引子：中心化的数字人民币
双花攻击 double spending attack
只依靠密码学进行数字货币的分发。
由于文件本身是可以复制的，数字货币本身就是一个文件，我没办法修改签名，但可以直接复制文件。
改进：中心化处理
中心化的数据库处理数字货币
每次进行交易都去请求中心机构。数字货币的发行和每次交易都需要中心机构去确认。
去中心化的货币
两个主要问题：
- 谁来发行货币
- 怎么验证交易的有效性
验证交易的有效性
比特币如何交易
假定A获得coinbase（铸币权），新发布了10个比特币（该交易称为铸币交易）。A将10个比特币转给了B(5个)和C(5个)，A对该交易进行签名，同时该交易需要说明所花掉10个比特币来源（来自铸币交易）。
之后，B将自己的5个比特币转给C(2个)和D(3个)，该交易需要B的签名，该交易需要说明所花掉的5个比特币来自于第二个交易中。
然后，C将自己所拥有的全部7个比特币都转给E，并对该交易签名，可以发现该交易中C的比特币来源于两个交易中。这样，就构成了一个简单的区块链。
两类hash pointer
指向前一区块：使得各个区块形成链
指向币的来源的：比特币的来源并非凭空捏造，可以防止double spending attack。
Q：交易中的身份识别
A：
A（支付人）需要知道B（收款人）的地址，这个地址是由B的公钥经过一定计算得到的。
B（收款人）需要知道A（支付人）的公钥，或者说所有节点都需要A的公钥，用于验证交易，同时可以验证签名
Q：如何防范恶意签名
有一个B‘恶意将区块签名，顶替A怎么办
A：币的来源的区块有输出，输出中包括A的公钥，通过看币的来源的输出公钥的哈希，与支付人的哈希是否一致。
Q：如何查看交易是否合法
A：在比特币系统中，通过执行脚本（BitCoin Script）实现验证过程。将当前交易输入脚本与前一个交易输出脚本（说明币的来源的交易）拼接执行，如果可以正确执行，说明交易合法。
区块的组成
每个区块分为block header 和 block body。
| block header | block body |
|---|---|
| version 比特币协议版本 | transaction list 交易列表 |
| hash of previous block header | |
| merkle root hash | |
| targer 挖矿难度目标阈值 | |
| nonce 随机数 |
block header的作用
挖矿相关（block header的作用）
整个块头的哈希，要小于目标阈值，才可以挖到矿。
block header中存放的是目标阈值的编码 nBits
区块的链接
通过头部链接即可，因为merkle root hash已经可以保证body中的transaction list没有被篡改。
方便轻节点保存
轻节点只保存block header的信息。
如何将交易写到区块中
账本的内容需要取得分布式共识（distributed consensus）
分布式共识
例子：分布式哈希表（distributed hash）
系统中很多机器共同维护一个哈希表，共识为表中存放哪些key-value
FLP不可能结论，在一个异步系统中，网络时延无上限，即使只有一个成员是有问题的，也不可能达成共识。
CAP Theorem（Consistency一致性、Availability可靠性、Partition tolerance容错性），任何一个分布式系统中，最多只能满足其中两个性质。分布式共识中协议Paxos 可以保证Consistency（若达成共识必然一致），但在某些情况下，可能会一直无法达成共识。
Paxos协议详解：https://my.oschina.net/u/150175/blog/2992187
比特币的共识机制
投票，但是是根据工作量证明投票。
传统的按人数投票的弊端 过半数同意，但是会有问题。
恶意节点的打包不合法区块，被困在投票中
网络延迟问题
无强迫投票手段
Sybil attack （女巫攻击），通俗的说是水军攻击，通过创建大量虚假身份去左右投票。
比特币系统中采用了很巧妙的方案解决这个问题。虽然仍然是投票，但并非简单的根据账户数目，而是依据计算力进行投票。
在比特币系统中，每个节点都可以自行组装一个候选区块，而后，尝试各种nonce值，这就是挖矿。
当某个节点找到符合要求的nonce，便获得了记账权，从而可以将区块发布到系统中。其他节点受到区块后，验证区块合法性，如果系统中绝大多数节点验证通过，则接收该区块为最新的区块并加入到区块链中。
forking attack 分叉攻击
如图所示，A用户对上面的A转账给B的记录回滚，从而非法获取利益。在两条链上，发现交易都合法。这是一个典型的双花攻击。A给B转账后，用分叉攻击将钱又转回来，覆盖掉原来的记录。在比特币系统中，这种情况实际上很难发生。因为大多数矿工认可的是最长的合法链，会沿着上面的链继续挖下去。而A这个攻击者要想回退记录，就必须使得下面的链变得比上面的链还长。理论上来说，攻击者需要达到整个系统中51%的计算力，才能使得这种攻击成功。
合法链竞争问题
区块链正常运行场景下，也可能会发生分叉。当两个节点同时获得记账权时，会有两个等长的合法链。在缺省情况下，节点接收最先听到的区块，该节点会沿着该区块继续延续。但随着时间延续，必然有一个链胜出，由此保证了区块链的一致性。（被扔掉的区块称为“孤儿区块”）
比特币激励机制
比特币通过设置出块奖励（block reward）来解决没人出块的问题。
一个获得合法区块的节点，可以在区块中加入一个特殊交易（铸币交易）。事实上，这种方式也是唯一一个产生新比特币的途径。
💡
挖矿就是通过本身的算力计算nonce并获得计算力，从而获得增加区块的能力。而增加区块就会获得block reward也就是拥有了比特币。挖矿挖的是block，收获的是bit coin
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