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這是司馬特小分隊第12篇原創(chuàng)文章

上篇文章的效果出乎我的意料，看了下后臺數(shù)據(jù)自然轉(zhuǎn)發(fā)人數(shù)有60人之多（基礎(chǔ)篇點此進入），閱讀量也有700多還可以，當(dāng)然跟大號還是沒法比。凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢～歡迎大家多多關(guān)注，么么噠～

——比特幣進階篇——

1.1、在比特幣世界中一定要重點講一下“礦工”——這個在虛擬幣世界中很神奇的角色。

我們在上一篇中大致介紹了礦工的工作內(nèi)容，這里做一些補充：

礦工在比特幣中扮演著舉足輕重的地方，因為這套系統(tǒng)要想運作下去，要想有人記賬、要想不斷生成區(qū)塊，就必須需要礦工。從創(chuàng)世區(qū)塊（第一個區(qū)塊）的第一階段規(guī)定每個區(qū)塊產(chǎn)生50個新的比特幣用于獎勵礦工的記賬行為。此獎勵每四年減半一次，經(jīng)過長年累月后最終通過挖礦獲得的比特幣將無限趨近于0。最終比特幣總量約為2100萬。另外礦工必須依照一個原則：那就是一旦有新的區(qū)塊廣播了，必須停下手上的采礦行為，開始以新區(qū)塊為父區(qū)塊計算下一個區(qū)塊了。

可以看到比特幣挖礦是一個利益驅(qū)動的行為，利益越高的交易，節(jié)點會優(yōu)先把這筆交易納入到最新的區(qū)塊中，礦工會優(yōu)先記錄他。這符合了市場追逐利益的本質(zhì)

另外關(guān)于比特幣的區(qū)塊還需要做如下解釋：

比特幣區(qū)塊大小限制目前為1MB，區(qū)塊頭是80字節(jié)，平均每筆交易至少是250字節(jié)，1M空間差不多能寫入4096筆交易，按平均十分鐘生成一個區(qū)塊，每秒交易上限約為7筆。

那么為什么要限定區(qū)塊大小呢？

比特幣中的限定，包含區(qū)塊大小、區(qū)塊生成時間，均為了降低并發(fā)性，以減少數(shù)據(jù)沖突或錯誤的可能性。在比特幣建立初期，受限于網(wǎng)絡(luò)、存儲空間、處理器速度等問題，將區(qū)塊大小先定位1MB。目前大多數(shù)區(qū)塊仍達(dá)不到限定容積。但隨著時間推移，交易量增加，而挖礦獎勵減少，礦工不得不通過講更多交易融入一個區(qū)塊中以獲取更多手續(xù)費時，區(qū)塊容積不足的問題將凸顯出來。而區(qū)塊的增加導(dǎo)致廣播（新區(qū)塊傳輸至全網(wǎng)）時間延長，這將造成礦工在無效、廢棄區(qū)塊上消耗的能源增加。而當(dāng)?shù)V工挖礦收益不足以支撐能源消耗后，挖礦行為將大幅度減少。而用戶為了保證交易盡快確認(rèn)，不得不提高手續(xù)費，導(dǎo)致交易成本增加。因此是否增加區(qū)塊大小仍在爭論中～當(dāng)然區(qū)塊大小增加很直觀的一個問題就是下載數(shù)據(jù)的時間大大增加

1.2、比特幣的交易：

在比特幣世界中因為沒有中心化機構(gòu)進行賬本記錄，所以其實你是不知道余額，交易時必須要驗證是否有足夠余額可供支出、是否存在雙花、腳本能否通過等等，通常由運行節(jié)點的礦工來完成。

中心化的賬本管理以支付寶為例，比如支付寶存儲了我的余額100，我要花50，只要支付寶判斷下我的賬戶余額有沒有50元，加上我的授權(quán)，就可以直接支付了。但是在這里，必須要做到每筆交易都可溯源，為什么？因為沒有一個所謂的賬戶中心來記錄你有多少余額，是不是有足夠多的錢可進行交易，只能通過你的歷史交易來計算是否滿足交易條件。這個過程需要遍歷完整的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)才行。

說到比特幣交易，這里必須要講一個概念：“非對稱公私鑰”。

每個人都有2個密鑰，一個“私鑰”由系統(tǒng)自動生成的；然后通過“私鑰”生成對應(yīng)的唯一“公鑰”。公鑰是公開的，而私鑰只有自己手里有。一個賬戶用公鑰加密后只能通過自己的私鑰進行解密。當(dāng)然由于私鑰轉(zhuǎn)化成公鑰是不可逆的，所以公鑰是無法反推出私鑰的。

可能你很好奇這個原理：

舉個很簡單的例子：比如A隨機生成2個質(zhì)數(shù)（147、343），組合成一個6位數(shù)的私鑰“147343”，公鑰則是2個數(shù)相乘147*343=50421，當(dāng)A只想讓某個數(shù)據(jù)只能被B修改時，他可以在這個數(shù)據(jù)后加上公鑰“50421”，并聲明只有私鑰左三位乘以右三位等于公鑰時，才可以修改這個數(shù)據(jù)。如果是一個黑客，那只能采用枚舉法進行不斷的嘗試，當(dāng)這個規(guī)則足夠復(fù)雜的時候，其實是很難破解的，因此可以說只有B拿到A的公鑰才能解開，保證了安全性。

而在比特幣系統(tǒng)里，則是將一個人的公鑰作為他的收款賬號（或者是地址）。于是我們模擬這樣一個場景，A把5個比特幣轉(zhuǎn)給B，他只要輸入附帶上B的公鑰，那么系統(tǒng)會自動幫你把這筆“幣”用B的公鑰鎖定，這樣這筆“幣”就默認(rèn)屬于B了，但是可能是鎖定狀態(tài)無法使用。只有當(dāng)B用自己的私鑰解開后，這筆“幣”也算真正劃撥到B的收款賬戶（地址）上，B才能使用。

所以簡單理解來說，私鑰就相當(dāng)于你的賬戶密碼，只有你有權(quán)限解開和移動比特幣。它保證了交易的安全性。

1.3、比特幣錢包：

比特幣錢包中存放的是一張張有面值的“一次性支票”（未花費的交易輸出UTXO）和對應(yīng)的“印章”（私鑰）

每筆交易都有若干個Tx_in（交易輸入）和Tx_out（交易輸出）

交易輸入：說白了就是資金來源，一種是挖礦獎勵，出現(xiàn)在每個區(qū)塊的第一筆交易中；另一種是之前交易給自己的還沒有使用的資金，而它本質(zhì)上也是上一個交易的輸出；

交易輸出：就是資金去向，一種是已經(jīng)交易出去的金額；另一種已經(jīng)在另一個人名下，但是他還沒使用，或者說還在凍結(jié)狀態(tài)的資金。本質(zhì)上這兩者都不屬于你了，你已經(jīng)沒有支配權(quán)了。

用戶錢包中的比特幣實際上是用戶擁有支配權(quán)的、且尚未花費的Tx_out中記錄的金額總和，即用戶可支配的所有UTXO金額之和。完整的錢包中應(yīng)存有若干個UTXO和支配每個UTXO時所對應(yīng)的私鑰。

當(dāng)一個用戶安裝了第三方的錢包后，下載全網(wǎng)所有比特幣區(qū)塊數(shù)據(jù)，然后在本地存儲所有的UTXO，然后就可以開心地在錢包里查詢自己地址下的UTXO數(shù)據(jù)啦。

——————

聰明的你于是又提出了一個問題，怎么在錢包下載數(shù)據(jù)的時候保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，或者說驗證某筆交易是否真實存在？

因為下載數(shù)據(jù)的時候都是從周邊節(jié)點下載的，但是可能存在周邊節(jié)點數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況，或者在下載過程**現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，從而導(dǎo)致下載后的數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。

這個時候就需要去驗證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性了。

我們知道驗證某筆交易的有效性或者數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其實就是驗證那筆交易是否已經(jīng)收錄于有效區(qū)塊鏈中，并得到了6次確認(rèn)。

那么最最常規(guī)的方法：我們可以通過下載全部數(shù)據(jù)（區(qū)塊體中包含了所有交易數(shù)據(jù)），然后和可信鏈路上的數(shù)據(jù)進行一一比對，來確保某一筆交易的準(zhǔn)確性。

但是很顯然，下載一個幾十G的數(shù)據(jù)包實在是太浪費時間和空間了，況且一旦出錯，又得重新下載一次全部數(shù)據(jù)。我覺得是個人應(yīng)該都會瘋～

針對這個問題，聰明的聰老師采用了更為“優(yōu)美”的SPV驗證。

那么什么是SPV驗證呢？SPV又叫簡單支付驗證。它不需要下載所有數(shù)據(jù)，只需要保存所有區(qū)塊頭數(shù)據(jù)就可以驗證某筆交易了。那么這到底是怎么實現(xiàn)的呢？

說到SPV就要講到Merkle樹了，因為SPV驗證離不開Merkle樹。

我們前面有張圖區(qū)塊頭里包含了Merkle根（說白了就是個哈希值，見上圖），Merkle根哈希是怎么算出來的？

在點對點網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時，會從多個節(jié)點上下載數(shù)據(jù)，如果每次都下載所有數(shù)據(jù)，那么就太耗資源了，更好的方式是把所有數(shù)據(jù)拆分成一小塊一小塊數(shù)據(jù)。這樣的好處是，如果小塊數(shù)據(jù)在傳輸過程中損壞了，那么只要重新下載這一小塊數(shù)據(jù)就行了，不用重新下載整個文件。

接著我們對每個小數(shù)據(jù)塊做哈希（或者叫SPV節(jié)點），然后把相鄰2個小塊數(shù)據(jù)的Hash值拼到一起，然后對這個長字符串在作一次Hash運算，不斷地組合、哈希進行遞歸，最后得到整個樹的根Hash(Top Hash or Root Hash)

那么回到主問題“怎么驗證某筆交易是否真實存在？”

聰明的你肯定能想到：很簡單啊，先從可信數(shù)據(jù)源（最長主鏈）得到該筆交易所在區(qū)塊的Merkle根哈希，然后跟下載下來的Merkle根哈希進行比較，如果一致，那么就說明所有數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確的。

那么怎么定位這筆交易在哪個區(qū)塊中？

比特幣提供了一種叫做布隆過濾器（Bloom filter）的功能，節(jié)點會在通信鏈路上建立一個這樣的過濾器，限制只接受含有目標(biāo)地址的交易，從而能過濾掉大量不相關(guān)的數(shù)據(jù)，減少客戶端不必要的下載量。比如，SPV節(jié)點會收到少于1KB的有關(guān)區(qū)塊頭和Merkle路徑的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量只約占一個完整區(qū)塊（目前大約1MB）的千分之一。根據(jù)該交易的hash和某個區(qū)塊的Merkle路徑上的數(shù)據(jù)進行比對，就能知道是否在該區(qū)塊中。

那么假如根hash不一致呢？下載下來的數(shù)據(jù)到底哪里出問題了呢？

比如：8對應(yīng)的數(shù)據(jù)被人篡改，通過Merkle Tree很容易定位找到問題在8處，因為哈希樹可以通過一條分支1—2—4—8的哈希值的比對驗證來定位。

——區(qū)塊鏈的延伸及發(fā)展——

其實現(xiàn)在的比特幣都屬于公有鏈，即只要有一臺礦機，誰都可以加入其中。于是乎就有人想針對某個群體、某類組織內(nèi)部建立一套區(qū)塊鏈系統(tǒng)，不對外開放～

2.1、聯(lián)盟鏈：區(qū)塊鏈?zhǔn)茴A(yù)選節(jié)點（特定機構(gòu)/人）控制，預(yù)選節(jié)點打包區(qū)塊后，獲得超過半數(shù)的節(jié)點認(rèn)可即可確認(rèn)，允許某個人或固定參與者可讀取。

聯(lián)盟鏈的優(yōu)勢和劣勢：

（1）節(jié)點減少后可以有效減少分叉產(chǎn)生的可能性。在節(jié)點大幅度減少的情況下，生成區(qū)塊的時間可以大大縮短。

（2）預(yù)選節(jié)點可以減少公眾對于區(qū)塊鏈的控制權(quán)，從而使得區(qū)塊鏈可以更好的為各種應(yīng)用服務(wù)。

當(dāng)然很明顯，它也有自己的缺點，那就是失去了真正的中心化記賬，由于其有限的節(jié)點，很可能出現(xiàn)超過50%以上節(jié)點竄通后篡改數(shù)據(jù)，而失去了公正性。

馬特查詢了下聯(lián)盟鏈的應(yīng)用案例，發(fā)現(xiàn)馬爸爸早已開始布局了。

阿里巴巴打造了透明可追溯的跨境商品供應(yīng)鏈，即為每個跨境跨境商品生成一條特定聯(lián)盟鏈。商品生產(chǎn)廠商、商品檢測機構(gòu)、境外海關(guān)、境內(nèi)海關(guān)、物流公司等作為預(yù)選節(jié)點。用戶可通過開放API查詢商品從生成到送達(dá)的全過程。

2.2、私有鏈：寫入權(quán)限完全掌握在一個組織手中的區(qū)塊鏈。讀取權(quán)限或開放或進行限制.

隨著比特幣、以太幣、以及各種山寨幣的橫空出世，投資者手頭上就開始囤積各種類型的幣了，就好像既買了美元，又買了人名幣，毫無疑問美元和人民幣之間的兌換需求隨之而來。但是兩種不同的代幣就像2個完全不同的系統(tǒng)，都是獨立運行的，怎么實現(xiàn)幣幣交易呢？

2.3、于是出現(xiàn)了側(cè)鏈（Sidechains）技術(shù)，我們先來了解下側(cè)鏈的概念：

側(cè)鏈?zhǔn)且环N特殊的區(qū)塊鏈。它使用一種叫做“SPV 楔入”的技術(shù)實現(xiàn)與其他區(qū)塊鏈之間的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，這使得用戶能用已有的資產(chǎn)來使用新的加密貨幣系統(tǒng)。并且由于側(cè)鏈?zhǔn)且粋€獨立的、隔離的系統(tǒng)，側(cè)鏈**現(xiàn)的嚴(yán)重問題只會影響側(cè)鏈本身，這極大地降低了創(chuàng)新的風(fēng)險和成本。目前，側(cè)鏈技術(shù)主要是由Blockstream公司負(fù)責(zé)開發(fā)。

側(cè)鏈只要理解它的2個要素就可以了：

（1）側(cè)鏈?zhǔn)仟毩⒂谥麈湹拇嬖?/span>，側(cè)鏈中的交易不影響主鏈，主鏈中的交易也不影響側(cè)鏈。

（2）實現(xiàn)雙向錨定。什么意思？

舉個簡單的例子：比特幣（主鏈）的持有者A發(fā)起一筆交易給B，如果B又是以太坊（側(cè)鏈）的一個節(jié)點（B的地址包含比特幣系統(tǒng)的地址和側(cè)鏈以太坊的地址，兩者是互相映射的），那么按照我們前面講的，A 交易給B 5個比特幣后先被鎖定，同時側(cè)鏈會產(chǎn)生一個輸入來源為主鏈的交易，B在側(cè)鏈的地址上會按照對應(yīng)的比例（假如比例是5:8）解鎖8個以太幣，說白了B的資產(chǎn)從主鏈的地址上轉(zhuǎn)移到了側(cè)鏈的地址上。

這時作為交換，假如B要把8個以太幣給A。

我們知道主鏈比特幣上是無法創(chuàng)建和流通比特幣以外的其他幣的，所以理論上B只能把8個以太幣在側(cè)鏈上轉(zhuǎn)移到A的側(cè)鏈的地址上，然后A的8個以太幣被鎖定，同時主鏈會產(chǎn)生一個輸入來源為側(cè)鏈的交易，A在主鏈上之前鎖定的5個比特幣就解鎖了，A可以在主鏈上轉(zhuǎn)移這5個比特幣了。

這就是雙向錨定。主鏈錨定側(cè)鏈，側(cè)鏈錨定主鏈。

但是這里需要說明一點：側(cè)鏈一旦出現(xiàn)安全事故導(dǎo)致解開比特幣的私鑰遺失，那么這個比特幣也就無法找回了。

側(cè)鏈技術(shù)進一步擴展了區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用范圍和創(chuàng)新空間，使傳統(tǒng)區(qū)塊鏈可以支持多種資產(chǎn)類型，以及小微支付、智能合約、安全處理機制、真實世界財產(chǎn)注冊等，并可以增強區(qū)塊鏈的隱私保護。

那么它目前有相應(yīng)的應(yīng)用嗎？

以火幣網(wǎng)（一個比特幣和代幣的交易中心，類似上海證券交易所）為例，要完成幣幣交易，需要比特幣錢包中的BTC轉(zhuǎn)到火幣網(wǎng)的BTC地址上，然后通過火幣網(wǎng)進行交易，這里火幣網(wǎng)的角色其實是幫你代為保管比特幣、資金，同時保證交易安全性的第三方機構(gòu)。

一般來說在火幣網(wǎng)這種虛擬幣交易平臺上，一個賣家想要出售比特幣，那么他必須先把BTC打到火幣網(wǎng)的地址上，然后買家在平臺上針對這個出售單進行購買，錢直接打給該賣家，賣家收到錢后進行確認(rèn)，然后平臺會把該幣轉(zhuǎn)移給買家。

那么火幣網(wǎng)是怎么實現(xiàn)幣幣交易這個過程的，這里有兩種方式供大家參考：

1、火幣網(wǎng)在各個幣種的區(qū)塊鏈上開一個節(jié)點，通過哈希鎖定實現(xiàn)幣幣交易

2、火幣網(wǎng)自己開一條側(cè)鏈，然后在側(cè)鏈中根據(jù)多條主鏈的要求自行進行交易

大家可以自行腦補結(jié)合下前面的知識點，思考這兩個方式。

2.4、中繼鏈（relays）：在A.B兩個鏈中，存在第三方數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C，那么這個C就是A和B的中繼，如果C也是區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，那么就稱relay-chain。實現(xiàn)方式為：當(dāng)檢測到A鏈中發(fā)生了某個事件，或者在特定時間內(nèi)，A鏈中的某個對象包含了一個特定值，將在B鏈執(zhí)行某個智能合約。假設(shè)進行比特幣和以太幣交易時，設(shè)定在某個X時間內(nèi)，比特幣主鏈中確認(rèn)了這筆交易，則通過中繼鏈，將在以太幣鏈中執(zhí)行交易。

簡單來說中繼鏈和側(cè)鏈差不多～

2.5、哈希鎖定（Hash-locking）：A和B進行比特幣和以太幣交易。A隨機生成一個數(shù)值，經(jīng)過hash計算后發(fā)送給B。A和B都遵守以下智能合約來鎖定他們的資產(chǎn)（A先鎖定，B在A鎖定成功后鎖定）：設(shè)定一個時間X，對于A的資產(chǎn)，如果有人能在2X時間內(nèi)猜出這個隨機數(shù)值，那么資產(chǎn)將被轉(zhuǎn)移到B，否則將返還給A；對于B的資產(chǎn)，如果有人能在X時間內(nèi)猜出這個隨機數(shù)值，那么資產(chǎn)將被轉(zhuǎn)移給A，否則將返還給B。此時，A在X時間內(nèi)將這個隨機數(shù)值提供給B，以確保B的資產(chǎn)能轉(zhuǎn)移給A，在這個過程中，就確保了B知道這個隨機數(shù)值，那么B就可以提供這個隨機數(shù)值給A，在2X時間內(nèi)獲得A轉(zhuǎn)移給B的資產(chǎn)。

哈希鎖定的本質(zhì)是在私鑰的基礎(chǔ)再加一層鎖，保證交易的公正性。

進階篇的內(nèi)容基本上講到這里也差不多了。下一篇我們將選擇1～2個行業(yè)和領(lǐng)域，深度解析到底該如何應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，怎么改變現(xiàn)有的痛點，以及怎樣實現(xiàn)商業(yè)價值。盡請期待～

沒看過基礎(chǔ)篇的小伙伴點此進入

參考文獻：

1、chehw的《SPV、SPV節(jié)點和SPV錢包》

2、zerok775《Merkle Tree算法詳解》