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区块链基本原理

发布时间 2023-03-22 22:53:34作者: llcl

要解决的难题

1）账本不能被篡改 ： 分布式账本，一个坏人要修改，需要经过其他好人的同意

2）账本不能丢失损坏： 多个人记账，分布式账本

3）证明你是你： 匿名，数字签名。 可以由多个账户。

4）同一份钱不能花2次以上。双花攻击：设计一个强时序性的数据结构。若干交易打包成一个块block。 俩笔交易在同一个块打包时会被校验出不合法。 只能有一个被打包到块。系统再收到交易就会余额不足（非法交易）。

chain of blocks .只是一种数据结构。

哈希：不同的输入x得到固定长度的y.(256bit)

区块哈希的输入： 区块编号、数据（多条交易信息）、前一区块的hash值、nonce(随机数)、

这样在一个已知的区块的情况下，可以一直追溯到第一个区块。

有人篡改交易信息。hash值就会发生变化，影响整个链表。

hash函数3个特性

1） 防碰撞：不同的输入x, 一定要产生不同的值y. 碰撞可能存在，可以忽略。
2) 信息隐藏： 很难通过y来计算出x. 保证用户的隐私与安全

3）易出难题， 容易验证，但是计算出满足一定的哈希值很难。

P2P网络

peer to peer 分布式
有新交易产生，节点向自己的所有相邻节点发送交易广播。 直至全网都收到交易信息。
比特币网络节点按功能分为4个功能模块
1）Wallet: 钱包 ：签名交易与账户余额管理
2）Miner: 矿工 ：挖矿 （计算满足一定条件的哈希值）
3）Full Blockchain: 全节点 ：保留全部区块链的数据
4）Network: 路由节点 ：提供网络路由服务，让新加入的节点能够找到它的邻居

PoW共识算法

Proof of Work 工作量证明
只要看到结果，就知道你为此付出了大量的工作。

分布式节点为啥要共同维护账本。为啥要加入到网络中，靠激励机制。
就是交易数据要计算哈希值。不是随便计算出一个，这就有难度和工作量了。根据随机数的变化，找到哈希值前面记为都为0.
一旦得到了hash值。验证只需要一次。
平均十分钟左右产生一个区块。
开始每一个块奖励50个比特币，每四年减半。最终全部挖出来是2100万个。 全部挖完咋办， 交易有手续费，矿工始终有动力去挖矿。
十分钟一个区块，四年大概21万个。
100 = 50+25+6.25+3.125+1.5625+….依此类推)
100 * 21万 = 2100万个

UTXO模型

image

比特币的账户模型，和传统的余额模型不一样。不存在账户，只有地址。
账户：私钥 （账户管理权）公钥（私钥加密产生的，不可逆） 比特币地址（公钥经过俩次hash得到的一个字符串，保护了公钥的信息）
一个人的比特币余额就是看 地址里还有多少比特币，计算这个比特币数量的方式或数据结构叫UTXO Unspent Transaction Output(未花费的交易输出)

四笔交易如下：
1: Inputs:
Outputs: 25.0 -> Alice
2：Inputs: 1[0]
Outputs: 17.0 -> Bob, 8.0-> Alice
3: Inputs: 2[0]
Outputs: 8.0 -> Carol, 9.0 -> Bob
4: Inputs: 2[1]
Outputs: 6.0 -> David, 2.0 -> Alice

没有Inputs代表系统奖励。

1[0]代表第一笔交易的第一个输出。
2[1]代表第二笔交易的第二个输出
某个UTXO只要被引用就会失效。实现了交易的原子性。

DApp

去中心化分布式应用 Decentralized Application
不受公司运营的限制，不依赖某个独立的服务器。

因为区块链的存储消耗太大，不可能将所有的数据都保存到区块链中，目前DApp大多是去中心化和中心化相结合。

公链与联盟链

公链：比特币、以太坊、EOS，需要对矿工进行激励，不限制节点的加入
联盟链：小型团体组件的私有网络。联盟确立的时候，职责已经明确，没有激励机制，有准入机制。

区块链挖矿演示

https://andersbrownworth.com/blockchain

image

智能合约

区块链最核心的功能就是存储功能（记账），是一种特殊的数据库，想要在区块链这样的数据库上进行应用开发，就需要找到类似SQL这样的工具。智能合约就是这样的工具。

什么是智能合约

以太坊是一台全球计算机。 以太坊的节点遍布全球。 智能合约就是运行在 以太坊这个全球计算机上的特殊进程

为啥叫智能合约

也叫智能合同。 smart contract. 智能是可以自动化运行。 合约是因为以太坊的合约代码 涉及到一些资产转移。

如果要安装一个智能合约的开发环境，需要有一个以太坊节点。

不同区块链平台的智能合约需要安装 在 对应区块链平台的节点。

Go语言编写的 以太坊客户端：Geth: https://geth.ethereum.org/downloads

安装后添加到环境变量

Geth 三个网

  • 主网：以太坊真实节点运行的网络，节点遍布全球。使用的ETH是真实的虚拟数字货币。
  • 测试网：测试平台环境，
  • 私网：开发者自行组建的网络。

创建私网

  • 01 配置创世块文件 genesis.json
{
	"config": {
		"chainId": 18,
		"homesteadBlock": 0,
		"eip150Block": 0,
		"eip155Block": 0,
		"eip158Block": 0
	},
	"alloc": {},
	"coinbase": "0x00000000000000000000000000000000000000000000",
	"difficulty": "0x2",
	"extraData": "",
	"gasLimit": "0xfffff",
	"nonce": "0x000042",
	"mixhash": "0x00000",
	"parentHash": "0x0000",
	"timestamp": "0x00"
}

Coinbase: 挖矿后获得奖励的账户地址
Difficulty: 挖矿难度
gasLimit: 一个区块所能容纳gas的上限，智能合约指令咋执行时需要消耗gas. 通过以太币自动兑换
nonce: 随机值
mixhash：一个256位的哈希证明，与nonce相结合，验证本块的有效性。
extraData: 附件信息
parentHash: 前一块hash值，因为是创世块，所以为0