北大肖臻《区块链技术与应用》学习笔记5

五、BTC-网络

The BitCoin Network

• 比特币运行在应用层(application layer:BitCoin Block chain)

  底层是一个网络层(Network layer:P2P Overlay Network)

• 比特币中的P2P网络是非常简单的，所有的节点都是对等的，不存在Super node,Master node

• Seed node(种子节点):加入P2P网络首先得知道至少有一个种子节点，然后你要跟种子节点联系，它会告诉你它所知道的网络中的其他节点，节点之间是通过TCP通信的，这样有利于穿透防火墙

• Simple,robust,but not efficient(简单，粗暴但是牺牲的是效率)零度节点的选取是随机的，没有考虑底层的拓扑结构。

• 比特币系统中每个节点要维护一个等待上链的交易的集合，如果出现相同交易将会删除除第一个以外的所有交易，如果出现双花现象，所有交易记录均会被删除

• 网络传播采用flooding方式，牺牲效率，每个节点除了要检查区块的内容合法性之外，还要查它是不是在最长合法链里。越是大的区块，在网络上传播速度越慢

• 比特币网络的传播属于best effort。一个交易发布到比特币网络上，不一定所以的节点都能收到，而且不同的节点收到这个交易的顺序也不一定是一样的

六、BTC-挖矿难度调整

• 比特币用的哈希算法是SHA-256，这个产生的哈希值是256位。所以整个输出空间是2的256次方。调整这个比例，即目标空间占输出空间的比例，通俗的说，就是哈希值前面要有多少个0

• H(block header) <= target(比特币的挖矿难度调整)

  目标预值越小，挖矿的难度越大。调整挖矿的难度就是调整目标空间在整个输出空间中所占的比例。

• 挖矿难度和目标域值是成反比的，公式是Difficulty = difficulty_1_target/target，挖矿难度最小就是1，这个时候对应的目标预值是个非常大的数。

• 调整难度是因为随着算力的提高，出块时间会受到影响，上面是指挖矿难度等于1的时候所对应的目标预值

• 51% attack。不能使出块时间过快，会导致分岔过多，对于系统达成共识是没有好处的，而且危害了系统的安全性。比特币协议是假设大部分算力掌握在诚实的矿工手里。系统当中的总算力越强，安全性就越好，因为有恶意的节点想掌控51%的算力就越难。如果掌握了51%的算力，它就可以干很多坏事，比如分岔攻击。经过六个区块确认认为其交易必然合法

• 具体调整公式2016x10/60x24 = 14天

  *target=targetx(actual time/expected time)

  actual time指Time spent mining the lat 2016 blocks(产生2016个区块实际花费的时间)，expected time指产生2016个区块应用的时间，即2016x10min。

• 如果实际时间超过两个星期，平均下来出块时间超过了十分钟，挖矿难度调低，反之。而且上调和下调都有四倍的限制

• 挖矿难度公式

  Next_difficulty=previous_difficulty x(2 weeks)/(time to mine last 2016 blocks)

七、BTC-挖矿

memoryless、Progress free

• 比特币的安全性由密码学保证、共识机制保证，但是密码学的保证是以节点上所有的节点都是诚实的为前提

• 挖矿机的变化趋势，是从通用变得越来越专用，CPU是通用计算，GPU是通用并行计算，ASIC是专用计算ASIC:Application Specific Integrated Cir

• 而有些新的加密货币设计的是Alternative mining puzzle。而设计它的出发点是asic resistance(抗asic芯片化)，目的是让通用的计算机也能参与挖矿的过程。

• 挖矿的另外一个趋势，矿池。因为作为单个矿工，收益很难稳定维持，所以要引入矿池，矿池就是把这些矿工组织起来，作为一个整体，矿池的架构一般是一个全节点会驱动很多矿机，一个矿池有一个矿主pool manager。下面连了很多矿工，这些矿工只负责计算哈希值，全节点的其他职责都由矿主来承担。负责监听网上的交易，把这些交易组织打包成区块，同时要看一看有没有其他的节点抢先发布区块，如果有的话进行调整。

• 矿池的出现减轻了矿工的负担，矿工只需要挖矿，计算哈希值就行了，别的事情都由矿主来完成。矿工的收入分配也更加稳定。但矿池的出现也有危害，发动51%的攻击变得容易了。他不一定自己有这么强的算力，只要动员召集这些算力就可以了。这有点类似于云计算中的on demand computing。平时不需要维护很大的计算机群，需要用的时候可以随时召回来。而矿池的情况，是on demand mining。

• Boycott(封锁境域)

  比如说攻击者不喜欢某个账户，怀疑某个账户参与非法交易，想把这个账户封锁掉，所有跟这个账户相关的交易都不让上链。假如A把某个交易A→B发布到区块链上，攻击者就会马上进行分岔，产生一个不包含这个交易的区块，所有跟A有关的交易也都不包含进去。

• 封锁境域与分叉攻击的区别

  他没必要等后面几个确认区块。这时候如果攻击者等待确认区块，是为了让B放心，B以为后面有六个确认区块，已经没事了，然后攻击者再发动分岔攻击。而如果目的是为了boycott的话，就没有必要等后面区块生成。A→B交易一上链马上进行分岔，越早越好，因为攻击者是希望别人沿着他的链往下挖的。