区块链必知必会知识点（一）

可信任第三方

可信任的第三方，通常被称为TTP（Trusted Third Party），在许多安全系统中扮演着关键角色，尤其是在数字签名、数字证书和公钥基础设施等方面。以下是几点关于TTP可信性的要点：

1. 独立性与中立性：为了保持公正，TTP应该是独立和中立的，这意味着它不应该与任何事务的任何一方有利益冲突。

2. 安全措施：TTP必须采取适当的安全措施来保护自己的系统和数据，防止外部攻击和内部威胁。

3. 透明度：TTP的操作和流程应该是透明的，使得其他方可以审查和验证其正确性和完整性。

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用户向TTP发送数字签名

当用户使用其私钥对信息进行签名后，任何人都可以使用该用户的公钥来验证签名的真实性。但这仍然需要一个机制来确保公钥确实属于声称的用户。这就是TTP（例如数字证书颁发机构）的作用：它可以验证用户的身份，并将其与用户的公钥关联起来。这样，当其他人接收到用户的数字签名时，他们可以信任由TTP签发的证书，从而信任公钥，并验证数字签名。

总之，TTP的信任是基于其资格、独立性、安全性、透明度、法律责任和历史声誉。在数字签名和公钥基础设施的环境中，TTP确保公钥与其持有者的身份正确关联。

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区块链带来的效率问题

传统的区块链，尤其是比特币和早期的以太坊，确实在效率和吞吐量上面临挑战。这些问题主要是由于区块链的去中心化特性和工作证明（Proof of Work, PoW）共识机制引起的。以下是一些导致效率和吞吐量问题的因素：

1. 工作证明 (PoW)：比特币和许多其他加密货币使用PoW作为其共识机制。矿工必须完成复杂的数学问题以获得出块权。这确保了网络的安全性，但也导致了能耗高、延迟长和吞吐量低。

2. 块大小限制：例如，比特币的块大小限制是1MB，这限制了每个块可以包含的交易数量，从而限制了网络的吞吐量。

3. 出块时间：比特币大约每10分钟出一个块，而以太坊的出块时间平均在15秒左右。这意味着需要一定的时间来确认交易。

4. 去中心化的特性：所有的网络节点必须验证并达成共识，这使得处理速度受到限制。

为了解决这些问题，区块链社区已经提出和实施了多种解决方案：

1. 新的共识机制：许多新的区块链项目正在采用权益证明（Proof of Stake, PoS）、委托权益证明（Delegated Proof of Stake, DPoS）或其他更高效的共识机制来替代PoW。

2. 第二层解决方案：如Lightning Network（针对比特币）和Raiden Network（针对以太坊）是为基础链提供的扩展解决方案，旨在增加吞吐量并减少交易费用。

3. 侧链和跨链技术：这些技术允许在主链之外处理交易，只在必要时与主链交互，从而提高效率。

4. 区块链优化：某些新的区块链设计，如Solana和Algorand，从一开始就着眼于高吞吐量和低延迟。

5. 分片技术：如以太坊的Eth 2.0升级计划，通过将区块链分割成多个片段来并行处理交易，从而增加吞吐量。

虽然当前的主流区块链确实存在效率和吞吐量问题，但社区正在持续研究和部署上述解决方案，以满足不断增长的需求。

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有读者可能会想，既然区块链存在这样的效率问题，那么10min产生比特币为什么不能更快一点呢？ 

区块不能产生太快的原因

如果区块产生的速度太快，确实会增加区块链分叉的机会。以下是为什么会这样，以及为什么这是个问题：

1. 网络传播延迟：当一个新区块被挖掘出来后，它需要被传播到整个网络中的所有节点。但由于网络传播有延迟，特别是在全球范围内，不同的节点可能会在不同的时间接收到新挖掘的区块。

2. 同时发现区块：如果两个或多个矿工几乎同时挖掘出两个不同的区块并广播到网络，这可能导致暂时的分叉，因为网络的一部分节点可能看到一个区块先到达，而其他节点可能看到另一个区块先到达。

3. 选择最长链：在一个工作量证明(PoW)系统中，当发生分叉时，网络中的节点通常会选择工作量最大（通常是最长）的链。因此，如果两个分叉持续收到新的区块，最终只有一个分叉会胜出，而另一个分叉上的区块会被丢弃，这称为“孤块”。

4. 安全问题：过快的区块产生速度可能会使网络更容易受到某些攻击，例如双重支出攻击。如果攻击者可以快速地产生区块并创建一个比主链更长的私有链，他们可能会成功地进行双重支出。

5. 解决分叉：当分叉发生时，网络必须等待更多的区块被挖掘以确定哪个分叉应该成为主链。这可能会导致交易确认的不确定性，尤其是在高风险的交易（例如大额交易）中。

为了减少这种分叉的可能性，很多区块链，如比特币，选择了一个相对较长的区块时间（例如10分钟），这可以确保区块在大部分网络中得到充分的传播和确认，从而减少分叉的机会。但即便如此，短暂的分叉仍然是可能的，尤其是在全球分散的大型网络中。

总结：比特币选择10min的原因

比特币的10分钟区块时间并不是随机选择的，而是经过深思熟虑的。以下是这个选择背后的一些主要考虑因素：

1. 全球传播：10分钟的时间窗口允许新挖掘出的区块被广播并传播到全球的节点。这降低了两个矿工在短时间内彼此不知情地挖掘新区块的机会，从而降低了短时间内发生分叉的概率。

2. 验证时间：给予节点足够的时间来验证新区块中的所有交易，确保它们都是有效的，没有双重支出等问题。

3. 工作量证明安全性：10分钟的区块时间意味着，为了成功地实施双重支出攻击或其他恶意行为，攻击者需要投入巨大的计算资源。这样的设置增加了网络的安全性。

4. 权衡考虑：如果区块时间设置得太短，可能会导致更频繁的分叉和更多的孤块，这可能会降低网络的稳定性和安全性。另一方面，如果区块时间设置得太长，那么用户可能会对交易确认时间的延迟感到不满。

5. 经济激励：设置一个合理的区块时间还与矿工的经济激励有关。矿工需要时间来验证交易、组织区块并进行工作量证明计算。如果区块时间太短，可能会导致某些矿工因为没有足够的时间来完成这些任务而选择不包括某些交易，这可能会对交易的确认速度产生负面影响。

最后，尽管10分钟的时间窗口为比特币提供了一个工作良好的基准，但不同的区块链项目可能会根据自己的需求和优先级选择不同的区块时间。

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对等网络（P2P，Peer-to-Peer）

每个节点不再区分客户端和服务器的关系，每个节点既可以提出请求，也可以共享资源。

在对等网络中，每个参与者都是其他参与者的“对等体”，而不是传统的客户端-服务器模型中的独立角色。以下是P2P网络的一些核心特点和考虑因素：

1. 分散式：P2P网络通常是完全去中心化的，没有单一的控制点或单一的故障点。

2. 资源共享：在P2P网络中，节点共享其资源，如带宽、存储空间和计算能力，供其他节点使用。

3. 可伸缩性：由于P2P网络没有中央服务器，它们通常可以轻松地扩展以容纳更多的节点。

4. 鲁棒性：即使许多节点出现故障或离线，P2P网络仍然可以继续运行。这增加了网络的可靠性和持久性。

5. 动态性：P2P网络通常是动态的，节点可以随时加入或离开网络，而不会对网络的整体运行造成太大影响。

6. 安全性：由于其去中心化的特性，P2P网络可能面临特定的安全挑战，如Sybil攻击、中间人攻击等。为了解决这些问题，许多P2P系统采用了特定的安全协议和机制。

7. 用例：P2P网络在多种应用中得到了应用，包括文件共享（如BitTorrent）、实时通信、分布式计算和最近的加密货币和区块链技术。

8. 效率：尽管P2P网络提供了高度的分散性和鲁棒性，但在某些情况下，它们可能不如中心化的解决方案那样高效。例如，查找和检索特定的资源可能需要比在中心化数据库中更多的时间。

9. 法律和版权：P2P网络（尤其是文件共享应用）在过去常常与版权侵权问题相提并论。因此，虽然技术本身是中立的，但使用P2P技术的应用可能会受到法律审查。

总之，P2P网络提供了一个强大、去中心化的方法来共享资源和数据。尽管存在一些挑战，但这种技术在过去的几十年中已经证明了其价值，并在许多领域中得到了广泛的应用。

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区块链的风险

区块链的匿名性和去中心化特性使其容易被用于洗钱和其他非法活动。然而，也有多种方法和策略正在被研究和实施，以增强区块链的透明度和合规性。以下是一些建议的和已经实施的方法来应对区块链上的洗钱行为：

1. Know Your Customer (KYC) 和 Anti-Money Laundering (AML) 规定：

   • 许多国家已经制定了KYC和AML法规，要求加密货币交易所在注册用户时进行身份验证。
   • 这确保了交易所上的每笔交易都可以追溯到一个已知的、已验证的身份。

2. 交易监控：

   • 专门的软件和服务，如Chainalysis和Elliptic，可以追踪和分析加密货币交易，以识别和报告可疑活动。
   • 这些工具可以帮助交易所、执法机构和其他实体检测潜在的洗钱活动。

3. 白名单和黑名单地址：

   • 对已知的洗钱活动或非法活动的区块链地址实施黑名单，禁止与它们进行交易。
   • 相反，白名单地址是已知并被认为是安全和合法的，可以优先处理这些地址的交易。

4. 合规性审查：

   • 与传统的金融机构相似，加密货币交易所和钱包服务提供商可以进行定期的合规性审查，以确保其操作满足现有的法规要求。

5. 多重签名交易：

   • 通过要求多个签名批准交易，可以增加安全性并减少欺诈和非法活动的风险。

6. 透明的代币和交易标准：

   • 有些新的区块链协议提议引入可以标记资产来源和目的地的透明代币。这些代币可以提供更多的交易透明度，并帮助防止洗钱。

7. 教育和培训：

   • 教育加密货币用户、交易所和其他利益相关者识别和报告可疑活动是一个有效的策略。

8. 国际合作：

   • 由于加密货币是全球性的，各国之间的合作对于制定和实施有效的反洗钱策略至关重要。

需要注意的是，完全消除区块链上的洗钱活动是一个巨大的挑战，但通过上述方法，可以大大减少其发生的机会。另外，与传统金融系统相比，区块链提供了更高的透明度和可追溯性，这也为打击洗钱和其他非法活动提供了机会。

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公有链、联盟链、私有链

公有链、联盟链、私有链是描述区块链网络参与者权限和谁可以参与该网络的三种主要类型。以下是对这三种类型的简要概述：

1. 公有链（Public Blockchains）:

   • 访问权限：任何人都可以参与，包括读取、发送交易和参与共识过程（例如挖矿）。
   • 透明度：完全透明，每个人都可以查看所有交易和数据。
   • 安全性：通常更加去中心化，使其在理论上更难以被篡改。
   • 性能：由于其开放性，通常比联盟链或私有链慢。
   • 例子：比特币（Bitcoin）、以太坊（Ethereum）等。

2. 联盟链（Consortium Blockchains）:

   • 访问权限：受限的权限，只有特定的组织或实体可以读取、发送交易或参与共识过程。
   • 透明度：可以在联盟成员之间进行共享，但对外部可能是私有的。
   • 安全性：通常在预选节点之间分散，这些节点通常是受信任的实体或组织。
   • 性能：由于更加集中，性能通常比公有链更好。
   • 例子：R3 Corda、Hyperledger Fabric等。

3. 私有链（Private Blockchains）:

   • 访问权限：高度受限，通常只有一个组织可以控制谁可以读取、发送交易或参与共识过程。
   • 透明度：通常仅限于该组织或实体。
   • 安全性：由于高度集中，更易于被单一实体篡改，但在内部，其数据完整性通常受到严格的维护。
   • 性能：由于集中性，通常性能是最高的。
   • 例子：某些企业的内部区块链解决方案。

这三种类型的选择取决于使用案例、安全需求、性能需求和所需的透明度水平。例如，一个希望为其交易提供最大透明度和安全性的开源项目可能会选择公有链，而一个希望在多个受信任的组织之间共享数据但不希望向公众公开的项目可能会选择联盟链。对于完全受控且不需要外部透明度的企业应用，私有链可能是最佳选择。

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第一个比特币居然是中本聪亲自挖的？第一次他得到多少比特币呢？

中本聪（Satoshi Nakamoto）是比特币的发明者，也是挖出了第一个比特币块，即“创世块”（Genesis Block）。

在2009年1月3日，中本聪挖出了比特币的创世块。这个块的奖励是50个比特币。这50个比特币不能被花费，因为这是一个特殊的块，其输出是一个不可花费的输出。这是比特币协议中的一个已知特性。

创世块的头部包含了这样一段信息：“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”。这是《泰晤士报》那一天的头版新闻标题，通常被解释为中本聪对2008年金融危机和银行救助计划的评论，也提供了一个不可伪造的时间戳，证明这个块不是在那个日期之前创建的。

从创世块开始，每当一个新块被挖出，挖矿者都会获得一定数量的比特币作为奖励。这种奖励最初是50个比特币，每210,000个块，奖励会减半。这就是所谓的“减半”事件。

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难度值

在比特币和许多其他基于工作量证明(Proof of Work, PoW)的区块链中，“难度值”（Difficulty）是一个关键的概念。它指示挖掘新区块有多困难。以下是难度值的一些关键概念和其在区块链中的作用：

1. 目的：难度值的主要目的是确保在整个网络中，新的区块大约每10分钟被挖掘一次（在比特币的情况下）。

2. 动态调整：由于全球挖掘力量（或称为哈希率）可能会上升或下降，难度值不是静态的。在比特币中，每2016个区块（大约两周）就会根据最近两周的平均区块产生速度来调整一次难度值。

3. 计算：挖掘新的区块涉及到找到一个值（称为nonce），使得该区块头的哈希值低于或等于一个特定的目标值。难度值与这个目标值直接相关：难度值越高，目标值越低，从而使找到满足条件的哈希值更加困难。

4. 在区块链中的表示：实际上，区块头中并没有一个直接标明“难度值”的字段。相反，区块头中有一个“目标值”字段（或其衍生值）。但在多数情况下，人们通常会根据目标值推导出“难度值”并使用它，因为它为人类提供了一个更直观的指标来理解当前的挖掘难度。

5. 安全性的增强：通过调整难度值，区块链确保即使哈希率增加，恶意攻击者也很难连续找到多个区块，这为网络提供了额外的安全性。

6. 经济性的平衡：难度调整也有助于经济上平衡挖掘活动。例如，如果挖掘变得过于容易，那么太多新的比特币会被迅速挖掘出来，可能导致超出预期的通货膨胀。相反，如果挖掘变得太难，那么挖掘可能会变得不再经济上可行，从而降低网络的安全性。

总的来说，难度值是区块链网络中工作量证明安全性和经济性的关键要素。

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另外的激励机制——小费

比特币的设计考虑到了新的比特币发行量最终会减少到零的情况。在这一点上，挖掘者的激励将完全来自于交易费，而不是新挖掘出的比特币。以下是一些关键点：

1. 比特币总量上限：比特币的总发行量被设计为固定的2100万枚。这意味着一旦所有的比特币都被挖掘出来，就不会再有新的比特币产生。

2. 逐步减半：每210,000个区块，或大约每四年，新的比特币奖励就会减半。这被称为“减半事件”（Halving）。这意味着，随着时间的推移，新产生的比特币数量将逐渐减少，直到最终达到零。

3. 交易费作为激励：当区块奖励减少到零或接近零时，挖掘者的主要激励将来自于处理交易并收取交易费。这些交易费将被包括到新的区块中，作为挖掘者的激励。

4. 网络安全性：交易费的存在确保了即使在所有的比特币都被挖掘出来后，挖掘活动仍然有经济上的激励。这是非常重要的，因为挖掘不仅仅是为了创建新的比特币，而更重要的是为了保证网络的安全性。挖掘者通过他们的工作量证明来保护网络免受攻击。

5. 市场决定的交易费：交易费不是固定的，而是由交易发起者自行决定。但是，由于每个区块的大小是有限的，交易发起者为了确保他们的交易能够被快速地包含进一个区块，可能会愿意支付更高的费用。这导致了一个市场机制，其中交易费会根据网络的交易需求进行自动调整。

综上所述，比特币的设计确实预见了当新的比特币奖励减少到零时的情况，并通过交易费作为挖掘者的激励来确保网络的长期安全和运行。

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POW POS DPOS POOL——用于达成共识的不同机制

1. POW (Proof of Work) 工作量证明:

   • 原理：要提交新的交易块到区块链，矿工必须完成一个数学难题。完成这个数学难题需要大量的计算资源和时间。
   • 优点：安全性很高，已经经过多年的实践检验（例如比特币）。
   • 缺点：能源消耗巨大，因为矿工们进行大量计算仅为了找到解决方案。

2. POS (Proof of Stake) 权益证明:

   • 原理：基于持币者的币量和持币时间，确定其创建下一个块的能力。
   • 优点：与POW相比，能源效率更高。
   • 缺点：可能导致“富者愈富”的情况，因为拥有更多币的人有更大的机会获得区块奖励。

3. DPOS (Delegated Proof of Stake) 委托权益证明:

   • 原理：持币者投票选出一小部分代表（例如21个），由这些代表负责验证交易和创建新块。
   • 优点：效率很高，因为只有少数代表参与共识过程，且可以实现秒级的块时间和高吞吐量。
   • 缺点：中心化的风险可能增加，因为只有少数代表在决策中起主导作用。

4. POOL 挖矿池:

   • 原理：单个矿工的计算能力可能很小，难以在POW系统中独立获得区块奖励。因此，他们联合成一个挖矿池，共同工作，并按照贡献的计算力来分配奖励。
   • 优点：使小矿工有机会获得稳定的收入。
   • 缺点：可能增加中心化的风险，因为几个大的挖矿池可能会控制大部分的哈希率。

这些机制各有特点，选择哪种机制取决于区块链的设计目标和优先事项。例如，对于那些优先考虑能源效率的项目，POS或DPOS可能更有吸引力；而对于那些优先考虑去中心化和安全性的项目，POW可能更合适。

所以说，论安全性，还得是POW啊！

​​​​​​​POW（Proof of Work，工作量证明）在安全性方面有其独特的优势，并且已经经受了多年的实践考验，特别是在比特币这样的首要区块链中。以下是POW在安全性方面的一些关键优势：

1. 51% 攻击的高成本：为了在POW区块链上发起一个成功的51%攻击，攻击者需要控制超过50%的网络哈希率。这通常需要巨大的计算能力和资金投入，尤其是在大型网络上。

2. 经济激励和安全性结合：矿工需要大量的资金来购买和运行矿机。这意味着他们有经济上的动机来维护网络的安全和完整性，因为任何对网络不利的行为可能导致他们的投资受损。

3. 历史证明：比特币，作为最著名的POW区块链，自2009年推出以来一直在运行，并且没有受到成功的51%攻击。

4. 逐步逼近共识：POW机制下，通过逐渐增加的工作量逼近共识，这意味着随着时间的推移，对过去的区块进行修改变得越来越难。

然而，尽管POW有其在安全性方面的优势，但它也有缺点，如高能源消耗。因此，很多新的区块链项目正在考虑或已经采用了其他共识机制，如POS (Proof of Stake) 或DPOS (Delegated Proof of Stake)，它们在能源效率上有所改进，但在安全性方面可能需要牺牲一些。

每种共识机制都有其优点和挑战，选择哪一种取决于特定项目的需求和目标。