区块链和以太坊的常用概念（一）

区块链：

比特币起源于中本聪，主要解决信任问题。 一般定义为：区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的一种新型应用模式。 狭义的区块链主要是指几大公链，而广义的区块链包括各种联盟链、私有链，甚至只用这种模式的网络。

比特币：

点对点电子货币系统。 完全点对点的电子货币应该允许在线支付直接从一方发送到另一方，而无需通过金融机构。 通俗地说，就是用户可以不用银行直接转账。

中本聪：

中本聪在2009年带来了两个颠覆性的概念，一个是“比特币”，一个是“区块链”。 不过中本聪后来隐退了，再也没有出现过。

不可变的：

这里我们以以太坊为例来说明不可篡改特性。 以太坊使用修改后的 Merkle 树进行数据存储。 它是一棵二叉树，它的哈希是从下到上扩散的。 任何更改其中一个数据的人都会导致块哈希值发生变化。 区块之间是通过哈希连接的，这种改变会导致连接区块的链接哈希与其不一致，该区块将被视为无效，不被接受。 除非该块和所有后续块都被更改。

权力下放：

“去中心化”是一种现象或结构，只有在有很多用户或很多节点的系统中才会发生，每个节点都可以连接和影响其他节点。 通俗地说，每个人都是中心，每个人都可以连接和影响其他节点。 这种扁平、开源、平等的现象或结构被称为“去中心化”。 同时，“去中心化”是区块链的典型特征之一。

难以伪造：

大致不变，但并非不可能。 虽然改变某个数据会使区块失效，但攻击者可以改变该区块和所有后续区块的哈希值，从而形成一条新链。 只要新链的长度大于原链的长度，就可以接受。 但这需要很大的攻击成本，从而导致51%的攻击。

51% 攻击：

如果攻击者从区块链的某个区块分支出一条新链（用伪造的数据改链），只要新链的长度超过原来的长度，矿工就会自动选择最长的链作为主链默认。 ，这将切换到锻造链。 要让假链比原链长，就需要不断追赶，比原链更快地生成区块。 所以，平均下来，只要控制住51%以上的算力，就有赶超的可能。 （因为你要和剩余的算力竞争，你必须控制全网一半以上的算力，也就是至少51%）。 这种攻击很容易发生在算力较小的链上。 最近一次针对 ETC 的攻击发生在 2020 年 8 月，导致 OKEX 损失约 560 万美元。

轻节点：

全节点会存储所有的数据，所以数据增长过快，造成存储压力。 在某些应用中，例如，简化支付验证（SPV）允许一个轻节点，它只下载与自己交易相关的区块头和Merkle树分支，就可以确认任何交易的状态和账户当前余额. 所以它被称为简化支付验证。 目前，轻节点无法进行交易，必须连接全节点才能进行交易。

分散式：

其实应该是分布式系统，当然也可以说系统是分布式的。 分布式系统是由一组计算机节点组成的系统，这些计算机节点通过网络进行通信并协调它们的工作以完成共同的任务。 通常分布式主要包括分布式计算（computation）和分布式存储（storage）。 分布式在区块链中应该是指一种分布式拓扑结构。 它的所有节点都是平等的，分布在世界各地，并执行相同的功能。 单个节点故障不会影响整个网络。

矿业：

在采用工作量证明的区块链系统中，每个人同时计算一道数学题，谁先解决，谁就生成一个区块。 这种出块的行为好比挖矿（计算过程就是挖矿过程，最终出块就是矿场），进行计算的人称为矿工。 因为有算力成本，出块后有奖励。

区块奖励：

因为挖矿有难度（数学难题的难度）和成本（硬件成本和电力成本），所以必须对产生的区块给予一定的经济补偿，才能维持矿工不停的挖矿。 这种经济补偿称为区块奖励。 区块奖励不固定，一段时间后会减半。 同时，由于废弃区块的存在，在以太坊中，叔块也有一定的区块奖励。

工作量证明：

工作量证明 (PoW) 是一种针对服务和资源滥用或拒绝服务攻击的经济对策。 一般需要用户进行一些耗时且适当的复杂计算，答案可以很快被服务商核对。 所消耗的时间、设备和能源作为保证成本，以确保服务和资源被真正的需求所使用。 该概念于1993年提出，但在2009年中本聪将其应用于比特币时得到发扬光大。

哈希拼图：

对于工作量证明，假设存在一个输出任意数字的公式，并输出一个哈希值（相同的数字输出相同的哈希值，但输入的数字不能与哈希值相反）。 但是，任何不输出的散列都是有效的，必须满足一定的难度条件，比如第一位有多少位必须为0。为了找到可以生成这样的散列的输入数字，只能尝试一个一、没有捷径。 通常需要大量的计算（算力）才能得到，小概率事件也能很快找到。 这就是工作量证明和哈希难题。 当然，每个方块的公式都不一样（里面有一个随机数）。

拜占庭将军问题：

在分布式计算中，不同的计算机通过通信和交换信息来达成共识，并按照同一套协作策略行动。 但有时，系统中的成员计算机可能会出错，发送错误的信息，而用于传输信息的通信网络也可能造成信息损坏，使网络中的不同成员对整体合作策略得出不同的结论，从而破坏了系统的一致性。系统 。 拜占庭将军问题被认为是最难的容错问题类型之一。

原题是：9名拜占庭将军，其中4人投进攻，4人投撤退，1人是叛徒。 它可以故意为退的人投退，为攻的人投攻，让双方都认为自己在为多数人做决定，破坏整体的一致性。 此外，将军依赖信使通信（不安全），中间的投票决定也可以被篡改。

如果那些忠诚（或无错误）的将军仍然可以通过多数决定来决定他们的策略，那么据说拜占庭容错已经实现。

在各种早期的解决方案中，有一种认为只要错误率低于1/3，仍然可以实现拜占庭容错。 1999年，实用拜占庭容错（PBFT）算法被提出。 该算法可以提供高性能计算，使系统每秒可以处理数千个请求，解决了原有拜占庭容错算法效率低下的问题。 PBFT算法的核心理论仍然是n>=3f+1。

哈希函数：

也称为散列函数。 给定任何类型的数据，此函数都会生成一个哈希值。 一个好的散列函数很难有散列碰撞现象（散列碰撞是指生成的散列值相同，因为如果一个大区间上的值映射到小区间上，肯定是冲突的） . 哈希函数还具有以下特点（给定相同的哈希函数）：（1）如果两个生成的哈希值不同，那么它们的原始输入不同，这称为确定性。 (2) 从哈希值中无法得到输入值，称为不可逆性。 (3) 相同的输入只会产生相同的hash。

椭圆曲线：（Elliptic curve cryptography），简称ECC区块链和以太坊，是一种建立公钥加密的算法，即非对称加密。 类似的还有RSA、ElGamal算法等。 ECC被公认为给定密钥长度下最安全的加密算法。 比特币和以太坊中的公私钥生成和签名算法ECDSA都是基于ECC的。 其实椭圆曲线并不是我们平时学习的椭圆形。 其名称的由来是因为椭圆曲线的描述方程类似于计算椭圆周长的方程。 RSA利用了“大数质因数分解”的复杂性，而ECC则利用了“椭圆曲线上的离散对数问题”的复杂性。

密码学：

可分为古典密码学和现代密码学。 古典密码学主要研究信息的安全写入和传输，以及相应的破译方法。 现代密码学不仅关注信息的机密性，还涉及信息完整性验证、信息发布的不可否认性等安全问题。 密码学是数学和计算机科学的一个分支。

使用公钥/私钥的非对称加密：

非对称加密算法需要两个密钥：公钥（publickey：简称公钥）和私钥（privatekey：简称私钥）。 公钥和私钥是一对。 如果数据是用公钥加密的，就只能用对应的私钥解密。 反之，用私钥加密只能用对应的公钥解密。 由于加密和解密使用两个不同的密钥，所以这种算法称为非对称加密算法。

公钥/私钥：以以太坊为例（类似于比特币），每个外部账户（非合约账户）由一对公钥/私钥组成。 私钥是一个 32 字节的十六进制字符。 使用椭圆曲线算法ECDSA-secp256k1，可以从私钥中推导出唯一的公钥（64字节），反之则不行。 使用哈希算法Keccak-256对导出的公钥进行哈希运算，得到32字节的哈希值，然后取最后20字节作为账户地址。 所以账户公钥不等于账户地址。 这里的公钥/私钥也就是非对称加密的公钥/私钥。

电子签名：

数字签名是附加到数据单元的一些数据，或者是数据单元的密码转换。 该数据或转换允许数据单元的接收者确认数据单元的来源和数据单元的完整性并保护数据免于被某人（例如，接收者）伪造。 例如，以太坊上的外部账户使用私钥对交易进行数字签名，表明该交易是由该账户发起并批准的。

公链：

任何人都可以参与开放的公共网络； 去中心化、匿名性、不变性和透明性是其主要特征。 主要代表有比特币、以太坊等。 但是，公链在安全和性能之间存在权衡，因此吞吐量较弱，TPS 较低，出块时间较长。

联盟链：

将区块链技术应用于商业组织的非开放许可网络，通常为多个企业之间的协作提供服务。 主要代表有Hyperledger、FISCO BCOS等。

私有链：

它类似于联盟链，但一般只用于单个企业，具有更强的权限控制。

侧链：

区块链中的侧链其实并不是指某个特定的区块链，而是指所有遵守侧链协议的区块链。 这个术语是相对于比特币主链而言的。 侧链协议是指允许比特币从比特币主链安全转移到其他区块链，并且可以从其他区块链安全返回比特币主链的协议。

侧链的本质就是先把你的一部分资产锁定在主链上，然后在侧链上操作你的资产，等操作周期结束后再在主链上结算。

跨链协议：

各个区块链之间的信息是隔离的区块链和以太坊，跨链技术可以让不同的区块链实现互通，从而形成区块链的“互联网”，实现更大的应用空间和价值。 从狭义上讲，跨链是一种解决资产和功能状态在两条或多条不同链上的转移、转移和交换的协议。 广义上，侧链和跨链是链间互操作协议的具体解决方案，所以我们将所有侧链和跨链协议统称为跨链互操作协议。

雷电网络：

以太坊提升交易处理能力的主要方式有：分片技术（shard）、Plasma链、状态通道技术（state channels）。

雷电网络是状态通道技术在以太坊上的实现。 以太坊的雷电网络类似于比特币的闪电网络，但它支持所有的 ERC20 代币。 雷电网络雷电网络利用支付渠道网络在以太坊网络上进行链下扩展，这样区块链就不必参与每次代币传输。 这些链下交易比链上交易更快、更便宜、更适合物联网。

雷电网络应用：raidEX，基于以太坊和雷电链下的状态通道技术构建的去中心化交易所。

闪电网络：

比特币区块链的链下扩展类似于雷电网络，但只支持BTC传输。

Plasma：Plasma 是另一个可扩展网络，可帮助以太坊区块链处理比目前更大的数据集。 它以类似于主链的方式处理智能合约，并且只将完成的交易广播到以太坊公链。 Raiden 和 Plasma 是互补的——Plasma 可以处理智能合约，这将触发 Raiden 执行这些付款。 Raiden Network和Plasma链被称为Layer 2扩展方案，因为它们不是在主链上扩展，而是二层网络。

碎片化：

随着以太坊网络的使用不断增加，应用程序和交易越来越多，这使得以太坊网络的速度变慢。 Sharding 是以太坊 2.0 的 Layer 1 扩容解决方案。 它的主要思想是对数据进行分片，每个节点组只需要验证其中一个即可。 按照计划，以太坊 2.0 最初将启用 64 个分片。

信标链：

以太坊2.0的核心，2.0并没有使用POW，而是使用了validator模型。 信标链的主要内容是注册表，记录了验证者地址、每个验证者的状态、证明消息以及链接到分片的信息。 验证者在参与前需要被信标链激活，也可以改变自己的状态。

信标链是通过交联来跟踪分片链（最新的区块）。 由于有 64 个分片，每个信标链最多可以包含 64 个交联。 信标链作为分片链分叉选择、分片链确定性和跨分片通信的基础。

区块链扩展：

随着交易和应用的增加，目前的区块链在提高可扩展性方面遇到了一个问题：每个节点都必须验证并执行所有交易。

从计算机科学的角度来看，有两种主要的方法来扩展吞吐量：

A.纵向扩张：总体思路是强化节点，让节点越来越强大。

B.横向扩展：粗略地说，增加更多的节点。

由于区块链的去中心化机制，只能进行横向扩展。 扩容包括Layer 1和Layer 2扩容。

共识机制：

区块链是一种去中心化的分布式账本系统。 共识机制从去中心化的角度解决了节点间的互信问题。 共识机制允许区块链的节点达成共识。 共识机制包括共识算法和共识规则。 常见的共识机制有：POS、DPOS、POW、RAFT、BFT、PAXOS、POOL、RPCA等。

数字货币：

数字货币可以认为是一种基于节点网络和数字加密算法的虚拟货币。 比特币出现后，对现有的货币体系提出了巨大的挑战。 虽然它属于广义上的虚拟货币，但有着本质的区别。 因此，它被称为数字货币。 其主要特点是：交易成本低、交易速度快、匿名性高。