区块链技术与应用视频笔记（1-4）
区块链技术与应用视频笔记（1-4）
- 第1讲 课程简介
- 课程基本信息
- 课程大纲
- 第2讲 比特币中的密码学原理
- 哈希
- collision resistance(哈希碰撞)
- hiding
- 签名
- 加密
- 解密
- 第3讲 比特币的数据结构
- hash pointer
- Merkly Tree
- 时间空间复杂度
- 第4讲 BTC-协议
- 1、谁发行货币
- 2、double spending(双重花费)
- 区块
- 记账
- distributed consensus
- FLP impossibility result
- CAP theorem
- Paxos
- 共识协议
- 分叉攻击（Forking attack)
- 奖励（block reward）
第1讲 课程简介
课程基本信息
课程大纲
第2讲 比特币中的密码学原理
比特币中用到两个功能：哈希和签名
哈希
密码学中用到的哈希cryptographic hash function
两个重要的性质：
collision resistance(哈希碰撞)
输入空间无限，输出空间有限
collision free
没有高效的方法可以人为地制造哈希碰撞。brute-force（暴力破解）
无法从数学角度证明，一个哈希函数不存在哈希碰撞
例如，MD5现在已经可以人为地进行哈希碰撞
hiding
已知H(x)无法推出x，即结果不会泄露输入（暴力破解可以）。
输入空间无限大；
输入空间比较均匀，各种取值差不多
利用以上性质可以得到：
digital commitment
digital equivalent of a sealed envelop
为了实现输入空间无限大和均匀分布，添加随机数nonce，整体取哈希：H（x | nonce）
puzzle friendly：挖矿的过程没有捷径，只有不断的尝试。difficulty to solve, but easily to verify。体现工作量证明
挖矿的过程：不断尝试nonce，是的H（Block Header）<= target
比特币中使用的哈希函数是SHA-256，SHA是Secure Hash Algorithm
签名
比特币中的账户管理方式：去中心化
建立公钥和私钥（public key, private key)。公钥相当于银行账户，私钥相当于银行账户密码。
asymmetric encryptic algorithm(非对称加密算法)，加密使用公钥，解密使用私钥。
加密
使用同一个人的公钥和私钥
我要发信息给你，使用你的公钥加密信息，你再用你自己的私钥解密。
解密
私钥保存在本地
比特币系统是不加密的，信息是公开的。
公钥和私钥是用来做签名的。
发布交易用自己的私钥签名，其他人验证签名用我的公钥。
比特币系统中，一般是先对一个message取一个hash，再对hash值签名。
不断产生大量的公私钥对，也难以出现一对完全相同的公私钥对
a good of source randomess
第3讲 比特币的数据结构
hash pointer
区块链是由一系列哈希指针连接的
tamper-evident log （防篡改日志）
Merkly Tree
与普通二叉树不同的是，利用哈希指针
只需要检测最后一个hash值（root hash），就可以判断是否被修改
Merkly tree 提供Merkly proof
区块链分为全节点和轻节点，手机比特币钱包使用轻节点。找到
时间空间复杂度
-
proof of membership / proof of inclusion
O(log(n)) -
proof of non-membership
复杂度为O(n)
根据哈希指针排序的Merkly Tree是sorted Merkly Tree,，比特币并没有采用这样的结构
没有环的情况下都可以使用hash pointer
第4讲 BTC-协议
1、谁发行货币
2、double spending(双重花费)
一个交易过程
A给B转账
输入要包含A的btc来源，A的公钥（便于共同验证和记账）
输出：B的公钥哈希
验证：A给B转账的输入，铸币阶段A的输出哈希。两者验证
输入和输出都是一段脚本Bitcoin Script
区块
Block header:
- version
- hash of previous block header
- Merkly root tree
- target
- nonce
Block body
- transaction list
节点：
- full node：保存区块链所有，验证每一个交易。又叫full validating node
- light node：只保存block header的信息，无法独立验证交易的合法性
记账
distributed consensus
(分布式共识）简单的例子就是distributed hash table
FLP impossiable result，在异步的网络中，网络传输没有上限，但凡有一个用户出现faulty，整个系统就无法取得共识
FLP impossibility result
在一个异步系统中，网络时延没有上限，但凡有一个成员是faulty，也无法达成共识
CAP theorem
Consistency
Availibility
Partition tolerance
任何一个分布式系统中，上述三个性质最多只能满足两个
Paxos
保障一致性
共识协议
Consensus in BTC
首要问题membership，谁有投票权
hyperledger fabic（联盟链）
sybil attack（女巫攻击，产生大量账号类似水军攻击）
比特币利用计算力投票
分叉攻击（Forking attack)
从区块链中间插入一个区块，以回滚已经发生的交易
- 接受区块必须在最长合法链上
- 区块链在正常情况下也会发生分叉，如两个节点在差不多时间内记账
- 如果出现等长分叉，会持续一段时间，等到下一个区块的出现。被丢弃的区块叫orphon block（孤儿区块）、
- 分叉上的交易不被接受
奖励（block reward）
coinbase transaction是产生比特币的唯一来源，出块奖励为50BTC，21w之后奖励减半，21w之后再减半