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1、,区块链技术知识分享 2018年6月9日,Agenda,区块链和比特币 以太坊（Ethereum）及智能合约介绍 超级账本（Hyperledger）项目和fabric,区块链和比特币,概述 起源 BTC诞生 BTC交易原理 UXTO 区块 脚本 地址生成 Merkel Tree,工作量证明 最长链规则 挖矿 分叉 扩展性 安全性 发展方向,区块链和比特币(1)-概述,去中心化的账本，一种使用密码学的方法相关联产生的数据块 匿名性+专属所有权 难以篡改 具有自治的能力,区块链和比特币(2)-起源,1976年，Bailey W. Diffie和Martin E. Hellman密码学的新方向发表（
2、公钥加密理论）， 次年RSA算法诞生 1980年，Merkle Ralf提出Merkle-Tree数据结构和算法（区块中交易校验的手段） 1982年，Leslie Lamport等人提出拜占庭将军问题（共识的基础） 1985年，椭圆曲线加密（ECC）算法诞生（加密的基础） 1990年，David Chaum创立Digital Cash,第一种中心化不可追踪的加密数字现金系统 1992年，Scott Vanstone等人提出椭圆曲线加密数字签名算法(ECDSA) 1997年，Adam Back发明Hashcash技术，为一种工作量证明算法(Proof of Work，POW)， 此算法依赖哈希函
3、数的不可逆特性，达到容易被验证，但很难被破解的特性 1998年，戴伟发布匿名分布式电子现金系统B-money，Nick Szabo提出去 中心化货币Bit Gold的理论 2005年，Hal Finney提出可重复使用的工作量证明机制（RPOW），结合B-money 与Adam Back提出的Hashcash算法进行数字货币试验,区块链和比特币(3)-BTC诞生,2008年11月1日，一个署名中本聪（Satoshi Nakamoto）的人在一个小型 密码学讨论组中发表了论文比特币：一种点对点的电子现金系统 2009年1月3日，中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上挖出了第 一笔50个比特币
4、（创世区块）,区块链和比特币(4)-BTC交易原理,区块链和比特币(5)-UTXO,和传统account based支付系统不同， 比特币系统中使用区块来记录交易往来， 本质为一种UXTO（Unspent Transaction Output）方案、 区块账本记录的是交易（日志），而不是 货币；每一笔交易都要消耗（spend）N笔 输入，产生N笔输出；但输入总量和输出 总量需要保持相等,区块链和比特币(6)-区块,完整的区块结构,区块头(Blockheader)结构,区块链和比特币(7)-区块,Transactions 结构 Input结构,Output结构,区块链和比特币(8)-脚本,Has
5、h: 9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1 输入交易: 前导输入的Hash: 437b95ae15f87c7a8ab4f51db5d3c877b972ef92f26fbc6d3c4663d1bc750149 输入脚本 scriptSig: 3045022100efe12e2584bbd346bccfe67fd50a54191e4f45f945e3853658284358d9c062ad02200121e00b6297c0874650d00b786971f5b4601e32b3f81afa9f9f8108
6、e93c752201 038b29d4fbbd12619d45c84c83cb4330337ab1b1a3737250f29cec679d7551148a 输出交易: 转账值: 0.05010000 btc 输出脚本 scriptPubKey: OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG,区块链和比特币(9)-脚本,P2PKH例子,交易b中有一个输入交易引用了交易a的输出交易，它们的脚本是一对题与解： 题：交易a的输出脚本，若干个脚本指令和转账接收方的公钥哈希 OP_
7、DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG 解：交易b的输入脚本，包含两个元素，交易发起方的签名和公钥（sig & pubkey） 3046022100ba1427639c9f67f2ca1088d0140318a98cb1e84f604dc90ae00ed7a5f9c61cab02210094233d018f2f014a5864c9e0795f13735780cafd51b950f503534a6af246aca301 03a63ab88e75116b313c6de384
8、496328df2656156b8ac48c75505cd20a4890f5ab,+,区块链和比特币(10)-地址生成,BTC地址生成过程,ECDSA Public Key,RIPE160 MD(SHA256(Public Key),Public Key Hash,RIPE160 MD(SHA256(version +Public Key hash),Check Sum,Version,Base58 Encode,BitCoin Address,区块链和比特币(11)-Merkel Tree,区块链和比特币(12)-工作量证明,区块的Hash=SHA256(SHA256(区块头内容) 一段时间
9、内（平均10分钟左右，具体时间会与记账难度相互影响），只有1个节点可以记账成功 通过不断计算寻找合适的区块HASH使之小于给定的目标HASH(目标HASH值的压缩格式是一个特殊 的浮点编码类型，首字节是指数(仅使用了5个最低位)表示右移的位数，后3个字节是有效值，该目标 HASH能表示256位的数值)， 通过竞争获得唯一记账权 记账被证实后，其余节点复制记账结果 每产生2016个区块之后，会根据实际产生的区块和目标区块数做对比，进行难度调整,区块链和比特币(13)-工作量证明,区块链和比特币(14)-工作量证明,难度计算公式：difficulty = difficulty_1_target /
10、 current_target，目标(target)是一个256位长的数值。 有许多不同测量难度的方法，得到的difficulty_1_target可能不同。传统地，它表示一个HASH值，前32位为 0，后续部分为1(称之为：矿池难度或pdiff)，比特币协议把目标HASH表示成一个固定精度的自定义浮点类型， 因而，比特币客户端用该值来估计难度(称之为：bdiff)。 难度经常被存贮在区块中，每个块存贮一个十六制的目标HASH的压缩表达式(称之为：Bits)，目标HASH可以 以预先定义的公式计算出来。例如：如果区块中压缩的目标HASH为0x1b0404cb，那十六进制的目标HASH如 下所示
11、 此时的难度值为,区块链和比特币(15)-最长链规则,累计了最多难度的区块链，也是包含最多区块的那个链称为主链，每一个节点总是选择试图延长主链 当有两名矿工在几乎在相同的时间内，各自都算得了POW解，便立即传播自己的“获胜” 区块到网络中，一些节点首先收到#3458A, 一些节点首先收到#3458B，这两个候选区块（通 常这两个候选区块会包含几乎相同的交易）都是主链的延伸，分叉就会产生，这时分叉出有竞 争关系的两条链，如图： 收到#3458A和#3458B的节点，各自开始进行计算POW解，总会有一方抢先发现，比如收到#3458B 的节点，成功打包形成了#3459区块，并向全网广播后，网络中的节
12、点会把#3458B#3459B的链作为 最长链。BTC规定，交易被成功打包之后，还需要6个以上的区块延伸，才算成功（确认为主链）,区块链和比特币(16)-挖矿,SETGENERATE协议：CPU时代挖矿时代的协议。构造区块，初始化区块头各个字段，计算Hash并验 证区块，不合格则nNonce 自增，再计算并验证，如此往复。在CPU挖矿时代，nNonce提供的4字节 搜索空间完全够用(4字节即4G种可能，单核CPU运算SHA256D算力一般是2M左右)，一般情况nNonce 只遍历完2个字节就返回去重构块。,区块链和比特币(17)-挖矿,Getwork协议代表了GPU挖矿时代，需求主要源于 挖矿
13、程序与节点客户端分离，区块链数据与挖矿部件 分离。使用客户端节点直接挖矿，需要同步完整区块 链，数据和程序紧密结合，也就是说，如果有多台 电脑进行挖矿，需要每台电脑都单独同步一份区块链 数据。这其实没有必要，对于矿工来说，最少只需 要一个完整节点就可以。,区块链和比特币(18)-挖矿,Getblocktemplate协议让矿工自行构造区块。如此 一来，节点和挖矿完全分离。对于getwork来说，区 块链是黑暗的，getwork对区块链一无所知，其只知 道修改data字段的4个字节。对于getblocktemplate 来说，整个区块链是透明的，getblocktemplate掌 握区块链上与挖
14、矿有关的所有信息，包括待确认交易 池。 矿池通过getblocktemplate协议与网络节点交互， 以获得区块链的最新信息，通过stratum协议与矿工 交互。此外，为了让之前用getwork协议挖矿的软件 也可以连接到矿池挖矿，矿池一般也支持getwork协 议，通过阶层挖矿代理机制实现(Stratum mining proxy)。stratum与矿池采用TCP方式通信，数据使 用JSON封装格式。,区块链和比特币(19)-分叉,硬分叉 如果区块链软件的共识规则被改变，并且这种规则改变无法向前兼容，旧节点无法认可新节点产生的区块， 即为硬分叉。这时候旧节点会拒绝新规则的区块，于是新节点和旧
15、节点会开始在不同的区块链上运行 （挖矿、交易、验证等） 软分叉 如果区块链的共识规则改变后，这种改变是向前兼容的，旧节点可以兼容新节点产生的区块，即为软分叉。 软分叉通常刚开始并不会产生两条区块链，因为新规则下产生的块会被旧节点接受，旧节点只是无法识别 新规则的真实意义。所以新旧节点仍然处于同一条区块链上，对整个系统的影响也就较小。,区块链和比特币(20)-扩展性,不断增长的比特币交易量,区块链和比特币(21)-扩展性,隔离见证（Segregated Witness，已启动） 为闪电网络的前置方案。软分叉方案，一方面是解决比特币存在的一个安全漏洞（延展攻击）， 一个是用于扩容。其基本思想是将原
16、来的交易数据结构里的签名从区块里移出，仅保留1个指向 这个签名的指针。,区块链和比特币(22)-扩展性,闪电网络（Lighting network，未启动） 本质就是安全地链下交易。其原理上基于BOLT（Basic of Lightning）协议实现的链下交易网络， 主要由RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract）和HTLC（Hashed TimeLock Contract） 两个智能合约组成，翻译过来分别是序列到期可撤销合约和哈希时间锁定合约 其出现的主要理由就是为了应对链上的高额手续费和小额支付交易。 其特点是： 1. 闪电网络没有区块链结构； 2. 闪电网络不依赖某个公链，不是Dapp。只要能实现BOLT协议，无论 比特币、以太坊，都可以用上闪电网络； 3. 闪电网络支持代币原子互换（Atomic Swap），也就是跨链（cross-chain）操作,区块链和比特币(23)-安全性,51
