《區塊鏈技術與應用》北京大學肖臻老師公開課 筆記
阿新 • • 發佈：2019-03-21
ogr fun base ble 是否 graph bits 存儲 不用 建立：2019.3.19
第2講：比特幣中的密碼學原理
用到的主要功能：1.哈希函數 2.簽名
密碼學中的哈希被稱為cryptographic hash function 哈希主要性質：
1.哈希碰撞(collision resistance)
假如有一個256位的哈希，其輸入最多有2^256種，但輸入有無限種，所以肯定會發生碰撞。 2.Hiding：計算過程不可逆，根據計算結果無法推算出原數據
成立條件（不容易被破解）：1.輸入空間足夠大，很難使用brute-force破解2.輸入取值分布均勻 以上兩者結合在一起，可以實現digital commitment（有時也稱為digital equivalent of a sealed envelope） 實際中操作：（輸入空間不足夠大）在輸入添加一個隨機數，一起取哈希，保證了輸入隨機、取值分布均勻。 比特幣中用到的哈希函數還有第三個性質：puzzle friendly
以太坊出塊時間：十幾秒
以太坊為了適應新的出塊時間設計了一套GHOST協議的共識機制 第二個改進：mining puzzle
比特幣：計算密集型，比拼哈希計算速度。所以需要專業挖礦設備。使用ASIC芯片 以太坊(memory hard mining puzzle)：需要大量內存。在一定程度限制ASIC使用，ASIC resistance
[proof of work（工作量證明）+proof of stake 混合共識機制]
(BTC的共識機制PoW可能導致 51%攻擊) 三：支持smart contract（智能合約）
(ETH)Ethereum:decentrialized contract 建立：2019.3.20 第15講：以太坊的賬戶 一、
1.比特幣：transaction based measure
系統不顯示記錄賬戶上多少錢，利用UTXO推算。
好處：每筆交易記錄了錢的來源，隱私保護好
問題：（使用別扭）等號兩邊必須相等，必須說明來源，必須花完所有錢
面臨主要挑戰：double spending attack （雙花攻擊）花出去的錢又花了一次
具體：1）51%攻擊：
http://baijiahao.baidu.com/s?id=1601520668493386036&wfr=spider&for=pc
2）時間窗口：https://www.chainnode.com/post/176206 2.以太幣：account-based ledger
系統顯式記錄系統上有多少以太幣
交易時只檢查錢是否夠，不檢查錢的來源
好處：以太坊的交易模式 有效防禦了double spending attack
不會引發 有人篡改自己的余額數據 的數據，(狀態樹)因為系統全節點維護的狀態中保存了余額信息
面臨挑戰：replay attack （重放攻擊）放了兩次交易
e.g:A給B轉賬10 ETH，將這個交易放到網絡上，過了一段時間交易被寫到了區塊鏈上，B又將這個交易重新廣播了一遍，結果A向B轉賬了兩次。
解決：以太坊加了一個計數器nonce計算一個用戶有史以來的交易次數。轉賬時，當前交易次數(每次新的交易+1)成為交易內容的一部分，都受著發布交易者簽名的保護。
[系統中每個節點維護一個賬戶，不僅要維護它的balance（余額），還要維護其nonuce。]
如果有人重放這個交易，看其nonce值，若nonce與之前的重復，說明這個交易已經進行過了，就不會再執行一遍。 二、以太坊中的兩類賬戶
1.外部賬戶（普通賬戶）：有balance和nonce
利用公私鑰（類似比特幣），有私鑰的一方有控制權
只有外部賬戶能發起交易
2.合約賬戶：有balance，nonce ，code，storage(包括每個變量的取值）
不能自己發起交易，但可以：外部賬戶向合約賬戶A發起一個交易，然後A調用合約賬戶B
如何被調用：創建一個合約時會返回一個合約的地址
調用過程中，狀態會發生變化（存儲會變） 建立：2019.3.20 第16講：以太坊中的狀態樹（部分，未完） 狀態是外部賬戶和合約賬戶的狀態
實現 賬戶地址到賬戶狀態的映射 以太坊中用的addr是160 bits的，一般表示為40個十六進制數。 1.將哈希表的內容組成一棵Merkle Tree?
不可行。
如果用Merkle Tree，每有一個新交易、增加一個區塊，就要重新生成一棵Merkle Tree。
（比特幣中Merkle Tree是把區塊裏包含的交易變成一棵樹，區塊裏的交易每發布一個新的區塊對應生成一棵樹，構建完後不會更改。
每個交易大概250MB，區塊裏最多4000個交易（上限），最後把這幾百個、幾千個交易構建成一個Merkle Tree）？？？
若以太坊將所有的以太賬戶遍歷一遍構建成一個Merkle Tree，代價太大了 Merkle Tree除了 提供Merkle Proof 證明賬戶上有多少錢 以外，
還有 維護各個全節點間狀態的一致性（每個全節點在本地維護一個哈希表，不放出根哈希值，無法知道自己的數據結構狀態和別人的是否一致；對當前區塊有哪些交易，全節點要有共識）。
（方法不可行，每次構建Merkle Tree的代價太大 ：每個全節點在本地維護一個哈希表，需要構建Merkle Tree時再將 根哈希值發到Merkle Tree裏） 2.不用哈希表，直接把所有賬戶放進Merkle Tree
不可行。
1.Merkle Tree不提供高效的查找、更新的方法。
2.要不要排序（Sorted Merkle Tree）
1）不排序：
（1）查找速度慢
（2）如果不規定賬戶在葉節點出現順序，構建出來的Merkle Tree不是唯一的，算出的根哈希值也是不一樣的
【在比特幣中交易順序也是不一樣的，但有一個區別：每個節點在本地組裝一個候選區塊，自己決定哪些交易以什麽順序被打包到區塊裏；挖礦後獲得記賬權的那個節點發布自己的區塊，決定順序】
在以太坊中不適用：每個全節點自己決定怎麽把賬戶組織成一個Merkle Tree，算出哈希值，挖礦後，發布到區塊裏，但發布的是所有賬戶的狀態，而不是區塊裏包含的交易。比特幣中發布交易只有幾百個、幾千個，一個區塊裏的交易只能改很少的賬戶，大多數賬戶狀態不變，而以太坊若要發布賬戶狀態不是一個數量級的。
2）排序：
新增一個賬戶，地址是隨機的，可能是插在中間的，那麽後面的那些樹的結構都要變，代價太大。 3.以太坊采用MPT結構（Merkle ）
前提補充：Trie樹（從“retrieval信息檢索（前綴樹，字典樹）”來的）
密碼學中的哈希被稱為cryptographic hash function 哈希主要性質：
1.哈希碰撞(collision resistance)
假如有一個256位的哈希，其輸入最多有2^256種，但輸入有無限種，所以肯定會發生碰撞。 2.Hiding：計算過程不可逆，根據計算結果無法推算出原數據
成立條件（不容易被破解）：1.輸入空間足夠大，很難使用brute-force破解2.輸入取值分布均勻 以上兩者結合在一起，可以實現digital commitment（有時也稱為digital equivalent of a sealed envelope） 實際中操作：（輸入空間不足夠大）在輸入添加一個隨機數，一起取哈希，保證了輸入隨機、取值分布均勻。 比特幣中用到的哈希函數還有第三個性質：puzzle friendly
以太坊出塊時間：十幾秒
以太坊為了適應新的出塊時間設計了一套GHOST協議的共識機制 第二個改進：mining puzzle
比特幣：計算密集型，比拼哈希計算速度。所以需要專業挖礦設備。使用ASIC芯片 以太坊(memory hard mining puzzle)：需要大量內存。在一定程度限制ASIC使用，ASIC resistance
[proof of work（工作量證明）+proof of stake 混合共識機制]
(BTC的共識機制PoW可能導致 51%攻擊) 三：支持smart contract（智能合約）
(ETH)Ethereum:decentrialized contract 建立：2019.3.20 第15講：以太坊的賬戶 一、
1.比特幣：transaction based measure
系統不顯示記錄賬戶上多少錢，利用UTXO推算。
好處：每筆交易記錄了錢的來源，隱私保護好
問題：（使用別扭）等號兩邊必須相等，必須說明來源，必須花完所有錢
面臨主要挑戰：double spending attack （雙花攻擊）花出去的錢又花了一次
具體：1）51%攻擊：
http://baijiahao.baidu.com/s?id=1601520668493386036&wfr=spider&for=pc
2）時間窗口：https://www.chainnode.com/post/176206 2.以太幣：account-based ledger
系統顯式記錄系統上有多少以太幣
交易時只檢查錢是否夠，不檢查錢的來源
好處：以太坊的交易模式 有效防禦了double spending attack
不會引發 有人篡改自己的余額數據 的數據，(狀態樹)因為系統全節點維護的狀態中保存了余額信息
面臨挑戰：replay attack （重放攻擊）放了兩次交易
e.g:A給B轉賬10 ETH，將這個交易放到網絡上，過了一段時間交易被寫到了區塊鏈上，B又將這個交易重新廣播了一遍，結果A向B轉賬了兩次。
解決：以太坊加了一個計數器nonce計算一個用戶有史以來的交易次數。轉賬時，當前交易次數(每次新的交易+1)成為交易內容的一部分，都受著發布交易者簽名的保護。
[系統中每個節點維護一個賬戶，不僅要維護它的balance（余額），還要維護其nonuce。]
如果有人重放這個交易，看其nonce值，若nonce與之前的重復，說明這個交易已經進行過了，就不會再執行一遍。 二、以太坊中的兩類賬戶
1.外部賬戶（普通賬戶）：有balance和nonce
利用公私鑰（類似比特幣），有私鑰的一方有控制權
只有外部賬戶能發起交易
2.合約賬戶：有balance，nonce ，code，storage(包括每個變量的取值）
不能自己發起交易，但可以：外部賬戶向合約賬戶A發起一個交易，然後A調用合約賬戶B
如何被調用：創建一個合約時會返回一個合約的地址
調用過程中，狀態會發生變化（存儲會變） 建立：2019.3.20 第16講：以太坊中的狀態樹（部分，未完） 狀態是外部賬戶和合約賬戶的狀態
實現 賬戶地址到賬戶狀態的映射 以太坊中用的addr是160 bits的，一般表示為40個十六進制數。 1.將哈希表的內容組成一棵Merkle Tree?
不可行。
如果用Merkle Tree，每有一個新交易、增加一個區塊，就要重新生成一棵Merkle Tree。
（比特幣中Merkle Tree是把區塊裏包含的交易變成一棵樹，區塊裏的交易每發布一個新的區塊對應生成一棵樹，構建完後不會更改。
每個交易大概250MB，區塊裏最多4000個交易（上限），最後把這幾百個、幾千個交易構建成一個Merkle Tree）？？？
若以太坊將所有的以太賬戶遍歷一遍構建成一個Merkle Tree，代價太大了 Merkle Tree除了 提供Merkle Proof 證明賬戶上有多少錢 以外，
還有 維護各個全節點間狀態的一致性（每個全節點在本地維護一個哈希表，不放出根哈希值，無法知道自己的數據結構狀態和別人的是否一致；對當前區塊有哪些交易，全節點要有共識）。
（方法不可行，每次構建Merkle Tree的代價太大 ：每個全節點在本地維護一個哈希表，需要構建Merkle Tree時再將 根哈希值發到Merkle Tree裏） 2.不用哈希表，直接把所有賬戶放進Merkle Tree
不可行。
1.Merkle Tree不提供高效的查找、更新的方法。
2.要不要排序（Sorted Merkle Tree）
1）不排序：
（1）查找速度慢
（2）如果不規定賬戶在葉節點出現順序，構建出來的Merkle Tree不是唯一的，算出的根哈希值也是不一樣的
【在比特幣中交易順序也是不一樣的，但有一個區別：每個節點在本地組裝一個候選區塊，自己決定哪些交易以什麽順序被打包到區塊裏；挖礦後獲得記賬權的那個節點發布自己的區塊，決定順序】
在以太坊中不適用：每個全節點自己決定怎麽把賬戶組織成一個Merkle Tree，算出哈希值，挖礦後，發布到區塊裏，但發布的是所有賬戶的狀態，而不是區塊裏包含的交易。比特幣中發布交易只有幾百個、幾千個，一個區塊裏的交易只能改很少的賬戶，大多數賬戶狀態不變，而以太坊若要發布賬戶狀態不是一個數量級的。
2）排序：
新增一個賬戶，地址是隨機的，可能是插在中間的，那麽後面的那些樹的結構都要變，代價太大。 3.以太坊采用MPT結構（Merkle ）
前提補充：Trie樹（從“retrieval信息檢索（前綴樹，字典樹）”來的）
《區塊鏈技術與應用》北京大學肖臻老師公開課 筆記