區塊鏈通識——資料層-有解無憂

一丶資料層

狹義的區塊鏈即是去中心化系統各節點共享的資料賬本
每個分布式節點都可以通過特定的哈希演算法和Merkle 樹資料結構，將一段時間內接收到的交易資料和代碼封裝到一個帶有時間戳的資料區塊中，并鏈接到當前最長的主區塊鏈上，形成最新的區塊，該程序涉及區塊，鏈式結構，哈希演算法，Merkle樹和時間等技術

Hash,一般翻譯做“散列”，也有直接音譯為“哈希”的，就是把任意長度的輸入（又叫做預映射，pre-image），通過散列演算法，變換成固定長度的輸出，該輸出就是散列值
這種轉換是一種壓縮映射，也就是，散列值得空間通常遠小于輸入的空間，不同的輸入可能會散列成相同的輸出，所以不可能從散列值來唯一的確定輸入值
簡單的來說就是一種將任意長度的訊息壓縮到某一固定長度的訊息摘要的函式
性質
- collision-free 防碰撞（避免不同輸入值產生相同哈希值）等
- hiding 資訊隱藏（防止破解出來）
- 還具有巨大的散列空間（eg:sha256:2²⁵⁶)
- 正向求解很高效

賬戶保存了余額的狀態，與銀行賬戶很像
優點
- 合約以代碼形式保存在Account中，并且Account擁有自身狀態
- 這種模型具有更好的可編程性，容易開發人員理解，場景更廣泛
- 批量交易的成本較低
- 設想礦池向礦工支付手續費，UTXO中因為每個Input和Out都需要單獨Witness script 或者Locking script，交易本身會非常大，簽名驗證和交易存盤都需要消耗鏈上寶貴的資源
- 而Account模型可以通過合約的方式極大的降低成本
缺點
- Account模型交易之間沒有依賴性，需要解決重放問題
- 對于實作閃電網路/雷電網路，Plasma等，用戶舉證需要更復雜的Proof證明機制，子鏈向主鏈進行狀態遷移需要更復雜的協議

UTXO —— Unspent Transation Output 未支出的交易輸出
上一筆交易將位元幣匯至某一地址，這筆位元幣可長期存盤，直到該地址的主人要將款項匯至下一個收款人
在某筆款項尚未被提出匯至下一個地址之前，這筆款項被稱為UTXO
不可再分的最小交易單元
優點
- 原子性，或成功，或失敗，無中間狀態
- 可并發
- 消耗存盤空間較小
缺點
- 查詢余額需要遍歷所有交易資料
- UTXO無狀態，若賬戶中需要存放復雜狀態（如智能合約），則無法支持
- 當Input較多時，見證腳本也會增加
- 而簽名本身是比較消耗CPU和存盤空間

位元幣里面的地址其實就是收款人公鑰的哈希值前面加一個0x00位元組，后面加4位元組的校驗和
整個地址以Base58編碼
Address = Base58(0x00+RIPEMD-160(SHA256(Publickey))+checksum)
例如：地址1Dorian4RoXcnBv9hnQ4Y2C1an6NJ4Urjx,如果把它解碼為HEX編碼，是這樣的：008c7e252f8d64b0b6e313985915110fcfefc4a2d675f6d4e
中間綠色的20位元組，就是這個地址所有者公鑰的哈希值

每個位元幣交易都有一個交易Hash(txhash),此Hash的值是針對整個交易內容計算得到唯一指向此條交易
因此，在位元幣追那個交易Hash通常作為交易ID
交易的正文包括2部分：輸入地址資訊和輸出地址資訊
輸入地址資訊：記錄此次交易發送方的賬戶資訊
- 并不是記錄發送者的賬號，而是記錄輸入資金的來源（pre-txhash），即通過來源交易Hash指定全域賬本中的一條交易，并通過索引資訊（index）來指定交易中對應的輸出地址，并通過簽名資訊（sign）證明用戶對這筆資金的所有權
輸出地址資訊：記錄此次交易接受方的賬戶資訊
- 包括輸出地址account和輸出金額（amount）
- 輸出地址是由用戶自行生成的公鑰資訊經過字符變換得到的一串字串，輸出地址經過反向變換后可以得到公鑰的Hash,用于驗證簽名
交易具體例子
- 交易實體部分介紹了2條交易
- 其中編號為“10002”的交易中第“0”個輸入地址中的來源交易Hash是同時索引為“1”
- 因此，可以確定此輸入地址的真實賬戶是編號“10001”交易中第“1”個輸出地址“1 A 1 R m b b V o L 4 p n M Z f”
一個真實的位元幣交易

時間戳：上一個區塊的hash
人類歷史上第一次實作非物理時鐘
區塊鏈技術要求獲得記賬權的節點必須在當前資料區塊頭中加蓋時間戳，表明區塊資料的寫入時間
因此，主鏈上各區塊是按照時間順序（區塊高度）依次排列的
時間戳技術本身并不復雜，但其在區塊鏈技術中的應用是具有重要意義的創新
- 區塊資料的存在性證明（Proof of existence）
- 有助于形成不可篡改和不可偽造的區塊鏈資料庫
從而為區塊鏈應用公證，知識產權注冊等時間敏感的領域奠定了基礎
更為重要的是，時間戳為未來基于區塊鏈的互聯網和大資料增加了時間維度，使得通過區塊資料和時間戳來重現歷史成為可能

默克爾樹是一種二叉樹，由一組葉節點，一組中間節點和一個根節點構成
優點
- 節約存盤空間（已經花費過的交易，如果時間很久就可以丟棄）
- 可以只保留根節點的hash，即Merkle根，放到區塊頭里，便于支付驗證，即==“簡化支付驗證”==
- 位元幣中沒有交易的區塊頭只有80bytes

取得記賬權的礦工將當前區塊鏈接到前一區塊，形成最新的區塊主鏈，各個區塊依次環環相接，形成從創世區塊到當前區塊的一條最長主鏈
它記錄了區塊鏈資料的完整歷史
優點
- 能夠提供區塊鏈資料的溯源和定位功能
- 任意資料都可以通過此鏈式結構順藤摸瓜，追本溯源
分叉：如果短時間內有兩個礦工==同時“挖出”==兩個新的區塊加以鏈接的話，區塊主鏈可能會出現暫時的“分叉”現象
分叉解決方法
- 約定礦工總是選擇延長累計作業量證明最大的區塊鏈
- 因此，當主鏈分叉后，后續區塊的礦工將通過計算和比較，將其區塊鏈接到當前累計作業量證明最大化的備選鏈上，形成更長的新主鏈，從而解決分叉問題

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