结果无影响。

• 可以用poisson process 来近似代替：出块时间是指数形式的（整个系统的出块时间）

progress free：在10min没有挖到block，则需要在等10min，与之前挖了多长时间没有关系——保证各个节点的公平性

• geometric series

• bitcoin is secured by minig

3」

• irrevocable ledger不可篡改的账户： 等待six confirmation，才认为前一个block不可篡改
• zero confirmation：

4」selfish mining：