BTC-协议-04

核心概念：

• 比特币的发行：由挖矿决定（coinbase铸币权）
• 防止双花攻击（double spending）

BTC系统中每个交易都包含输入和输出两部分，然后由转账人签名：

• 输入部分要说明币的来源和发起转账人的公钥
  • 为防止有人冒名顶替，用自己的公私钥对进行对他人账户章BTC的转移，需要比对在coinbase中的获得铸币权人的公钥哈希和当前公钥（拼接当前节点输入和上一个节点的输出，组成bitcoin script，运行无误即通过）
• 输出部分要给出收款人公钥的哈希（即收款人的账户地址）

两种哈希指针

• 一种是指向前一个区块头的哈希指针
• 另一种是指向前面某个交易的指针，即用来指明币的来源

block header中包含的主要的域：

• 版本：protocol version
• 指向上一个节点的哈希指针：hash of previous block header
• 区块体中交易数据的根哈希值：merkel root hash
• 挖矿相关：
  • 目标难度：target
    • mining puzzle：H(block header) <= target
    • 目标难度的编码：nBits
  • 随机数：nonce

分布式共识：distributed consensus

• 不可能结论：
  • FLP theorem：在一个异步的（asynchronous）系统里，(网络传输迟延没有上限就叫异步系统)，即使只有一个成员是有问题的（faulty），也不可能取得共识
  • CAP theorem：任何一个分布式系统，这三个性质中（Consistency、Availability、Partition tolerance）最多只能满足两个
• 著名协议Paxos

比特币中的共识协议：

• 投票：需要检验membership
  • 按照账户投票：难以防范女巫攻击Sybil attack
    • 联盟链，membership准入要求，hyperledger fabric
  • 按照算力投票：寻找nonce，解mining puzzle
    • 争夺记账权：
      • 获得记账权的节点有权利发布下一个区块。其他节点收到这个区块之后，要验证该区块的合法性
      • 铸币交易block reward：50BTC -> 25BTC -> 12.5BTC -> 6.25BTC -> ...（每隔21万个区块奖励减半，即大约四年）
    • 具体验证方式：
      1. 验证block header：
         1. 检查nBits域设置的是否符合比特币协议中规定的难度要求
         2. 检查该不等式是否成立
      2. 检查block body：
         1. 验证交易列表中每个交易是否都合法
            • 合法的签名
            • 以前没有被花过
• 最长合法链：
  • 分叉攻击Forking attack
  • 隐式同意implicit consent：在认可的最长合法链上继续挖矿
  • 确认时间：六个区块之后（10分钟出一个块，大概一小时）
• 希望获得共识的内容：账本的一致性