比特幣與區(qū)塊鏈原理

圖靈學(xué)院-諸葛老師2018.3

區(qū)塊鏈核心技術(shù)原理Java學(xué)習(xí)交流群號：569068099圖靈學(xué)院每晚8:20直播公開課目錄比特幣區(qū)塊鏈密碼學(xué)工作近十年，曾就職于唯品會、京東電商等多家互聯(lián)網(wǎng)公司，歷任java架構(gòu)師、研發(fā)經(jīng)理等職位，參與并主導(dǎo)千萬級并發(fā)電商網(wǎng)站與后端供應(yīng)鏈研發(fā)體系搭建，多次參與電商大促活動技術(shù)保障，目前專注區(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)研究網(wǎng)名-諸葛老師

比特幣-起源Bitcoin(BTC):APeer-to-PeerElectronicCashSystem(點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng))中本聰在2009年初挖出第一批比特幣總量不超過2100萬枚

比特幣-底層機制去中心化，P2P分布式數(shù)字貨幣系統(tǒng)共識機制-POW工作量證明非對稱加密算法-數(shù)字簽名區(qū)塊鏈賬本技術(shù)比特幣-特性硬通貨-跨境交易易攜帶-只需一個私鑰隱秘性-只暴露錢包地址無貨幣超發(fā)比特幣-錢包錢包就是P2P里的P(節(jié)點)，主要用來管理私鑰和比特幣轉(zhuǎn)賬地址錢包分類輕錢包-只存儲維護跟你自己交易相關(guān)的數(shù)據(jù)中心化錢包-數(shù)字貨幣交易所錢包下載地址：

比特幣-產(chǎn)生比特幣由礦工挖礦產(chǎn)生生成的比特幣被記錄在礦工的名下比特幣通過礦工的公鑰哈希值鎖定比特幣通過交易(UTXO)在節(jié)點之間轉(zhuǎn)移UTXO-未花費的交易比特幣-UTXOUTXO(unspenttransactionoutput)-未花費交易輸出比特幣擁有者的公鑰鎖定(加密)的一個數(shù)字UTXO就是比特幣，比特幣系統(tǒng)中只有UTXO，沒有比特幣新的UTXO由挖礦或交易產(chǎn)生UTXO存在全節(jié)點的數(shù)據(jù)庫里轉(zhuǎn)賬交易消耗自己的UTXO，同時生成新的UTXO，并用接收者的公鑰鎖定比特幣系統(tǒng)中用戶的“余額”實際上并不直接存在，而是通過計算得來比特幣-交易模型交易輸出(UTXO)鎖定的比特幣數(shù)量鎖定腳本(用接收者的公鑰哈希)交易輸入(UTXO+解鎖腳本)解鎖腳本(發(fā)送者的簽名和公鑰)簽名-對發(fā)送者和接收者的公鑰哈希以及整個交易簽名Input(A)Output(B)Input(B)Output(C)tx1tx2比特幣-交易模型比特幣-交易全流程起初，第一個挖出的區(qū)塊里面包含了一個coinbase交易。在coinbase交易中，沒有輸入，所以也就不需要簽名。coinbase交易的輸出包含了一個哈希過的公鑰（使用的是

RIPEMD16(SHA256(PubKey))

算法）當(dāng)一個人發(fā)送幣時，就會創(chuàng)建一筆交易。這筆交易的輸入會引用之前交易的輸出。每個輸入會存儲一個公鑰（沒有被哈希）和整個交易的一個簽名。比特幣網(wǎng)絡(luò)中接收到交易的其他節(jié)點會對該交易進行驗證。除了一些其他事情，他們還會檢查：在一個輸入中，公鑰哈希與所引用的輸出哈希相匹配（這保證了發(fā)送方只能花費屬于自己的幣）；簽名是正確的（這保證了交易是由幣的實際擁有者所創(chuàng)建）。當(dāng)一個礦工準(zhǔn)備挖一個新塊時，他會將交易放到塊中，然后開始挖礦。當(dāng)新塊被挖出來以后，網(wǎng)絡(luò)中的所有其他節(jié)點會接收到一條消息，告訴其他人這個塊已經(jīng)被挖出并被加入到區(qū)塊鏈。當(dāng)一個塊被加入到區(qū)塊鏈以后，交易就算完成，它的輸出就可以在新的交易中被引用。區(qū)塊鏈-分布式賬本系統(tǒng)共識機制-POW工作量證明通過挖礦證明自己是善意節(jié)點，并獲得生成區(qū)塊和在該區(qū)塊記賬的權(quán)利基于P2P網(wǎng)絡(luò)，每個全節(jié)點都存儲著最全的比特幣交易記錄新區(qū)塊通過包含前一個區(qū)塊頭部的哈希值(區(qū)塊的唯一標(biāo)識)建立鏈接關(guān)系區(qū)塊里裝的就是所有的比特幣交易記錄(UTXO)0123456區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊鏈節(jié)點礦工-運行于強大或?qū)Ｓ玫挠布ū热鏏SIC）之上，主要目的是挖礦全節(jié)點-這些節(jié)點驗證礦工挖出來的塊的有效性，并對交易進行確認。SPV節(jié)點-簡單支付驗證，如錢包節(jié)點區(qū)塊鏈-挖礦在全網(wǎng)中和其他節(jié)點競爭計算(解一個難題)的過程證明自己是非惡意節(jié)點獲得的權(quán)利和義務(wù)記賬權(quán)-把交易寫入?yún)^(qū)塊里廣播義務(wù)-把區(qū)塊在全網(wǎng)廣播獲得的獎勵挖礦獎勵-12.5BTC收取交易手續(xù)費區(qū)塊鏈-共識機制拜占庭將軍問題-共識機制之一區(qū)塊鏈-共識機制POW(ProofofWork)-工作量證明通過付出大量工作代價證明自己是非惡意節(jié)點計算一個隨機數(shù)(nonce)，算出的正確隨機數(shù)即POW獲取記賬權(quán)利打包交易并通知其它節(jié)點理性人都是逐利的，POW抑制了節(jié)點的惡意動機區(qū)塊鏈-交易確認當(dāng)一項交易被鏈上的區(qū)塊收錄后，就是交易確認在此區(qū)塊之后每產(chǎn)生一個區(qū)塊，此項交易的確認數(shù)相應(yīng)加1經(jīng)過6個以上區(qū)塊確認的交易才是安全確認的，因為篡改成本巨大比特幣錢包可以設(shè)置交易確認數(shù)區(qū)塊鏈-區(qū)塊生成礦工在挖礦前要組建區(qū)塊將coinbase交易打包進區(qū)塊將交易池中高優(yōu)先級的交易打包進區(qū)塊創(chuàng)建區(qū)塊頭部挖礦成功后，將計算出來的隨機數(shù)nonce(POW)填入?yún)^(qū)塊頭部，并向臨近節(jié)點傳播0123456版本號父區(qū)塊哈希Merkle樹根時間戳難度值nonce區(qū)塊鏈-區(qū)塊驗證相鄰節(jié)點收到新區(qū)塊后，立即做以下驗證驗證POW的nonce值是否符合難度值檢查時間戳是否小于當(dāng)前時間兩小時檢查merkle樹根是否正確檢查區(qū)塊size要小于區(qū)塊size的上限第一筆交易必須是coinbase交易驗證每個交易區(qū)塊鏈-分類公有鏈任何人都可以參與使用和維護，信息公開，如比特幣，以太坊等聯(lián)盟鏈若干組織共同維護，使用有權(quán)限限制，信息受保護，如銀聯(lián)組織私有鏈集中管理者進行限制，內(nèi)部少數(shù)人可以使用，信息不公開區(qū)塊鏈-篡改賬本雙花問題：同一筆比特幣被支付多次區(qū)塊鏈-篡改賬本雙花問題區(qū)塊鏈-篡改賬本雙花問題區(qū)塊鏈-篡改賬本雙花問題區(qū)塊鏈-P2P交易廣播區(qū)塊廣播錢包廣播-主要是廣播錢包的公鑰密碼學(xué)-對稱加密對稱加密-加解密鑰相同缺點：無法確保密鑰被安全傳遞常用算法：DES、3DES（TripleDES）、AES等密碼學(xué)-非對稱加密非對稱加密-公私鑰加密對，公鑰加密，私鑰解密公鑰由私鑰生成，私鑰可以推導(dǎo)出公鑰從公鑰無法推導(dǎo)出私鑰優(yōu)點：解決了密鑰傳輸中的安全行問題常用算法：RSA、ECC（橢圓曲線加密算法)使用場景：SSH安全驗證等問題：解決了信息傳送的問題，如何驗證發(fā)送方是正確的了?密碼學(xué)-哈希(Hash)哈希-將一段數(shù)據(jù)(任意長度)經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換成一段定長的數(shù)據(jù)不可逆性-幾乎無法通過哈希的結(jié)果推導(dǎo)出原文無碰撞性-兩個不同原文哈希后的結(jié)果一定不同常用算法：MD5，SHA256使用場景數(shù)據(jù)庫中的用戶密碼存儲(MD5)挖礦計算(SHA256)密碼學(xué)-數(shù)字簽名數(shù)字簽名-公私鑰加密對，私鑰簽名，公鑰解簽名使用場景-比特幣交易驗證