這次筆記內容會圍繞在比特幣這個區塊鍊加密貨幣系統 然後比特幣是一種讓北極熊沒有家住的技術 (?
區塊鏈的安全
- 區塊鏈鏈的模式，保證新的區塊接續前一個區塊，當區塊越多越難被修改
- 共識機制需要多數節點認同保護資料不易被竄改，也就是去中心化的部分啦
- 密碼學上的困難問題保護使用資產不會被任意取用，也在建立新的區塊時增加難度，就是挖礦的部分啦
共識機制
這是在分散式系統中相當常見的問題，當節點多了，在同步上出現分歧時應該要聽誰的? 究竟誰手中的資料才是正確的呢?
拜占庭將軍問題
描述有數個將軍各自在不同地方，但有著相同的任務，而這個任務非常艱難，必須要每個將軍同時進攻、或是同時撤退，否則就會失敗。
因此在出發之前，每位將軍會投票決定之後才開始行動，
然而…在這樣的條件下，竟有還有幾位將軍是隱藏身分的間諜!?
在節點中，同樣會遇到這樣的問題，當節點中出現了不遵守規定的惡意節點時，該如何將它的影響降低呢?
挖礦
也就是增加難度，比特幣使用 PoW(Proof-of-Work)，讓北極熊沒地方住 ，讓每個節點用工作量來證明自己。如果你想要搞破壞的話，你必須付出比整個鏈上過半的計算能力，然而在現在廣大的比特鏈生態來說，這是不可能的。
每個鏈上的共識機制都不同，例如乙太鍊上使用的是 PoS
激勵機制
在前一個段落的區塊鍊安全那邊有說到使用 PoW 來保證難以隨意的添加區塊，但是認真想想誰要做這麼吃力的事情? 因此激勵機制的部分就是 給你錢幫我算 (*´∀`)~♥ xdd
區塊鏈節點
身為一個去中心化的點對點系統，當然一定要有節點。在比特鏈上可以大致分兩種節點，全節點(Full Node)與輕量節點(Light Node)
全節點: 存放著完整的比特鏈資訊(好幾十GB)，工作是打包區塊上鏈以及驗證其他人上傳區塊的合法性輕量節點: 也稱為簡單支付驗證（SPV）節點，不需要儲存所有區塊資訊，也不會對鏈上的安全性做出貢獻，就只是個 read user。可以是手機或是電腦的客戶端軟體，他能夠驗證某一筆交易是否在區塊鏈中礦工仔: 準確來說礦工不一定是比特網路的一部分，礦工只需要向全節點要求交易回來打包、計算，再將節點廣播出去給所有的全節點驗證就好了
挖礦仔常見問題
Q: 挖礦是啥米?
當有一筆交易要進行的時候，交易方拋出他的交易資訊，請人幫他簽核，成功幫他完成任務的人會有獎金
Q: 這個簽核任務有是啥米?
礦工們會將交易區塊資訊 + Nonce 拿去 hash，不斷的替換 Nonce 取得某一組 hash 值開頭是 n 個 bits 為 0 的解答，第一個拿到解答的就是這次挖礦的成功者。因此越多人參與解題就越難挖到礦
Q: 這樣不就超難挖礦的嗎?
每經過 2016 個交易認證後難度會改變(要求開頭的 0 變多個或變少)，改變依照之前的交易認證時間，如果太久就變簡單一點，反之亦然。
Q: 挖礦挖不完的嗎?
會挖完的，最一開始驗證一筆交易礦工可以拿到 50 塊錢比特幣，每次產生出 21萬塊錢比特幣後，獎勵就會少一半，直到最後小於比特幣可以支付的最小單位 (10的-8次方比特幣)
交易模型
UTXO Model (Unspent Transaction Output)，在比特幣鏈上的餘額並不是直接儲存一個數字的，如果你今天想要拿到某個地址的餘額的話，就需要從第一個區塊開始看，把每一筆還沒有被消費掉的交易(Unspent Transaction)加起來，這個數字才會是你的餘額。 例如說:
A 轉給 C 100 btc .... (tx1)
B 轉給 C 120 btc .... (tx2)
到這裡 C 有 2 筆未使用交易，總共 220 btc
如果 C 要轉給 A 130 塊錢的話，就必須從他的 UTXO 裡面選出來交易
C -> A 130 btc .... (tx3)
C -> C 90 btc .... (tx4) 多餘的錢錢要還給自己呀！
因此最後的結果中，C 消耗了 tx1, tx2
C 剩下一筆 90 塊的未使用交易
粉塵攻擊
在 UTXO 系統中會遇到的身分問題，可以參考這篇寫得很棒 XDD https://iview.sina.com.tw/post/23868182
在區塊上的交易紀錄基本上都是公開透明的，可以共大眾來查找。
公有鏈：完全去中心化，也就是完全公開透明、任何人都可以加入，每個人都可以讀取上面的資料的鏈。 私有鏈：部分去中心化，是完全私有的區塊鏈，寫入權限全被一處中心所把持，而讀取權限則被這處中心限制，但此鏈交易速度比較快並且也保持了不可篡改性，是給私有公司使用的鏈。 聯盟鏈：介於公有鏈和私有鏈之間，和私有鏈最大的不同是，它適用於多個機構共同使用，或者一整個行業、聯盟用的；而私有鏈是一家企業或公司用的
Merkle Tree 不可修改性 如果今天有人想要修改一個區塊的交易紀錄，會需要把後續所有的 Block 都修改才行，
用於快速驗證交易存在某個區塊
BIP (Bitcoin Improvement Proposals)
BIP-32 HD-Wallet
定義 Hierarchical Deterministic wallet，可以由一個 Seed 來產生多組錢包地址(包含公鑰、私鑰) 好處是只需要記得 Seed 就可以動態錢包，不需要記得很長的密碼
BIP-39 助記詞
助記詞(mnemonic)將 Seed 用英文單字來編碼表示，更方便記憶。 做法是 seed + checkSum 然後每 11bits 兌換呈一個對應的字
BIP-44 多帳號的 HD-Wallet
基於 BIP-32 的系統，讓他同時支援多種幣別， 而一組助記詞可以產出 N 組私鑰，每組私鑰對應一種幣種(BTC, ETH…) 表示形式像是:
m / purpose' / coin_type' / account' / change / address_index
每個欄位有不同意義
- purpose' 固定寫 44 表示是依照 BIP-44 規則產生後面的樹跟子節點
- coin_type' 一組 Seed 可以為不同幣別產生多個完全獨立的錢包地址，例如比特幣是 0，以太幣是 60 »> 這邊有列表
- account' 一組 Seed 可以為不同帳號產生多個完全獨立的錢包地址
- change' 固定用 0 表示外部鍊(external chain) 用於對外部收款付款， 1 表示內部鍊(internal chain)，這什麼意思…我看不懂QQ
- index' 剛剛說了麻，一個 Seed 可以產很多地址，index 表示你要第幾個錢包地址
| coin | account | chain | address | path |
|---|---|---|---|---|
| Bitcoin | first | external | first | m / 44’ / 0’ / 0’ / 0 / 0 |
| Bitcoin Testnet | first | external | first | m / 44’ / 1’ / 0’ / 0 / 0 |
可以到這個網站上實際產生一組試試看 https://iancoleman.io/bip39/
錢包地址
比特幣錢包地址可能是 1, 3, bc1 開頭，測試鏈上的地址是 m, n, 2, tb1 開頭
交易
有分幾種交易簽章模式，差別在如何使用 tx out，每個 tx out 上都有不同的 lock script，可以把這個鎖想像成是一個題目，你必須將題目完整解鎖你才有資格，例如說 lock script 是 + 3 = 5，那你 tx in 的 unlock script 就要是 2，組合起來驗證 2 + 3 = 5 這樣才是一個合法的交易簽章
主要分成幾種模式：
P2PKH (Pay to Pubkey Hash)
算是最基礎的模式，使用的 lock script 是
OP_DUP OP_HASH160 <Public Key Hash> OP_EQUAL OP_CHECKSIG
unlock script
<Signature> <Public Key>
P2SH (Pay to Script Hash)
在這之前要先認識一下多簽 (Multi-signature)，他的 lock script 是由多個公鑰組成，你必須完成他指定數量的簽章才能解鎖，
例如說 2-3 多簽，就是你必須要有這 3 個人其中兩個的簽章
2 <Public Key A> <Public Key B> <Public Key C> 3 OP_CHECKMULTISIG
假設你有 B, C 的同意， unlock script 會像是
OP_0 <Signature B> <Signature C>
不過，這樣的方式如果人數一多會讓 lock script 變得非常非常長，這樣儲存 UTXO 會浪費掉很多珍貴的記憶體，因此 P2SH 來解決問題惹，簡單來說就是把題目放到 lock script，而 unlock script 只存題目的 hash，驗證時首先驗證 lock script 裡面的題目 hash 後是否和 unlock script 相同，相同的話就相信你並接收你的驗證
lock script, 裡面的 redeem scriptHash 就是題目的 hash，
redeem script(題目): 2 PKA PKB PKC 3 OP_CHECKMULTISIG
OP_HASH160 <redeem scriptHash> OP_EQUAL
unlock script 比較一下前面的多簽
<SigB> <SigC> 2 PKA PKB PKC 3 OP_CHECKMULTISIG
example:
P2WPKH ( pay to witness public key hash)
SegWit (Segregated Witness) 隔離見證
由於每個區塊最多最多只能夠有 1MB，而每一筆交易的簽章佔用了很大的比例， 因此在 BIP141 提出了見證隔離這個方案，將原本一個區塊的最大值從 1MB 改成 4MB，計算單位從 bytes 改成 weight，並將原本簽章的部份抽出來存放，這表示發一筆交易需要的 byte 更少更便宜，經過計算後一個區塊能夠放更多的交易，因此交易速度提高，而礦工打包區塊也可以拿到更多手續費，
Bech32 encoded segwit addresses start with a human-readable
帳號安全
橢圓曲線用的是這條 secp256k1，他長這樣
secp256k1.P = fromHex("FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEFFFFFC2F")
secp256k1.N = fromHex("FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEBAAEDCE6AF48A03BBFD25E8CD0364141")
secp256k1.B = fromHex("0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007")
secp256k1.Gx = fromHex("79BE667EF9DCBBAC55A06295CE870B07029BFCDB2DCE28D959F2815B16F81798")
secp256k1.Gy = fromHex("483ADA7726A3C4655DA4FBFC0E1108A8FD17B448A68554199C47D08FFB10D4B8")
比特幣錢包地址怎麼來的呢?
- 把公鑰拿出來找到他在曲線上的 (x, y)，再拿去 hash 2 次，
- 再將 hash 結果做兩次 sha256 取得前四個 byte 作為 checkSum
- 最後 base58 encode 就是人類看到的地址囉
hash = ripemd160(sha256(pubkey_bits)) checkSum = sha256(sha256(“00”+hash))[:4] // (0x00 for Main Network) addr = base58(hash + checkSum) 詳細可以參考這篇wiki
以太幣錢包的話有點不同
把公鑰拿出來後用的是 Keccak-256(sha-3) 來 hash，特點是長度是不固定的 最後加上 EIP55 的大小寫檢查碼 (這是可選的) 詳細可以參考這個 https://git.io/ethAddressHash
Ref
什麼是節點 https://academy.binance.com/zt/articles/what-are-nodes https://medium.com/taipei-ethereum-meetup/%E8%99%9B%E6%93%AC%E8%B2%A8%E5%B9%A3%E9%8C%A2%E5%8C%85-%E5%BE%9E-bip32-bip39-bip44-%E5%88%B0-ethereum-hd-%EF%BD%97allet-a40b1c87c1f7 https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0044.mediawiki 比特幣問題們 https://bitcoin.org/zh_TW/faq#wont-the-finite-amount-of-bitcoins-be-a-limitation 關於比特幣地址 https://medium.com/my-blockchain-development-daily-journey/%E9%97%9C%E6%96%BC%E6%AF%94%E7%89%B9%E5%B9%A3%E5%9C%B0%E5%9D%80-%E4%BD%A0%E8%A9%B2%E7%9F%A5%E9%81%93%E7%9A%84%E4%BA%8B-8dd3bbb89ade 隔離見證 https://blockcast.it/2017/04/24/what-is-scalability-issue-and-segregated-witness/ bitcoin tx怎麼包 https://medium.com/taipei-ethereum-meetup/mastering-bitcoin-ch5-transactions-38a387e3819a 比特節點介紹 https://academy.binance.com/zt/articles/what-are-nodes 註記詞與BIP https://www.mdeditor.tw/pl/pCPM/zh-tw