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从 Bitcoin 深入理解“区块链状态”

转自 https://zhuanlan.zhihu.com/p/85351374

将 Bitcoin 视为一个不可窜改的账本，一笔入块的交易意味着对账本的合法的修改。在现实的生活中，一笔交易可能意味着网络极客使用 Bitcoin 购买 Pizza，可能意味着一笔快捷的跨境汇款，也可能意味着使用 Omni 网络上使用 USDT。不难得出这样的结论：区块链交易越多，其对于现实生活中的影响，既应用自然也越多。一笔笔交易汇集成一个个区块， 并且最终构成了区块链的整体历史和状态：区块链历史包含了所有的区块数据和交易数据，是从Genesis到达当前状态的路径；而状态是节点在处理完从Genesis 到当前高度的所有区块和交易后形成的最终结果。

本文梳理了 Bitcoin 的区块链状态可以通过哪些方式进行改变，并着重关注链外数据是如何放置到 Bitcoin ，以此将 Bitcoin 的去中心化、抗审查、去信任等特性影响现实社会（应用）。

如何改变区块链状态？

Bitcoin 状态变更的方式主要区分为：转账交易、无意义地址、Op_Return 、Coinbase Tx 这四种。前三者具备一样的数据结构，既 Bitcoin 交易的数据结构，而 Coinbase 交易则稍微不同：Coinbase 交易中有一个 Coinbase Data，长度在2-100字节之间可以填充任意数据。在 Genesis 的 Coinbase Tx 中，中本聪写下了被时常提起的：The Times 03/Jan/ 2009 Chancellor on brink of second bailout for banks。就状态变更的目的而言，转账交易所涉及的一般是代币所有权的转换（既货币功能），而其他三者则能够存储一定数量的链外数据，也因此能够将应用扩展到可想象的一切领域。在 Bitcoin，货币功能的 UTXO 账本与链外状态账本构成了 Bitcoin 的总状态。

假地址 (fake Bitcoin addresses) 可以区分为3类，一类为：Pay-to- Fake-Key-Hash (P2FKH) ，这是在使用 P2PKH 时，将 data 存储于 ，其容量为 20 bytes；还有一种为 Pay-to- Fake-Key (P2FK) ，这是在使用 P2PK 时，将 data 存储于原先放置公钥的位置，其容量可达 34或者65 bytes（取决于公钥是否压缩）。于此同时，为了增加能够放置的数据量，可以采用多签假地址。显而易见的是，通过假地址产生的 Output 是无法被花费的。下文是 P2PKH 的锁定脚本，P2FKH 将原先公钥处放置了外部数据。

OP_DUP OP_HASH160 00e6e9c2ab476c627c157ccaa2a1a526b86fb797 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

Op_Return 是 Bitcoin 的脚本操作码，是最为直接的放置链外数据的方式。2014年2月27日，Op_Return 开始能够支持40 Bytes 的数据上传（Bitcoin v0.9.0），2015 年2月4日，Op_Return 则能够支持80 Bytes 的数据上传（Bitcoin v0.11.0）, 我们可以轻易地在区块链浏览器找到这样的[交易](https://btc.com/74a0d9e0af8cf903c3372f25649ae6ae275af2e5a6005249dffcb8cadda85c83，其锁定脚本展示为：

OP_RETURN 6f6d6e69000000000000001f0000000667cb9900

由于 Coinbase 交易为每个区块一笔，且只能够由矿工进行，其应用自然受到了巨大的限制。而具备相同功能的假地址与 Op_Return，由于 Op_Return 是官方版本支持的向区块链账本放置任意数据的方式，其高效、易辨识、低费用等特点，假地址也越来越少被使用。

区块链状态与落地应用

如上文所述，Bitcoin 的状态变化有多种方式。从应用落地的角度出发，区块链状态的变化对于现实到底意味着什么呢？Bitcoin 的转账交易本质是 Bitcoin 所有权的转换，这符合中本聪最初白皮书中对于 Bitcoin 的定义：货币。Bitcoin 的货币应用，跨境支付、黑市交易、ATM 等等都已经有了大量的讨论。但是，Bitcoin 最高7笔的 tps 、长时间的交易确认等特点很难支持全球范围内的小额支付，目前大多数人也将 Bitcoin 认为是全球结算层，是数字黄金。Coinbase 交易、Op_Return 支持链外数据上链，也因此出现了其他类型的落地应用。

Coinbase 交易

Coinbase 交易中的 Coinbase Data 可以放置2-100字节的数据，最为熟知的应用是联合挖矿(Merge Mine)与区块链治理。

Coinbase Tx Output

已经有大量区块链与 Bitcoin 联合挖矿，譬如 Bitcoin 与 Namecoin、亦来云、RSK、Ixcoin、Devcoin、I0coin、Groupcoin 等等。最初联合挖矿被运用于 Namecoin，目前主要的应用则为矿池。目前，RSK 已经继承了 Bitcoin 近40 %+ 的算力，联合挖矿能够赋予给公链巨大的安全性。联合挖矿的最简单过程是：1）辅链提供一个可挖矿区块 A，需要矿工来解决谜题；2）辅链将区块 A Hash （或者其他信息）等放置于主链区块的 Coinbase 交易；3）主链解决难题，区块 A 将主链的工作量证明信息放置于辅链，证明已经达到该要求。Coinbase 交易被用于放置辅链的区块信息。

基于 Coinbase 交易的区块链治理被称为 MASF（miner-activated soft fork）。在 BIP16 的分叉过程中，支持 P2SH 的矿工需要将“/P2SH/”写入到 Coinbase Data 中。而在 BIP34、65、66中，软分叉的升级需要矿工升级 bitcoin 软件版本号，并且将 Block Number 写入 Coinbase Data 中。显而易见的是，由于 Bitcoin 分叉次数并不多，基于 Coinbase 交易的区块链治理必然是数量极少的。

Op_Return 交易

Op_Return 交易是将链外数据上链的最佳手段，自2018年开始，Op_Return 交易占 Bitcoin 总交易的比例从 3.83% 一直到19年7月的24.31%，并已经7个月稳定在20%以上。其中关键增量在 Omni 为代表的代币发布平台（主要为 USDT）以及VeriBlock 为代表的比特币安全性继承。目前，USDT 交易与 VeriBlock 交易在占比 Op_Return 的交易总量的97%以上，月均交易量在200万-300万之间。

数据来自https://www.blockchain.com/explorer 与 https://opreturn.org/

以 Omni / Omnilayer（以前的 Mastercoin）, Colored Coins， Counterparty 为代表的代币发布、智能合约平台最为重要的是 Omni 上发布的 USDT。Omni Layer 通过将改造过且兼容其他 Bitcoin 节点的客户端作为 Bitcoin 网络的节点，并查找对其区块链具有特殊含义的嵌入在 Bitcoin 中的数据，然后根据它们的规则解释这些数据执行操作（规则已确定的代码储存于特殊客户端中）。通常，只要在 Omni Layer2 上发起了一笔交易，Bitcoin 也会发起一笔交易。Omni 的交易结构如下：在3个 Output 中，一个 Output 为找零地址，一个 Output 为接收 USDT 的地址，另外一个在区块链浏览器中往往展示为：Unable to decode output address，这个 Output 即为通过 Op_Return 放置于 Bitcoin 的数据。具体的一笔 Omni Layer Simple Send 一般包括：Transaction version、Transaction type、Currency identifier、Amount to transfer 这四个参数。客户端通过维护特定的 Op_Return Output set，则可以维护用户所持有的 Omni Layer 上的代币。值得一提的是，Ethereum 正是从 Mastercoin 出发建设更加灵活可用的智能合约平台。

在上述交易的数据结构中，Transaction Type 的不同意味着执行的代码逻辑的不同，在 Omni Layer 上目前可以做到：代币转账、ICO、代币原子交换、发布代币、资产上链等等。代币被认为是 Bitcoin 之后最大的创新，基于区块链的代币催生了稳定币、代币融资、资产上链等各类应用。伴随着越来越多的链外数据上链，区块链状态开始与外部世界发生了紧密的联系。链外数据往往是现实世界的映射，USDT 虽然是发布在区块链上的资产，而且信任锚点在于 Tether 存储在银行的保证金。链外资产的确可以轻松的在区块链上生成对应资产，但是资产是否可信？上链过程是否可信？这里还有很多问题尚待解决，也是目前区块链应用的难点。

VeriBlock 走向了完全不同的道路，其并不将现实世界的资产映射到区块链中，而是将其他区块链的数据放置于 Bitcoin。通过去中心化的方式向 Bitcoin 放置区块头数据，在 Bitcoin 维护了 VeriBlock 的总账本。由于该账本是放置于 Bitcoin 的区块中的，可以认为 VeriBlock 继承了 Bitcoin 的安全性。于此同时，VeriBlock 增加了交易吞吐量并改进其经济模型，能够支撑其他的区块链也可以通过同样的方式将自身账本放置于 VeriBlock，使 Bitcoin 能够保护无数条区块链，进而能够在 Bitcoin 的安全基础上支撑各种类型适应垂直场景的区块链，形成了已 Bitcoin 为主的区块链网络。VeriBlock 在最高峰曾占据了 Bitcoin 日交易量的 40%，大幅度提高了交易费用。对于 VeriBlock 褒贬不一（是否污染了 Bitcoin 网络呢?），不过这并不是本问题讨论的范围。

在这个案例中，链外数据是其他区块链的数据。其他区块链的数据上链往往与跨链主题相关，此类数据上链能够将单一区块链拓展为区块链网络，极大地拓展 Bitcoin 的交易速度、确认速度等问题。

注：2017年之前有对于 Op_Return 的具体研究，由于交易量不大因此并未在本文进行讨论。但是可以发现之前出现大量将链外数据上链的项目

参考：

https://github.com/OmniLayer/spec#appendix-a-storing-omni-protocol-data-in-the-blockchain

http://www.talkcrypto.org/blog/2016/12/30/op_return-40-to-80-bytes/

https://www.mycryptopedia.com/uasf-user-activated-soft-fork-explained

https://komodod.com/dpow/btc

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    awk绝对是文本处理中的神器，它本身也是一门编程语言，还有许多功能本人没有使用到。这篇文章就单单针对awk里的数组来进行讨论，如何利用数组来帮助完成文本分析。   有这么一组数据：   abcd,91#31#2012-12-31 11:24:00 case_a,136#19#2012-12-31 11:24:00 case_a,136#23#2012-12-31 1
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    安装GNOME桌面环境 # yum groupinstall "X Window System" "Desktop" 安装TigerVNC # yum -y install tigervnc-server tigervnc 启动VNC服务 # /etc/init.d/vncserver restart # vncser
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    1、数据库连接jdbc.properties配置详解 　　jdbc.url=jdbc:hsqldb:hsql://localhost/xdb 　　jdbc.username=sa 　　jdbc.password= 　　jdbc.driver=不同的数据库厂商驱动，此处不一一列举 　　接下来，详细配置代码如下： 　　 Spring连接池    
  • Dom4J解析使用xpath java.lang.NoClassDefFoundError: org/jaxen/JaxenException异常 xp9802
    用Dom4J解析xml,以前没注意,今天使用dom4j包解析xml时在xpath使用处报错      异常栈：java.lang.NoClassDefFoundError: org/jaxen/JaxenException异常       导入包 jaxen-1.1-beta-6.jar 解决; &nb
按字母分类： ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ其他