Web3.0的底層-區(qū)塊鏈技術(shù)

Web3.0時(shí)代貨幣的特征

• 存在一套機(jī)制進(jìn)行‘信用“背書，讓人門對(duì)這種貨幣交易層面達(dá)成共識(shí)

• 滿足數(shù)字交易的需求

• 去中心化，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)該屬于所有創(chuàng)造它的人

• 安全，可以被驗(yàn)證，交易體系需要持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，任何人都不能隨意改變自己手上的貨幣量

電子簽名與分布式賬本

• 電子簽名

• 目的：保障交易記錄是準(zhǔn)確的（電子賬本是公共的，任何人都可以在上邊增加記錄，要防止賬本上出現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)而偽造的交易記錄，所以每一筆交易都需要這個(gè)人不可偽造的電子簽名以確認(rèn)本人授權(quán)了這筆交易）

• 公鑰和私鑰

• 背景知識(shí)：每個(gè)人的賬戶都存在一對(duì)字符串，一個(gè)叫做公鑰，一個(gè)叫做私鑰

• 公鑰：公鑰是公開的賬戶地址，所有人都可查看（可以理解為賬號(hào)）

• 私鑰：相當(dāng)于賬戶密碼，只有自己知道（可以理解為密碼）

• 如何實(shí)現(xiàn)不可偽造的電子簽名（這里電子簽名的實(shí)質(zhì)是經(jīng)過你本人驗(yàn)證認(rèn)可的授權(quán)信息）

• 需求：

• 確保兩點(diǎn)：電子簽名是用戶自己簽發(fā)的

• 對(duì)應(yīng)的交易記錄，鏈上所有的用戶可查可驗(yàn)證

• 實(shí)現(xiàn)方式：

• 簽名函數(shù)（只有用戶自己可以簽名，確保交易的唯一性，理論上不可逆，確保不可偽造性）：

• 簽名函數(shù)（交易記錄，私鑰）-> 針對(duì)該交易的電子簽名

• 驗(yàn)證函數(shù)（系統(tǒng)中的用戶都可以驗(yàn)證）：

• 驗(yàn)證函數(shù)（交易記錄，簽名，公鑰）-> True / False

• 電子賬本

• 核心問題（交易有效性的判斷）：驗(yàn)證用戶錢包是否有足夠的錢做交易（實(shí)現(xiàn)信用背書）

• 賬本上記錄的是每次交易的流水，需讀取賬本上的所有歷史記錄，才能計(jì)算出用戶賬戶上還剩多少錢

• 歷史交易信息的總和就是貨幣

• 分布式賬本（電子賬本的升級(jí)）

• 為什么產(chǎn)生：web3.0時(shí)代用戶創(chuàng)造，用戶擁有，用戶控制，是去中心化的，所以需要把賬本做成分布式的，存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)用戶那里

• 核心：保證每個(gè)人手中的賬本都是一樣的（加密貨幣系統(tǒng)自己完成的）

共識(shí)機(jī)制與區(qū)塊鏈

• 共識(shí)機(jī)制

• 出現(xiàn)原因：設(shè)計(jì)分布式賬本的時(shí)候，可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原因?qū)е虏糠钟脩舻臄?shù)據(jù)丟失（廣播時(shí)沒收到消息），和完整數(shù)據(jù)不一致，該用戶就無法達(dá)成交易共識(shí)

• 解決效果：保證每個(gè)人以相同順序接收了相同的消息記錄（共識(shí)機(jī)制）

• 共識(shí)機(jī)制分類

• 工作量證明

• 權(quán)益證明（Proof of Stake）-POS

• 委托權(quán)益證明（Delegated Proof of Stake）-DPOS

• 實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法（Practical Byzabtine Fault Torlerance）-PBFT

• 參與度證明（Proof of Participation）-POP

• 工作量證明（選擇算力最強(qiáng)的那臺(tái)機(jī)器的賬本，信任的前提是付出對(duì)應(yīng)的工作量）

• 核心：需要得到大家認(rèn)可的共識(shí)，對(duì)應(yīng)用戶需要付出足夠的工作量（計(jì)算所消耗的算力與時(shí)間資源就是大家信任的基礎(chǔ)）

• 具體工具：哈希函數(shù)

• 檢驗(yàn)過程：所有人都可以給想要證明自己工作量的那個(gè)人出一道題，給一個(gè)字符串，讓答題者枚舉去找一個(gè)輸入值，出題人檢驗(yàn)結(jié)果時(shí)只需要把答案輸入哈希函數(shù)里，看前20位是不是和出的題一樣，一致即可證明答題者大約付出了這個(gè)量級(jí)的工作量（一個(gè)問題，浪費(fèi)算力資源，另一個(gè)問題，如果所有人都懈怠呢，成死鎖了）

• 區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)與挖礦

• 流程

• 包含一定交易記錄的站本會(huì)被打包成一整個(gè)區(qū)塊

• 區(qū)塊包含

• 一定量的交易信息

• 一道工作量證明的題目

• 一條額外的交易信息（打包完成后才有，獎(jiǎng)勵(lì)主動(dòng)建立區(qū)塊的人）

• 區(qū)塊認(rèn)可機(jī)制

• 解答了題目

• 獲得了工作量證明

• 防篡改機(jī)制（保證區(qū)塊是按既定順序串聯(lián)，不可改變或變更順序）

• 修改任意區(qū)塊的內(nèi)容和順序時(shí)，下個(gè)區(qū)塊的頭部信息悔改百年，進(jìn)而影響后邊所有的區(qū)塊（設(shè)計(jì)時(shí)前一塊的哈希值存在于后一塊的頭部中）

• 如果要保證一致，就要去重新計(jì)算后邊每個(gè)區(qū)塊所包含的工作量證明

• 社區(qū)規(guī)則

• 任何人都可以參與區(qū)塊工作量證明的競(jìng)爭(zhēng)（先算出來的先打包）

• 證明了一個(gè)區(qū)塊后，廣播給所有人，并添加到現(xiàn)在公共的區(qū)塊鏈上（在哪里存儲(chǔ)，已被證明的主鏈？），同時(shí)發(fā)送了兩個(gè)不一樣的區(qū)塊，選擇付出最多工作量的那個(gè)

• 在打包的區(qū)塊中額外增加一條額外的信息（獎(jiǎng)勵(lì)主動(dòng)建立區(qū)塊的人，同時(shí)也達(dá)到了發(fā)幣的過程，同時(shí)會(huì)激勵(lì)社區(qū)的人）

• 信任能組成最長(zhǎng)的區(qū)塊鏈的區(qū)塊，所有人就能達(dá)成一個(gè)去中心化的共識(shí)

• 比特幣

• 概念：最初發(fā)行2100萬枚，每過四年減少一半獎(jiǎng)勵(lì)，被挖空了，獎(jiǎng)勵(lì)交易的手續(xù)費(fèi)

• 特點(diǎn)

• 去中心化

• 透明性

• 不可篡改性

• 去中心化

• 用戶擁有數(shù)據(jù)，不再存在于某個(gè)中心化的機(jī)構(gòu)，用戶正真掌握了數(shù)據(jù)的所有權(quán)

• 透明性

• 所有用戶知道自己得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪里，知道它們是怎么發(fā)生變化的

• 不可篡改性

• 任何寫入的數(shù)據(jù)在密碼學(xué)體系的保證下難以被篡改，保證數(shù)據(jù)可靠，真實(shí)，安全

以太坊和智能合約

• 基于比特幣區(qū)塊鏈的體系缺點(diǎn)

• 圖靈完備性缺失（不能實(shí)現(xiàn)所有的計(jì)算操作）

• 價(jià)值盲點(diǎn)（不能為用戶取款提供精細(xì)的控制）

• 狀態(tài)缺失（僅有已花費(fèi)和未花費(fèi)狀態(tài)，只能創(chuàng)建簡(jiǎn)單的一次性合約）

• 區(qū)塊鏈盲點(diǎn)（看不到當(dāng)前鏈塊中的數(shù)據(jù)）

• 以太坊（解決上述問題，進(jìn)一步發(fā)展）

• 包含部分

• 去中心化程序（DApp，一旦創(chuàng)造，沒人可以干預(yù)程序運(yùn)行）

• 編程語言Solidity

• 以太虛擬機(jī)

• 去中心化的網(wǎng)絡(luò)里，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在使用以太坊客戶端時(shí)，**都會(huì)同步安裝一個(gè)以太坊虛擬機(jī)，被寫入以太坊區(qū)塊鏈的程序可以通過交易觸發(fā)在以太坊虛擬機(jī)上運(yùn)行。**這種方式相當(dāng)于把程序部署在了以太坊全球用戶的電腦上，從而實(shí)現(xiàn)了去中心化程序的部署和調(diào)用

• 以太幣（沒有發(fā)售總額，提交手續(xù)費(fèi)用）

• 以太坊的運(yùn)行生態(tài)

• 以太幣與Gas

• 任何一個(gè)在以太坊上部署DApp的人，都需要為以太坊網(wǎng)絡(luò)提供算力和存儲(chǔ)空間的節(jié)點(diǎn)支付以太幣

• Gas作用

• 會(huì)根據(jù)程序的帶寬大小，空間占用，計(jì)算難度等因素綜合計(jì)算需要支付的費(fèi)用

• 將以太幣本身的價(jià)值和執(zhí)行交易的成本相分離（以太幣價(jià)格發(fā)生波動(dòng)時(shí)，并不需要更新所有客戶端上與計(jì)算價(jià)格相關(guān)的代碼）

• 代幣與公開發(fā)行

• 提案機(jī)制（ERC-20）

• 功能：可以讓人們參與以太坊網(wǎng)絡(luò)更新與修改的過程

• 實(shí)現(xiàn)：用戶通過Token（代幣準(zhǔn)則，區(qū)別于我們現(xiàn)在的token概念），將用于價(jià)值存儲(chǔ)的原生代幣和用于決定社區(qū)發(fā)展方向且具有投票權(quán)治理代幣相分離

• 案例

• 泰達(dá)幣（USDT）

• 始終保持和美元1:1的比例（每發(fā)一枚幣，就存1美元的保證金），這樣可以防止匯率出現(xiàn)巨大波動(dòng)（成為加密貨幣交易的常用價(jià)值尺度）

• REP

• 用戶可以在Augar平臺(tái)上創(chuàng)建對(duì)一事件的預(yù)測(cè)，一旦正確就可以獲得REP代幣的獎(jiǎng)勵(lì)（以眾包的形式搜集全球的觀點(diǎn)和信息）

• 智能合約

• WEB2.0時(shí)代

• 以中心化機(jī)構(gòu)作媒介，以其信用作背書，運(yùn)行前期約定的合約

• WEB3.0時(shí)代

• 去除中心化結(jié)構(gòu)，以加密技術(shù)作信用背書

• 規(guī)則

• 任何人都可以開發(fā)智能合約，開發(fā)后智能合約的代碼會(huì)存儲(chǔ)在以太坊的賬戶中（合約賬戶），只有外部賬戶向合約賬戶發(fā)起交易后，智能合約代碼才能被執(zhí)行（發(fā)起交易需要向合約轉(zhuǎn)入一定數(shù)量的以太幣），一旦合約被執(zhí)行，將不能被修改（合約即法律）

以太坊2.0與Layer2

• 出現(xiàn)背景：帶寬有限，應(yīng)用增多的情況下，需要擴(kuò)容

• 解決方案

• 以太坊2.0

• 修改工作量證明機(jī)制為權(quán)益證明機(jī)制（Pos），更加環(huán)保高效

• 引入分片鏈（將主鏈拆分為多個(gè)擁有單獨(dú)共識(shí)機(jī)制和驗(yàn)證者的分片，為了安全引入一條并行的獨(dú)立區(qū)塊鏈【信標(biāo)鏈】，信標(biāo)鏈把驗(yàn)證者隨機(jī)分配給各個(gè)分片【類似于分布式的中轉(zhuǎn)系統(tǒng)】，這樣增加了以太坊交易吞吐量）

• 升級(jí)2.0的三個(gè)階段

• 2020年底啟動(dòng)，推出信標(biāo)鏈（為驗(yàn)證者注冊(cè)并協(xié)調(diào)每個(gè)人抵押的以太幣）

• 2022年開始，信標(biāo)鏈和以太坊合并完成后，開始開發(fā)分片鏈（預(yù)計(jì)64片），這個(gè)階段僅支持驗(yàn)證，不支持賬戶，智能合約等，然后，過渡到POS（挖礦會(huì)停止）

• 這個(gè)階段，系統(tǒng)功能全面融合，支持賬戶，智能合約，開發(fā)工具的創(chuàng)建和新的生態(tài)應(yīng)用

• Layer2

• 出現(xiàn)背景：以太坊2.0開發(fā)速度緩慢，Layer2方案可在短期內(nèi)解決以太坊的擁堵問題

• 含義：開發(fā)以太坊的第二層網(wǎng)絡(luò)，包括合約層和應(yīng)用層。向鏈下擴(kuò)容，通過鏈下計(jì)算或存儲(chǔ)減少主鏈的數(shù)據(jù)處理，從而擴(kuò)展主鏈的性能

下一代區(qū)塊鏈

• 藍(lán)圖：除貨幣和金融外，在其它領(lǐng)域上做區(qū)塊鏈

• 文化活動(dòng)：通過區(qū)塊鏈的形式保障了真?zhèn)舞b定和知識(shí)產(chǎn)權(quán)

• 社會(huì)活動(dòng)：逐漸促成了DAO社區(qū)（Discord）