區塊鏈與加密貨幣

區塊鏈的目的

公共賬本，降低交易中的信任成本

1. 公共賬本中，如何驗證一筆交易是否是交易雙方的真實意愿，而非偽造的交易？

   電子簽名，

   電子簽名的生成原理

   幾個要素：

   • 私鑰 s k sk sk
   • 公鑰 p k pk pk
   • 加密函式 S i g n Sign Sign
   • 驗證函式 V e r i f y Verify Verify
   • 資訊本身 M e s s a g e Message Message
   • 簽名 S i g n a t u r e Signature Signature

   S i g n ( M e s s a g e , s k ) = S i g n a t u r e Sign(Message,sk)=Signature Sign(Message,sk)=Signature

   為什么要使用私鑰和資訊本身生成簽名？

   • 使用私鑰可以保證只有私鑰持有人能夠生成該簽名

   • 使用資訊保證了其他人不能把簽名簡單地復制到另一條資訊里，來偽造簽名

   V e r i f y ( M e s s a g e , S i g n a t u r e , p k ) = T r u e / F a l s e Verify(Message,Signature,pk)=True/False Verify(Message,Signature,pk)=True/False

   用來驗證簽名是否是由 p k pk pk所對應的 s k sk sk生成的，

   由于生成假簽名（只能借助 V e r i f y Verify Verify函式和公鑰暴力破解）難度極大，因此如果 V e r i f y Verify Verify函式回傳true，就可以認為該簽名是由私鑰的擁有者生成的，

2. 如何防止有人在公共賬本上使用正確的資訊和簽名，重復記賬？

   每筆交易資訊中都包含獨一無二的id即可，

理解加密貨幣的本質

Tips

• 每種加密貨幣都是一個公共賬本

• 貨幣的本質是交易的歷史

去中心化

公共賬本保存在哪里？ 添加新交易記錄的規則是什么？

公共賬本保存在所有用戶手里，當一筆交易發生，必須廣播給所有用戶，并在所有賬本中添加記錄，

那么問題來了，如何保證所有用戶的賬本記錄的交易是一樣的，并且順序也相同呢？ 這是區塊鏈技術的核心問題，中本聰關于位元幣的論文解決的就是這個問題，他的解決方案是作業量證明，
位元幣的公共賬本結構大致如下：

由串起來的區塊組成（所以又被稱為區塊鏈），每個區塊包含了前一塊的哈希，多條交易記錄，和一個作業量證明，只有計算出作業量證明的人，才能打包區塊并向全網廣播該區塊，

作業量證明

作業量證明是接在一段交易記錄后的一個數，記為 w w w， w w w需要滿足以下條件：可以使得交易記錄+ w w w這段資訊的 H a s h Hash Hash值的前 n n n位值為0，(對于位元幣來說， n n n是變化的，以保持平均約10分鐘產生一個區塊，以太坊約15秒)

作業量證明的特點

1. 計算 w w w所需算力很大，但驗證 w w w的正確性很簡單，

這就使得如果篡改了交易記錄，則需要花費大量的算力去計算新的 w w w

由于每個區塊都加入前一塊的Hash值，因此更改了任一歷史區塊，或者互換了兩個區塊，后續區塊的作業量證明均需重新計算，

總結下打包一個區塊的流程：

1. 一筆交易發生，并向全網廣播了這筆交易

2. 所有節點（俗稱“礦工”）開始計算 w w w

3. 某一個節點計算出了 w w w,則打包區塊并向全網廣播該區塊

   在位元幣協議中，打包成功的節點可以在該區塊的末尾添加一筆特殊交易，即給自己的獎勵，該筆交易無需簽名，因此每打包成功一個區塊，系統中的位元幣都會增加，

問題

1. 收到不同的區塊鏈廣播，選擇相信哪個？

   選擇相信最長的那一個，如果區塊鏈長度相同，則等待新的區塊產生，使得其中的某一條鏈最長，（假設有人想偽造一個區塊，則后續區塊的作業量證明均需要重新計算，構成一條“偽造鏈”，除非偽造者擁有超過全網50%的算力，否則“偽造鏈”的長度遲早被其他礦工計算得到的鏈超過）

附錄

密碼哈希函式（比如SHA256）的特點

1. 輸入任意長度，輸出是固定長度

2. 計算hash值的速度比較快

3. 防碰撞特性

   任意兩個不同的輸入值 x 、 y x、y x、y，使得 H a s h ( x ) = H a s h ( y ) Hash(x)= Hash(y) Hash(x)=Hash(y)是困難的， 注意這里強調是“困難”的，而非“不可能“的，完全沒有哈希碰撞，在理論上不可能

4. 單向性

   難以從 H a s h ( x ) Hash(x) Hash(x)反推 x x x

5. puzzlefriendly

   無法從輸入資料，判斷輸出到底是什么樣子，這意味著你無法通過控制輸入值x來獲得想要的輸出值 H ( x ) H(x) H(x)，比如無法預先判斷哪些輸入會使得一個hash值前K位是0，

參考鏈接

• https://www.bilibili.com/video/BV11x411i72w?spm_id_from=333.999.0.0

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/139310385