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筆記中提供了必要的代碼示例，需要說明的是，大部分代碼示例都是本人所敲代碼並進行測試，不足之處，請大家指正~
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前言
從最初開始學習 JavaEE，到自學大數據，現在實習在做區塊鏈方面的東西，也算是一邊實習，一邊學習。忙完了一陣工作，總結一下實習四個月來所學到的知識，希望能夠對自己和別人有所幫助。
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比特幣
要說區塊鏈，我想先從從比特幣說起……
一、比特幣的基本信息
1. 什么是比特幣
1）比特幣系統：一個軟件，每個人都可以下載運行，大家都維護一個版本
2）比特幣：比特幣系統所維護賬本上的交易數字（為了完成支付功能而產生的交易數字）
3）區塊鏈：（簡單提一下區塊鏈）一個數字賬本，記錄各種交易數字，是伴隨比特幣在系統中流通而產生的概念
2. 比特幣和區塊鏈的關系
1）比特幣是區塊鏈技術的落地應用
2）區塊鏈是比特幣的底層支撐系統
3）區塊鏈是從比特幣中抽離出來的概念
二、比特幣區塊鏈使用的基本技術
1. Hash 算法（用於工作量的證明）
1）作用：將任意長度的輸入格式化為固定長度的 16 進制字符串
2）主流算法：MD5（128位）、sha256（256位）
3）性質
① 抗碰撞性：當知道一個 x，無法求出一個 y，使 x 和 y 的 Hash 值相同
② 原像不可逆性：根據 x 的 Hash 值無法求出 x
③ 謎題友好性：計算 Hash 的時候，沒有捷徑可走，若想計算出預定的 Hash 值，只能一次次的嘗試 （這是 pow 共識機制的基礎）
2. 密碼學（用於資產所有權和交易的驗證）
1）對稱加密：A、B 雙方使用同一把秘鑰
2）非對稱加密（生成公私鑰）
① 介紹：公鑰和私鑰一一對應，公鑰負責加密對外公開；私鑰用於解密和簽名，決不能外露
② 公鑰：用對方的公鑰加密，對方用自己的私鑰解密，因為私鑰自己持有，且公鑰無法解密，可以保證安全
③ 私鑰：簽名，保證數據來源，保證數據未被篡改，但不能保證數據安全
④ 常用算法：RSA、ECC
⑤ 特點：安全性高、加解密復雜、效率低
3. 編碼（用於網絡傳輸、生成地址等）
區塊鏈底層較為常用的編碼方式是 base64 編碼
4. p2p 網絡（點對點、端對端）
1）介紹：點對點技術，無中心的服務器，依靠用戶群交換信息的互聯網體系
2）特點：耐攻擊、高容錯、地位平等
5. 默克爾樹（用於快速交易驗證）
1）介紹：Merkle Tree，通常也被稱為 Hash Tree，是存儲 Hash 值的一棵樹，Merkle Tree 的葉子是數據塊的 Hash 值
2）特點：二叉樹
3）應用：可快速檢索，由其是在數量猛增時，搜索效率高（比特幣中可以用來校驗某一筆交易是否存在某個區塊中）
6. 工作量證明（Proof Of Work）
1）比特幣的 POW 要求運行一個 Hash 算法（sha256），找到一個符合要求的 Block Hash（Block Hash = sha256（區塊信息+隨機值n）），該 Hash 值由 n 個前導 0 構成，零的個數取決於網絡的難度值。要找到合理的 Block Hash 需要經過大量的嘗試計算，計算時間取決於機器的 Hash 運算速度。
2）工作量證明的過程：生成 Coinbase 交易，並與其他所有准備打包進區塊的交易組成交易列表，通過 Merkle Tree 算法生成 Merkle Tree Hash，把 Merkle Tree Hash 及其他相關字段組裝成區塊頭，將區塊頭的 80 字節數據（Block Header）作為工作量證明的輸入不停的變更區塊頭中的隨機數即 nonce 值，並對每次變更夠的區塊頭做雙重 SHA256 運算（即 SHA256（SHA256（Block_Header））），將結果與當前網絡的目標值做對比，如果小於目標值，則解題成功，工作量證明完成
三、比特幣的區塊結構
1. 區塊結構
比特幣的區塊結構由區塊大小、區塊頭、交易計數器、交易組成
2. 區塊頭
區塊頭的信息主要包括版本、父區塊頭的哈希值、Merkle根、時間戳、難度目標、Nonce
3. 區塊體（交易）
1）Coinbase 交易：第一條交易、挖礦交易（沒有支付人，只有收款人，即礦工）；每一個區塊都有一個 Coinbase 交易
2）普通轉賬交易：每筆交易包括付款方、收款方、付款金額、手續費等
4. 完整結構圖
四、交易
UTXO（unspent transaction output）：未消費輸出，是比特幣交易中最小的支付單元，不可分割，每一個 UTXO 必須一次性消耗完，然后形成新的 UTXO，存放在比特幣網絡的 UTXO 池中
- 區塊鏈
一、區塊鏈的基本信息
1. 什么是區塊鏈
伴隨比特幣而生，是一個分布式數據庫（本質）；一種網絡底層協議（抽象）；存儲引擎、計算引擎
2. 區塊鏈的特點
1）去中心化：所有參與其中的網絡節點共同維護，無需中心節點控制
2）不可篡改：一旦發出交易便不可再修改和刪除，每筆交易和每個區塊都有時間戳
3）匿名性：私鑰和地址是使用網絡的所有條件，無需身份驗證
4）可追溯性
二、區塊鏈協議
區塊鏈是一種網絡底層協議，可以分為數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層、應用層
1. 數據層
區塊鏈數據、鏈式結構、哈希函數、Merkel樹、非對稱加密、時間戳。數據層需要突破的是區塊容量的問題
2. 網絡層
P2P 網絡、傳播機制、驗證機制（自組網）
3. 共識層
共識機制：可以使所有的節點對某一狀態達成一致的方式，有共識機制去中心化才有意義，才具備可信度，否則只是數據共享。目前主流的共識機制有：POW、POS、DPOS、PBFT等
1）POW（Proof of Work）：工作量證明
特點：算一道很難的謎題，系統給予挖礦獎勵；多勞多得
優點：
① 所有節點均可參與，記賬權公平的分派到每個節點，去中心化
② 多勞多得，礦工的積極性高
③ 安全性高，欺詐成本高，如果能夠欺詐成功，那么做誠實節點收益更大
缺點：
① 主流礦池壟斷嚴重，存在51%算力攻擊風險
② 浪費資源嚴重（2018年底消耗全球0.5%的電量）
③ 持幣人沒有話語權，算力決定一切
④ 網絡性能低，共識時間長
項目：比特幣、以太坊、比原鏈等
2）POS（Proof of Stake）：股權證明，根據持有貨幣的量和時間來發利息（幣天銷毀）
特點：
① 不挖礦，依靠幣齡（持幣數量 * 持有天數）決定記賬權，利息即為獎勵
② 按錢分配，錢生錢
優點：
① 在一定程度上縮短了共識打成的時間
② 節約資源
③ 防作弊，幣齡越大，獲得記賬權幾率越大、避免51%攻擊，因為攻擊會使自己的權益受損
缺點：數字貨幣過於集中化，富有者越來越富有，散戶參與積極性低
3）DPOS（Delegated Proof of Stake）：委托權益證明
讓每一個持有幣的人進行投票，由此產生 n 個代表，可以理解為 n 個超級節點或礦池，這 n 個超級節點彼此的權利是完全相等的
特點：不挖礦，每年按比例增發代幣，獎勵超級節點
優點：高效、擴展性強
缺點：非去中心化，而是多中心化
項目：EOS
4）PBFT 后期會單獨講解
4. 激勵層：發行機制，分配機制
5. 合約層
智能合約
定義：一個智能合約是一套以數字形式定義的承諾，包括參與方可以在上面執行這些承諾的協議
本質：數字化合同
特點：代碼代替人仲裁和執行合同，同時能夠觸發支付
1）構建：本地構建
智能合約由區塊鏈內的多個用戶共同參與制定，可用於用戶之間的任何交易行為。協議種明確了雙方的權利和義務，開發人員將這些權利和義務以電子化的方式進行編程，代碼中包含會觸發合約自動執行的條件
2）存儲：鏈上存儲
一旦編碼完成，這份智能合約就被上傳到區塊鏈網絡上，即全網驗證節點都會收到你和對方的合約
3）執行：EVM 中執行
① 智能合約會定期檢查是否存在相關事件和觸發條件，滿足條件的事件將會推送到待驗證的隊列中
② 區塊鏈上的驗證節點先對該事件進行驗證簽名，以確保其有效性；等大多數驗證節點對該事件達成共識后，智能合約將成功執行，並通知用戶
6. 應用層：業務邏輯
三、區塊鏈的分類
按應用場景可分為：
1）公有鏈：所有人都可以隨時加入和退出，每個節點平等，都有權交易和記賬，屬於開放式 代表：比特幣、以太坊等
2）聯盟鏈：僅部分人參與，加入和退出需要授權，選定某些節點為記賬人，其他人可以交易，但無記賬權，屬於半封閉式 代表：R3CEV、IBM Farbric
3）私有鏈：公司內部使用，可實現更好的權限控制，管理和審計，屬於半封閉式
四、區塊鏈的相關概念
1. 礦工：由運行比特幣客戶端的節點充當，競爭記賬權，從而獲得獎勵
2. 礦機：CPU挖礦 —> GPU挖礦 –> FPGA挖礦 –> ASIC挖礦（專業礦機）
3. 挖礦
1）礦場：集中礦機設備的場所
2）礦池：一個軟件，礦場和普通礦工接入，礦池負責打包，接入的設備負責挖礦，按照貢獻算力的比例來分配收益
4. 算力：即計算能力，表明一個礦工挖礦的能力，算力越大算出 Hash 值的概率就越高
5. 分叉：代碼升級時不同社區意見發生分歧時的結果，出現重大 bug 修復會分叉
1）軟分叉：舊節點接收新協議產生的區塊，毫無感知，新老協議共同維護一條鏈
2）硬分叉：舊節點拒絕接收新節點創造的區塊，從此分裂為兩條獨立的鏈（以太坊分叉）
6. 叔塊（孤塊）
在同一時間出現兩個礦工同時挖出礦的情況，此時出現臨時的分叉，區塊鏈會同時保留兩條鏈，並等待新生成的區塊，新區塊選擇連接的鏈就是最長鏈，即主鏈，那么另外一個區塊就被稱為叔塊（以太坊中的叔塊是有獎勵的，比特幣中的叔塊無獎勵）。
7. 節點
1）輕節點SPV（Simplifed Payment Verification）：手機端錢包，只同步所有區塊頭信息以及和自己相關的交易數據
2）全節點：包含賬本的節點
聯盟鏈中還可以細分為共識節點、交易節點、賬本節點、錢包節點、托管節點
8. 代幣（Token）：創建交易以及運行智能合約運行的燃料，以太坊代幣為 eth，燃料為 gas，最小單位為 wei
9. 錢包：創建公私鑰，保存私鑰，相當於錢包，可以存放多個地址
種類：PC 錢包、手機錢包、輕節點錢包