区块链技术核心概念与原理

Posted 2020-11-06 想不起来的角落

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了区块链技术核心概念与原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

第一章区块链技术入门

1.1区块链前世今生

1.1.1 密码朋克（Cypherpunk）

邮件组：密码数学计算机技术等

wiki解密创始人：阿桑奇

BT下载作者：布莱姆-科恩

万维网创始人：蒂姆伯纳斯-李

智能合约概念的提出者：尼克萨博

Facebook创始人之一：肖恩帕克

比特币的创始人：中本聪（比特币白皮书：一个点对点的电子现金系统-去中心化）

1.1.2区块链：一系列技术的集合

作用：存储信息。任何需要保存的信息都可以写入区块链，也可以从里面读取，就像一个数据库。

比特币系统里面的数据是以一个个的区块来存储的，并且通过hash的方式，把一个个区块链接起来形成一个区块的链条。

特点：

无中心化：没有管理员无需添加额外审核
分布式数据库
能耗大，非常浪费资源

1.1.3 应用场景

资产： ICO 数字资产发行、支付、交易、结算

记账：股权交易、供应链金融、商业积分

不可篡改（区块链不可篡改的特点）：溯源、重酬、医疗证明、存在性证明

点对点特点：共享经济、物联网

隐私：匿名交易

1.2区块链前景

任何人都可以架设服务器，加入区块链网络成为其中一个节点。可以向任何一个节点，写入/当前数据，因为最后所有数据都会同步到区块链网络中保持一致。

1.3比特币是什么

1.3.1 比特币

比特币：数字货币每10分钟记账一次

货币：货币是可以承载价值的一般等价物

一般等价物：任何可以作为具有交易价值的物品

金属货币—>银票—〉法币 ——》一串数字（虚拟货币）

数字货币：共识具有共识的虚拟货币

1.3.2 特点

信任性：财产只受自己控制（私密钥匙）

无通胀性：不会因为发行过多而贬值

比特币的总量不变性：2100万个

无假钞：

流通性：流通性好，全球无缝流通。免去中间商和中心化直接点对点交易

去中心化记账系统：

中央服务器存储所有数据！=》存在比特币网络每一个节点里

1.4比特币原理

1.4.1 账本如何验证

Hash

哈希函数： Hash（原始信息） = 摘要信息

Hash就是计算机可以对任意内容，计算出一个长度相同的特征值。

区块链的长度：256位，原始信息不同对应的Hash值一定不可能相同！

解析：原始信息通过Hash操作之后，对任何的原始信息，得到一个简短的摘要信息

Hash特点：

同样的原始信息用同一个哈希函数总能得到相同的摘要信息
原始信息任何微小的变化都会哈希出面目全非的摘要信息
从摘要信息无法逆向推算出原始信息
区块与Hash是一一对应的，每个区块的Hash都是针对区块头计算的

摘要信息保存起来形成了区块

区块

区块链由一个个区块block组成。区块很像数据库的记录，每次写入数据，就是创建一个区块。

ex：区块头（序号、时间戳、Nonce值、Hash值、当前区块体的hash，上一个区块的Hash值等...） +区块体（交易记录）

Nonce值：记录Hash重算的次数。第100000个区块的NOce值是 274148111，即计算了2.74亿次，才得到一个有效的Hash值。

区块链计算公式：

hash = SHA256（区块头）

hash值由区块头唯一决定，SHA256是区块链的Hash算法

ps：若当前区块的内容变了，或者上一个区块的hash变了，一定会引起当前区块的Hash改变。

重大意义：如果有人修改了一个区块，该区块的hash值就变了，为了让后面的区块能继续链接到它，就必须同时修改后面所有的区块，否则被改掉的区块就脱离整个区块链。

基于这类联动机制，区块链保证了自身的可靠性，数据一旦写入就无法被篡改。

两个账本的合并：把第一个账本的Hash值作为原始信息的一部分，与第二个账本的原始信息和在一起进行Hash运算操作。

对比第二个Hash值是否一致的验证。对上了说明第二个账本的信息和第一个摘要的信息都是正确的。

第二个账本：形容又一个区块（（序号、时间戳、Hash值） +交易记录）

区块链：每一个节点在核对数据的时候，只需要核对最后一个区块的摘要信息。信息能够核对上，说明整个区块链的账本是正确的。完成高效的账本验证。

1.4.2 所有权问题

账号：地址表示

1.4.2.1 转账记录：

{ “付款地址”：“xxxxx”

“收款地址” ：“yyyyy”

“金额” ： “2 btc"

}

1.4.2.2 密码 —>私钥

一个地址对应一个私钥

谁拥有这个私钥，谁就能用于支付。私钥泄露比特币就会丢失。

无法重新获取，账号和密码不能互相推导。

1.4.4.3 非对称加密技术（交易签名）

————不泄露私钥的情况下，证明拥有某个地址的私钥

对交易进行hash得到交易的摘要
用私钥对摘要进行签名

1.4.4.4 签名过程：

对原始信息进行Hash计算得到摘要信息

用摘要信息和私钥进行签名操作 sign ——得到签名信息

付款节点：

循环广播交易内容：交易的原始信息、交易的签名信息、交易的金额

交易的节点分发给周围的节点，让周围的节点一起验证信息，整个广播循环操作
相邻节点收到广播后，验证通过后，再次与之相邻的节点进行广播，进行验证操作。

与相邻的节点进行广播验证后：

验证签名的信息是否是付款方用私钥对原始信息签名产生的

1.4.4.5 验证

验证运算：

原始交易信息的摘要一致说明是地址私钥所有者发出的

验证通过并写入账本并再次广播

1.4.4.6 签名及验证

签名和验证是逆运算

付款的地址是公钥

签名的过程是对摘要进行加密的过程：通过摘要和私钥得到签名信息

验证的过程是解密的过程：付款方地址和签名信息进行解密，得到交易的摘要

ps：账本不包含任何个人信息

1.4.3 为什么记账（挖矿）

记账：Hash打包过程

记账需要消耗资源，记账操作完成会获得系统12.5 btc的奖励

挖矿——工作量证明

1个比特币相当于 4w+ 人民币，一次记账相当于能奖励 50W+ rmb

1.4.3.1 规则

一段时间内只可以有一个人可以记账成功（10分钟左右）
通过解决密码学难题（即工作量证明）竞争获得唯一记账权
其他节点复制记账结果
使用一个常量 除以/难度系数 = 目标值； target = targetMax / difficulty。只有小于目标值饿Hash才是有效值 （难度系数越调越高目标值越来越小，导致采矿越来越难）
难度系数动态调节机制；即是如果每两周调节一次，发现生成速度比法定速度快10%则难度系数增加10% ，反之亦然

为了保证节点之间的同步，所以区块链的添加速度不能太快。

1.4.3.2 工作量证明

Hash（上一个hash值，交易记录集） = 新的Hash值

提高难度：

Hash（上一个hash值，交易记录集，随机数） = 0000..开头新的Hash值【直到找到一个以若干个0开头hash值】

率先找到一个符合条件的hash值，就能获得一个唯一的记账权

交易记录集