區塊鏈基本原理
- 區塊鏈基本原理
- 賬本
- 什么是賬本
- 實作賬本的四大難點
- 分布式賬本解決難點1、難點2
- 密碼學解決難點3
- 區塊鏈資料結構解決難點4
- hash函式（SHA-256）
- hash函式的特性
- hash函式在形成區塊鏈結構時的作用
- P2P網路簡介
- 共識演算法
- UTXO模型
- 相關資料
- 賬本
賬本
什么是賬本
提示：位元幣，只是一種通過運用
區塊鏈技術對電子現金（數字貨幣）系統的實作而已，
2008年11月1日，中本聰發表論文描述了一種全新的電子現金（數字貨幣）系統——位元幣，站在技術人員的角度去看，要實作一個電子現金（數字貨幣）系統就是去實作一個賬本，簡單的說，電子現金（數字貨幣）系統就是賬本，
實作賬本的四大難點
我們知道，像人民幣、美元這樣的貨幣都是在強大的國家機器背書之下才能夠被民眾接受，并且在日常的生產生活中流通的，很顯然，位元幣是沒有任何國家或機構為其背書的，中本聰面臨的挑戰就是如何利用技術手段給其發布的位元幣進行背書，
中本聰要實作位元幣，或者說要**實作一個電子現金系統（站在技術人員的角度，即要實作一個賬本），需要解決以下四個難題：**
-
賬本不能被篡改，
-
賬本不能丟失或損壞，
-
證明你是你，
-
同一份錢，不能花出去2次或多次（即：不能有雙花問題），
雙花問題說明：對于紙質貨幣，當紙幣從A給到B時，整個交易就結束了；但是對于數字貨幣卻有一些不同，假設A有10個位元幣，他選擇全部轉賬給B，當這筆交易在網路中執行但還未確認完成時，他選擇再給C轉10個位元幣，對于系統而言，這兩筆交易都是合法的，都可以通過驗證廣播到網路中，但是實際上，這顯然是有問題的，這就是雙花問題（雙花攻擊），
分布式賬本解決難點1、難點2
簡單地說，分布式賬本，即：賬本讓多個人同時記賬，也就是賬本保留多個備份，這樣就不用擔心賬本丟失或損壞的問題，同時也使得賬本不那么容易被篡改了，因為賬本在多地都有備份，任何人能直接修改的只是本地的賬本，在其它賬本保存方不同意的情況下，改不了整體的賬本，也就是說它的修改別人不認可，
密碼學解決難點3
證明你是你，這句話的本意是A賬戶的余額只能是A才有權管理，A可以選擇轉賬或其它交易，但是在做這些交易的時候，A必須證明這個賬號是他的，很顯然，采用密碼學的知識，設計數字簽名就可以做到，對于數字簽名的細節要求有兩點：
- 第一，A簽名過的交易A不能抵賴，其他人可以驗證
- 第二，其他人不能通過A簽名后的交易仿造出A其它的簽名交易
區塊鏈資料結構解決難點4
我們常說的區塊鏈技術是泛指數字貨幣技術，這里的
區塊鏈資料結構指的是具體的存盤資料的結構，注：因為截止目前2021-08-08，區塊鏈技術仍然是唯一已知的相對可靠的數字貨幣技術實作方式，所以就拿區塊鏈技術來代指數字貨幣技術了，它包括了密碼學、網路、資料結構等等，
中本聰解決雙花問題的辦法很簡單，就是設計一種強時序性的資料結構（這就是區塊鏈結構），他把若干個交易打包形成一個block塊，并強制約束：當存在雙花攻擊中的兩個或多個交易在同一個block塊中時，該block塊會被校驗出不合法，最終兩筆交易中只能有一個被打包到block塊，接著系統再將新產生的塊掛在之前產生的塊的后面，這樣就整體形成了一個鏈表結構，對于已經打包在塊中的交易就是系統確認過的，此時再收到雙花攻擊里的第二筆交易時也沒有問題，系統（在考慮前面的交易額的前提下）對當前的交易進行余額確認，若余額不足，則系統會認定當前交易為非法交易，
這種不停的收集交易打包成塊，然后掛在之前的塊上形成的結構，被叫做chain of blocks，后來大家把它統一叫作blockchain（區塊鏈），
hash函式（SHA-256）
hash函式的特性
SHA-256演算法的hash函式：y=hash(x)，對于不同的輸入x，都可以得到一個固定長度（256bit）的二進制的y值，
hash函式的特性：
-
防碰撞
不是說hash是絕對防碰撞的，只是說碰撞的概率極低，所以認為hash是可以防碰撞的，
舉例：當hash得到的結果是22個字符長度時，300萬億次計算里，發生碰撞的概率時1000億分之一，隨著hash取值空間的增大，這個概率會更低，SHA-256的hash值實際上是一個64位的字串，因此采用SHA-256演算法的hash函式，我們認為它在在這個層面是防碰撞的，
-
資訊隱藏
y=hash(x)中，你可以通過x得到y，但是你很難通過y得到x，
注：在區塊鏈網路中，每個用戶在申請賬戶的時候都會獲得一個公鑰和私鑰，私鑰用來表示你對這個賬戶的管理權，公鑰是使用私鑰通過
橢圓曲線演算法secp256k1加密生成的，而且這個演算法同樣也是不可逆的，我們經常看到的位元幣地址就是由公鑰經過2次hash得到的一個字串，這樣也很好地保護了公鑰本身的資訊， -
易出難題
hash函式在形成區塊鏈結構時的作用
提示：在區塊鏈領域所提到的hash函式是指特定的SHA-256演算法支持的hash函式，
前文中我們提到了區塊鏈資料結構是一個一個區塊的鏈表，也提到了形成是通過后一個block塊掛到前一個block塊上形成的，但是怎么掛的卻沒有提，實際上，掛這個動作是通過hash函式實作的，
每一個區塊的生成都需要填寫hash值，這個hash值的輸入包括：
- 區塊編號
- 資料（一潭訓多條交易資訊）
- 前一個區塊的hash值
- 一個亂數
P2P網路簡介
P2P網路，即為peer to peer網路，
P2P網路最早來自Napster，這是一個為用戶提供免費MP3下載的網路服務，Napster服務器上不存盤MP3檔案，但是它有一個索引服務器，來記錄各個用戶具備的MP3歌單資訊，這樣當用戶有需求下載時，可以直接找到對應的主機建立連接并下載檔案，
中本聰在發明位元幣的時候，也是站在前人的肩膀上，每個新加入網路的節點，都通過節點內置的DNS種子節點查詢網路IP串列，某些種子節點回傳一組靜態可靠的位元幣節點IP，某些種子節點回傳動態的位元幣節點IP集，新節點選擇8個節點進行連接，并彼此比對，同步區塊鏈資料，如果有新交易產生，節點向自己所有相鄰節點發送交易廣播，后續繼續向令居廣播，直至全網均收到交易資訊，
共識演算法
什么是共識演算法
區塊鏈系統采用去中心化的設計，網路節點分散且相互獨立，所以由不同節點組成的系統之間必須依賴一個制度來維護系統的資料一致性，并獎勵提供區塊鏈服務的節點，以及懲罰惡意節點，這個制度的建立需要依賴一套方法和規則，即由誰取得一個區塊的打包權（或稱記賬權），并獲取該區塊的獎勵或者怎樣界定誰是作惡者，讓他受到怎樣的懲罰，這套方法和規則便是共識演算法（共識機制），
常用的共識演算法
PoW：作業量證明（Proof of Work）演算法PoS：權益證明（Proof of Stake）演算法DPoS：股份授權證明（Delegated Proof of Stake）演算法PBFT：實用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance）演算法RAFT：一致性共識演算法
UTXO模型
UTXO即Unspent Transaction Outpou，未花費的交易輸出，
位元幣系統其實并不存在"賬戶"，而只有"地址"，這個地址就是前文提到的，用公鑰經過2次hash計算得到的地址，只有掌握該私鑰的人才算是掌握了這個地址，才可以動用這個地址里的"余額"，
一個人的位元幣余額其實就是看他所掌握的地址里面包含有多少位元幣，而計算這個位元幣數量的方式或者說它的資料結構就叫UTXO，
^_^ 整理自《Go語言區塊鏈應用開發從入門到精通》高野 編著
^_^ 本文已經被收錄進《程式員成長筆記》 ，筆者JustryDeng
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