《区块链技术与应用》北京大学肖臻老师公开课 笔记

建立：2019.3.19

第2讲：比特币中的密码学原理

 

用到的主要功能：1.哈希函数 2.签名
 
密码学中的哈希被称为cryptographic hash function

哈希主要性质：
1.哈希碰撞(collision resistance) 
假如有一个256位的哈希，其输入最多有2^256种，但输入有无限种，所以肯定会发生碰撞。

2.Hiding：计算过程不可逆，根据计算结果无法推算出原数据
成立条件（不容易被破解）：1.输入空间足够大，很难使用brute-force破解2.输入取值分布均匀

以上两者结合在一起，可以实现digital commitment（有时也称为digital equivalent of a sealed envelope）

实际中操作：（输入空间不足够大）在输入添加一个随机数，一起取哈希，保证了输入随机、取值分布均匀。

比特币中用到的哈希函数还有第三个性质：puzzle friendly
提前无法预算结果，若想要值落入某个范围只能一个个试

 

建立：2019.3.19

第14讲：ETH-以太坊概述

比特币出块时间：10分钟
以太坊出块时间：十几秒
以太坊为了适应新的出块时间设计了一套GHOST协议的共识机制

第二个改进：mining puzzle
比特币：计算密集型，比拼哈希计算速度。所以需要专业挖矿设备。使用ASIC芯片

以太坊(memory hard mining puzzle)：需要大量内存。在一定程度限制ASIC使用，ASIC resistance
[proof of work（工作量证明）+proof of stake 混合共识机制]
(BTC的共识机制PoW可能导致 51%攻击)

三：支持smart contract（智能合约）
(BTC)BitCoin:decentralized currency
(ETH)Ethereum:decentrialized contract

 

建立：2019.3.20

第15讲：以太坊的账户

一、
1.比特币：transaction based measure
系统不显示记录账户上多少钱，利用UTXO推算。
好处：每笔交易记录了钱的来源，隐私保护好
问题：（使用别扭）等号两边必须相等，必须说明来源，必须花完所有钱
面临主要挑战：double spending attack （双花攻击）花出去的钱又花了一次
                       具体：1）51%攻击：
http://baijiahao.baidu.com/s?id=1601520668493386036&wfr=spider&for=pc
https://www.jianshu.com/p/d6be6637edc1
                                 2）时间窗口：https://www.chainnode.com/post/176206

2.以太币：account-based ledger
系统显式记录系统上有多少以太币
交易时只检查钱是否够，不检查钱的来源
好处：以太坊的交易模式 有效防御了double spending attack
不会引发 有人篡改自己的余额数据 的数据，(状态树)因为系统全节点维护的状态中保存了余额信息
面临挑战：replay attack （重放攻击）放了两次交易
         e.g:A给B转账10 ETH，将这个交易放到网络上，过了一段时间交易被写到了区块链上，B又将这个交易重新广播了一遍，结果A向B转账了两次。
解决：以太坊加了一个计数器nonce计算一个用户有史以来的交易次数。转账时，当前交易次数(每次新的交易+1)成为交易内容的一部分，都受着发布交易者签名的保护。
[系统中每个节点维护一个账户，不仅要维护它的balance（余额），还要维护其nonuce。]
如果有人重放这个交易，看其nonce值，若nonce与之前的重复，说明这个交易已经进行过了，就不会再执行一遍。

二、以太坊中的两类账户
1.外部账户（普通账户）：有balance和nonce
利用公私钥（类似比特币），有私钥的一方有控制权
只有外部账户能发起交易
2.合约账户：有balance，nonce ，code，storage(包括每个变量的取值）
不能自己发起交易，但可以：外部账户向合约账户A发起一个交易，然后A调用合约账户B
如何被调用：创建一个合约时会返回一个合约的地址
调用过程中，状态会发生变化（存储会变）

 

 

建立：2019.3.20

第16讲：以太坊中的状态树（部分，未完）

状态是外部账户和合约账户的状态
实现 账户地址到账户状态的映射

以太坊中用的addr是160 bits的，一般表示为40个十六进制数。

1.将哈希表的内容组成一棵Merkle Tree?
不可行。
如果用Merkle Tree，每有一个新交易、增加一个区块，就要重新生成一棵Merkle Tree。
（比特币中Merkle Tree是把区块里包含的交易变成一棵树，区块里的交易每发布一个新的区块对应生成一棵树，构建完后不会更改。
每个交易大概250MB，区块里最多4000个交易（上限），最后把这几百个、几千个交易构建成一个Merkle Tree）？？？
若以太坊将所有的以太账户遍历一遍构建成一个Merkle Tree，代价太大了

Merkle Tree除了 提供Merkle Proof 证明账户上有多少钱 以外，
还有 维护各个全节点间状态的一致性（每个全节点在本地维护一个哈希表，不放出根哈希值，无法知道自己的数据结构状态和别人的是否一致；对当前区块有哪些交易，全节点要有共识）。
（方法不可行，每次构建Merkle Tree的代价太大 ：每个全节点在本地维护一个哈希表，需要构建Merkle Tree时再将 根哈希值发到Merkle Tree里）

2.不用哈希表，直接把所有账户放进Merkle Tree
不可行。
1.Merkle Tree不提供高效的查找、更新的方法。
2.要不要排序（Sorted Merkle Tree）
1）不排序：
（1）查找速度慢
（2）如果不规定账户在叶节点出现顺序，构建出来的Merkle Tree不是唯一的，算出的根哈希值也是不一样的
【在比特币中交易顺序也是不一样的，但有一个区别：每个节点在本地组装一个候选区块，自己决定哪些交易以什么顺序被打包到区块里；挖矿后获得记账权的那个节点发布自己的区块，决定顺序】
在以太坊中不适用：每个全节点自己决定怎么把账户组织成一个Merkle Tree，算出哈希值，挖矿后，发布到区块里，但发布的是所有账户的状态，而不是区块里包含的交易。比特币中发布交易只有几百个、几千个，一个区块里的交易只能改很少的账户，大多数账户状态不变，而以太坊若要发布账户状态不是一个数量级的。
2）排序：
新增一个账户，地址是随机的，可能是插在中间的，那么后面的那些树的结构都要变，代价太大。

3.以太坊采用MPT结构（Merkle ）
前提补充：Trie树（从“retrieval信息检索（前缀树，字典树）”来的）