比特币与区块链入门-读MasteringBitcoint笔记

女爷i 2021-09-23 23:34 985阅读 0赞

### 比特币与区块链入门-读MasteringBitcoin笔记 ###

*  简介
 *  术语
 *  比特币交易网站
 *  交易单位
 *  第二章 比特币的原理
 *   *  2.1 交易、区块、挖矿和区块链
     *  2.2 比特币交易
     *  区块中的挖矿交易记录
 *  第三章：比特币客户端
 *  第四章密钥、地址、钱包
 *   *  4.1 简介
     *  比特币地址
     *  比特币钱包
 *  第五章 交易
 *   *  比特币交易的生命周期
     *  交易结构
     *  交易的输出和输入
     *  交易链条和孤立交易
     *  比特币交易脚本和脚本语言
     *  标准交易
 *  第六章 比特币网络
 *   *  6.1 P2P网络架构
     *  6.2 节点类型分工
     *  6.4 网络发现
     *  6.5 全节点
     *  6.6 交换“库存清单”
     *  6.7 简易支付验证（SPV）节点
     *  6.8 Bloom过滤器
     *  6.10 交易池
     *  6.11 警告消息

# 简介 #

记录自己看书的时候感觉重要的东西

# 术语 #

*  地址(address)：  
    每个比特币钱包可拥有多个地址，别的用户可通过这个地址把比特币发送给你，当比特币账户进行一笔交易后，这个地址才会在全网公布，成为有效地址
 *  交易(transaction):  
    即将比特币从一个账户转移到另一个账户的行为

# 比特币交易网站 #

1.  [CointBase][]
2.  [Bitstamp][]

# 交易单位 #

1比特币(bitcoin)=1亿聪(satoshi)比特币 （1聪比特币的英文是 a satoshi）

# 第二章 比特币的原理 #

## 2.1 交易、区块、挖矿和区块链 ##

区块链数据查询网站：  
提供区块链数据查询的网站就像是一个比特币的搜索引擎，你可以搜索比特币的地址、交易和区块，以及可以看他们之间的关系和资金流动。

常见的区块链数据查询网站

*  [Blockchain info][]
 *  [Bitcoin Block Explorer][]
 *  [insight][]
 *  [block Block Reader][]

比特币系统由 **用户**、**交易**、**矿工**组成

*  用户：通过密钥控制钱包
 *  交易：每一笔交易都被广播到整个比特币网络
 *  矿工：通过竞争计算，生成在每个节点达成共识的区块链  
    区块链是一个分布式的公共权威账簿，包含了比特币网络发生的所有交易

## 2.2 比特币交易 ##

最常见的交易形式是从一个地址到另一个地址的简单支付，这种交易也常常包含给支付者的“找零”。

交易形式

*  一般交易有一个输入和两个输出（一个是找零给自己，一个是支付给对方）。
 *  多个输入到一个输出
 *  一个输入到多个输出

交易的费用：  
为了让交易尽快被网络处理，输入和输出的差值即为交易费用，这个差值会被矿工当作交易费用  
放到区块的交易里，最终放进区块链账簿中。

## 区块中的挖矿交易记录 ##

平均每10分钟产生一个区块

# 第三章：比特币客户端 #

# 第四章密钥、地址、钱包 #

## 4.1 简介 ##

比特币是使用**椭圆曲线乘法**作为其公钥加密的基础算法

**密钥对**包括一个私钥，和由其衍生出的唯一的公钥。

支付比特币时，比特币的当前所有者需要在交易中提供**公钥**和**签名**（每次交易的签名都不同，但均从同一个私钥生成）

公钥可以由私钥计算得到

**私钥和公钥之间的关系：**

私 钥 ⇒ 椭 圆 曲 线 相 乘 （ 单 向 ） 公 钥 ⇒ 哈 希 函 数 （ 单 向 ） 比 特 币 地 址 私钥 \\xRightarrow\[\]\{椭圆曲线相乘（单向）\}公钥\\xRightarrow\[\]\{哈希函数（单向）\}比特币地址 私钥椭圆曲线相乘（单向）公钥哈希函数（单向）比特币地址

私钥用于生成支付比特币所必需的**签名**以证明资金的所有权

私钥是  1 − 2 256 1 - 2^\{256\} 1−2256间的一个数字，具有256bit

**公钥**由椭圆曲线乘法聪私钥计算得到。即，  
 K = k ∗ G K=k\*G K=k∗G  
![私钥公钥和比特币地址][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NyYWJzdGV3_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
k是私钥，G是被称为生成点的常数点，而K是所得公钥。

## 比特币地址 ##

**比特币地址**是由一个数字和字母组成的字符串，可以与任何想给你比特币的人分享。由公钥生成的比特币地址以数字 “ 1 ” “1” “1”开头

比特币地址可由**公钥**经过单向的加密哈希算法得到，通常用户见到的比特币地址是经过Base58Check编码的

**从公钥到比特币地址的过程**：

![从公钥到比特币地址][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NyYWJzdGV3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 比特币钱包 ##

钱包是私钥的容器，通常通过有序文件或者简单的数据库实现。  
比特币钱包只包含私钥而不是比特币

# 第五章 交易 #

## 比特币交易的生命周期 ##

创 建 比 特 币 交 易 ⇒ 将 比 特 币 交 易 传 送 至 比 特 币 网 络 ⇒ 比 特 币 交 易 在 比 特 币 网 络 中 的 传 播 创建比特币交易 \\xRightarrow\[\]\{\} 将比特币交易传送至比特币网络 \\xRightarrow\[\]\{\}比特币交易在比特币网络中的传播 创建比特币交易将比特币交易传送至比特币网络比特币交易在比特币网络中的传播

## 交易结构 ##

一笔比特币交易是一个含有输入值和输出值的数据结构  
交易结构描述如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>大小</th> 
   <th>字段</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>4字节</td> 
   <td>版本</td> 
   <td>明确这笔交易参照的规则</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1-9字节</td> 
   <td>输入计数器</td> 
   <td>被包含的输入的数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>不定</td> 
   <td>输入</td> 
   <td>一个或多个交易输入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1-9字节</td> 
   <td>输出计数器</td> 
   <td>被包含的输入的数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>不定</td> 
   <td>输出</td> 
   <td>一个或多个交易输出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4字节</td> 
   <td>时钟时间</td> 
   <td>一个UNIX时间戳或区块号</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 交易的输出和输入 ##

比特币**交易的基本单位**是未经使用的一个交易输出，简称**UTXO**（unspent transaction output）

**“比特币余额”**：这个概念是通过比特币钱包应用创建的派生之物。比特币钱包通过扫描区块链并聚合所有属于该用户的UTXO来计算该用户的余额。

一个UTXO可以是一聪(a satoshi)的任意倍

*  **交易输出**包含：
    
    一定数量的**比特币**，被命名为“聪”，是最小的比特币单位
    
    一个**锁定脚本**，也被当作是“障碍”，提出支付输出所必须被满足的条件以“锁住”这笔总额
    
    交易输出结构如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>尺寸</th> 
   <th>字段</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>8个字节</td> 
   <td>总量</td> 
   <td>用聪表示的比特币值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1-9个字节（可变整数）</td> 
   <td>锁定脚本尺寸</td> 
   <td>用字节表示的后面的锁定脚本的长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>变长</td> 
   <td>锁定脚本</td> 
   <td>一个定义了支付输出所需条件的脚本</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

锁定脚本会把输出锁在一个特定的比特币地址上，从而把一定数量的比特币的所有权转移到新的所有者上。

*  交易输出
    
    交易输入是指向UTXO的指针
    
    若想支付UTXO，一个交易的输入也需要包含一个**解锁脚本**，用来满足UTXO的支付条件
    
    解锁脚本通常是一个**签名**， 用来证明对于在锁定脚本中的比特币地址拥有所有权
    
    交易输入结构如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>尺寸</th> 
   <th>字段</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>32个字节</td> 
   <td>交易</td> 
   <td>指向交易包含的被花费的UTXO的哈希指针</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4个字节</td> 
   <td>输出索引</td> 
   <td>被花费的UTXO的索引号，第一个是0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1-9个字节（可变整数）</td> 
   <td>解锁脚本尺寸</td> 
   <td>用字节表示的后面的解锁脚本的长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>变长</td> 
   <td>解锁脚本</td> 
   <td>一个达到UTXO锁定脚本中的条件的脚本</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4个字节</td> 
   <td>序列号</td> 
   <td>目前未被使用的交易替换功能，设成0xFFFFFFFF</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  交易费  
    大多数交易包含交易费，这是为了在网络安全方面给比特币矿工一种补偿。

交易费影响处理优先级，这意味着有足够费用的交易会更可能被包含在下一个挖出的区块中。

交易费基于交易的尺寸，用千字节来计算，即每千字节多少多少比特币（如每千字节0.0001比特币）

交 易 费 = 求 和 （ 所 有 输 入 ） − 求 和 （ 所 有 输 出 ） 交易费=求和（所有输入）-求和（所有输出） 交易费=求和（所有输入）−求和（所有输出）

## 交易链条和孤立交易 ##

交易形成一条链，这条链的形式是一笔交易消耗了先前的交易（父交易）的输出，并为随后的交易（子交易）创造了输出。

没有父交易的交易池被称作孤立交易池

内存中储存的孤立交易数量是有限制的，这是为了防止针对比特币节点的拒绝服务攻击（DoS）

## 比特币交易脚本和脚本语言 ##

比特币客户端通过执行一个用类Forth脚本语言边界的脚本验证比特币交易。

比特币的**交易验证引擎**依赖于两类脚本来验证比特币交易：一个锁定脚本和一个解锁脚本

每一个比特币客户端会通过同时执行锁定和解锁脚本来验证一笔交易。

比特币交易脚本语言（简称脚本）是基于**堆栈**的语言

## 标准交易 ##

五大标准脚本分别为：P2PKH、P2PK、MS（限15个密钥）、P2SH和OP\_Return

# 第六章 比特币网络 #

## 6.1 P2P网络架构 ##

比特币采用了基于国际互联网的**P2P网络架构**，P2P是指位于同一网络中的每台计算机都彼此对等，各个节点共同提供网络服务，不存在任何“特殊”节点。

去中心化控制是设计时的核心原则。

## 6.2 节点类型分工 ##

比特币P2P网络中的节点尽管相互对等，但是根据所提供的功能不同，各节点可能具有不同的分工。每个比特币节点都是路由、区块链数据库、挖矿、钱包服务的功能集合。

*  全节点  
    功能有：钱包、矿工、完整区块链、网络路由节点
 *  轻量级节点（SPV节点）  
    只保留区块链的一部分。  
    它们通过一种名为“简易支付验证(SPV)”的方式来完成交易验证

挖矿节点通过运行在特殊硬件设备上的工作量证明算法，以相互竞争的方式创建新的区块。

扩展比特币网络的不同节点类型：  
![扩展比特币网络的不同节点类型][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NyYWJzdGV3_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 6.4 网络发现 ##

当新的网络节点启动猴，为了能够参与协同运作，它必须发现网络中的其他比特币节点。新的网络节点必须发现至少一个网络中存在的节点并建立连接。

新节点如何发现网络中的对等节点？

1.  可以通过**种子节点**  
    种子节点是长期稳定运行的节点。  
    存在于比特币客户端维持的一个列表中
2.  或者 起始时将至少一个比特币节点的IP地址提供给正在启动的节点。

如果已建立的连接没有数据通信，所在的节点会定期发送信息以维持连接。如果节点持续某个连接长达90分钟没有任何通信，它会被认为已经聪网络中断开，网络将开始查找一个新的对等节点。

## 6.5 全节点 ##

**全节点**是指维持包含全部交易信息的完整区块链的节点。更加准确的说，这样的节点应当被称为**完整区块链节点**。在比特币发展的早期，所有节点都是全节点；当前的**比特币核心客户端**也是完整区块链节点。

## 6.6 交换“库存清单” ##

一个全节点连接到对等节点猴，第一件要做的事情就是构建完整的区块链。

节点间需要**同步区块链**

拥有更长区块链的对等节点比其他节点有更多的区块，可以识别出哪些区块们是其他节点需要“补充”的。  
通过使用inv（inventory）消息可把这些区块的哈希值传播出去。

## 6.7 简易支付验证（SPV）节点 ##

对于一些空间和功率受限的设备，可通过简化的支付验证（SPV）的方式可以使它们在不必存储完整区块链的情况下进行工作。这种类型的客户端被称为SPV客户端或轻量级客户端。

SPV节点只下载**区块头**，而不用下载包含在每个区块中的交易信息。由此产生的不含交易信息的区块链，大小只有完整区块链的 1 1000 \\frac\{1\}\{1000\} 10001。

## 6.8 Bloom过滤器 ##

Bloom过滤器是一个允许用户描述特定的关键词组合（比如用户要查找感兴趣的比特币钱包地址，这个输入的比特币钱包地址就是关键字）而不必精确表述的基于概率的过滤方法。它能让用户在有效搜索关键词的同时保护它们的隐私。

## 6.10 交易池 ##

比特币网络中几乎每个节点都会维护一份未确认交易的临时列表，被称为内存池或交易池。  
节点们利用这个池来追踪记录哪些被网络锁知晓、但还未被区块链所包含的交易。  
例如，保存用户钱包的节点会利用这个交易池来记录那些网络已经接受但还未被确认的、属于该用户钱包的预支付信息。

有些节点还维护一个单独的**孤立交易池**。如果一个交易饿输入与某未知的交易有关，如与缺失的父交易相关，该孤立交易就会被暂时存储在孤立交易池中直到父交易的信息到达。

交易池和孤立交易池都是存储在本地内存中，并不是存储在永久性存储设备（如硬盘）里。

有些比特币客户端的实现还维护一个UTXO数据库，也称UTXO池，是区块链中所有未支付交易输出的集合，  
UTXO池既可能被安置在本地内存，或者作为一个包含索引的数据库表安置在永久性存储设备中。

## 6.11 警告消息 ##

警告消息是比特币的“紧急广播系统”，比特币核心开发人员可以借此功能给所有比特币节点发送紧急文本消息。

[CointBase]: https://www.coinbase.com/?__cf_chl_jschl_tk__=ff58776d0d393b62f9a88ced577dfdee6c120438-1582639021-0-AfYN1waYoZjIFzbaJkTY6n_On_YOe6yyK3CwSIRiU0BOwqWB0szZacANbOum1TQZuXkzCABNL81SdRTjQSUdi5OPSx_8o3f9kHfMQEE2-8JwMDoM0c9hh34L6B3h1M3-O2CaXz0dytHGa2vXn0iI3d5s76F8A4eHE0qH5962_Q6DhznATg9EZv4Ton8oYcD4uN0lwir9kmphBV_0eoCnyhX_1590rL9_s6R1BNYzTtlFCxd24L0-tVoJueYmU6RDce8muiqfw5zsvH3XHVRKAQ6aU8jcy-59NoVF53VSHfgSs2WW6o4YIzlKcB-fndMtTxg28aJBLS5Xx1dtZPqJfJU
[Bitstamp]: https://www.bitstamp.net/
[Blockchain info]: https://www.blockchain.com/explorer
[Bitcoin Block Explorer]: https://blockexplorer.com/
[insight]: https://insight.bitpay.com/
[block Block Reader]: http://blockr.io/
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