加密數字貨幣的概念：

加密數字貨幣使用密碼算法的數字貨幣，最主要幾大特性是去中心化、加解密技術、區塊鏈、共識機制，以這些技術為骨幹，通過共識機制創建一個P2P網路。實現了加密貨幣特有的安全、公開、可追溯的收支交易。

網路上交易雙方無法彼此信任，以往需借助公正第三方，如：銀行做為中介以建立交易雙方的信任。區塊鏈技術目的在解決網路上交易雙方無法彼此信任的問題及需求，同時被用來做為比特幣的底層技術。區塊鏈在金融交易過程中，去中心化解決了信任問題，

說到去中心化我的理解是多重中心化，就是將中心分散到每個節點上，使得每個人手上都有份帳本，結算時由系統自動選取相似度高的為準確數據，達成共識。先看一段Blockchian的DEMO影片，認識Blockchian技術的基本概念。

Ethereum（以太坊）是一個有智慧合約功能的公共區段鏈平台。通過加密貨幣以太幣為媒介，提供去中心化應用程序的虛擬機器。以太坊的概念首次在2013至2014年間被程式設計師Vitalik Buterin提出，為「新一代加密貨幣與去中心化應用平台」(Wiki)

Ethereum 以太坊

1148171357_o.jpg
原作者 Vitalik Buterin, Gavin Wood
開發者 Gavin Wood, Jeffrey Wilcke, Vitalik Buterin 等
初始版本 2015年7月30日
程式語言 C++、Go、JavaScript、Python、Java、node.js
作業系統 Linux, Windows, OS X, POSIX（用戶端）
類型 去中心化計算
許可協定 多種開源許可證
網站 https://www.ethereum.org/

Ethereum是構思於2013年，由Vitalik Buterin主導的新的加密貨幣平台。 這個想法是為了解決 Bitcoin 已知的一些問題。例如：冗長的確認時間、採礦池的採礦獎勵集中化所可能發生的Selfish mining(對Bitcoin的一種攻擊，51％攻擊的可能性)、避免Bitcoin未來可能發生的潛在問題，如： the Tragedy of the commons (公地悲劇：是一種涉及個人利益與公共利益對資源分配有所衝突的社會陷阱)。

針對Bitcoin 可能的缺失，Ethereum有7個新的不同的改進設計：

1. Ethereum的區塊時間較短(Ghost protocol達成較短的交易時間為 14 到15秒)，Bitcoin 的區塊時間則為10分鐘。

2. Ethereum 每年集資等量的Ether且無發行上限 有限發行（總量9000萬至1億）。 Bitcoin 的發行(block rewards)每4年減半( halve every 4 years ) 。

3. Ethereum根據交易的計算複雜性，頻寬使用和儲存需求有不同的交易成本計算方式。 比特幣的交易則是採公平競爭。( This is called Gas in Ethereum and is limited per block whilst in Bitcoin, it is limited by the block size.)

4. Ethereum has its own Turing complete internal code. With Bitcoin, there is not this form of flexibility. A Turing-complete code means that given enough computing power and enough time... anything can be calculated. 【註2】

5. Ethereum 是 crowd funded ( With Ethereum 50% of the coins will be owned by miners in year five.)。 Bitcoin 則是透過採礦發行，且 early miners擁有多數所開採出的幣量。

6. Ethereum(Ghost protocol rewarding stale blocks) 抑制集中化的採礦池。從block propagation而言，待在採礦池中集中開採的方式並無優勢。

7. Ethereum uses a memory hard hashing algorithm called Ethash that mitigates against the use of ASICS and encourages decentralised mining by individuals using their GPU’s.

 

以太坊和比特幣之異同

  1.  以區塊鏈為後端資料結構
    1. 區塊鏈是一種加蓋時間戳記的，不可否認的之系統完整歷史記錄的數據庫。
    2. 系統中每個交易處理端(節點)都維護著自己的數據庫的副本，並使用共識演算法(consensus algorithms)維持所有副本保持同步。
  2. 加密token的虛擬貨幣，BTC，ETH
  3. 點對點P2P網路溝通和交易
    • 分散式的系統，以消除單點(集中式的)控制或弱點。
  4. 共識演算法
    • In Bitcoin, all transaction processors (miners) come to consensus about what happened and when with respect to transmission and storage of the Bitcoin value token.
      • 約每 10 分鐘(區塊時間)達成共識。
      • 仰賴微弱多數的(a slim majority of)誠實節點。
    • In Ethereum, all transaction processors (miners) come to consensus about what happened and when with respect to transmission and storage of the Ether value token as well as coming to an agreement about all of the processing that is done in all of the shared programs on the Ethereum World Computer.
      • 約每 15 秒(區塊時間)達成共識。
      • 仰賴微弱多數的誠實節點。

  5. 可以在以太坊實現分散式應用，在比特幣中實現可編程貨幣的虛擬機器。

技術上來看，上述的差異主要源於採用了不同的共識演算法(consensus algorithm)。

共識演算法的目的是要讓公共區塊鍊網路中的用戶，在彼此不相互信任或也無中央權威機構存在的網路中，也能達成區塊鏈狀態的認同。共識演算法一直是存在於P2P網路(彼此互不信任且無中央權為機構)中的議題 【註3】

Bitcoin使用 proof of work (PoW) 建構consensus algorithm，而Ethereum (2017年起switched from Proof of Work)改採proof of stake (PoS) ，Ethereum採用新發展的  Casper  consensus algorithm，希望達到更佳的效率及更少的採礦補貼(參閱文末【註】)。

PoS，PoW 兩者異同之處呢？

它們的共同之處在於：兩者都是在區塊鏈上達成共識的演算法。 之所以需要共識，乃是因為任何人都可以創造區塊；而系統只想要單一獨特的鏈，所因此需要一個方法，來決定要應該信任哪個區塊。

使用Proof of Work，成功挖掘區塊的機率取決於礦工所能完成的工作量（例如：CPU / GPU 花費在檢查哈希的時間)。Proof of Work有一個很好的屬性。你可以使用貝氏定理和熱力學定律證明特定的區塊需要一定量的開採工作。 這樣，用戶可以簡單地選擇具有最高工作量的最長的有效鏈作為正確鏈。但是這也正意味著Proof of Work的效能是非常低效的，也因此是昂貴的。激勵礦工集中開礦(解哈希)的力量 - 顯然不符合一個以最小化信任第三方為目標的網絡所需。

Proof of stake則限制持有貨幣的人只能驗證(開採)自己所擁有的貨幣量比例的區塊。Proof of Stake會比較礦工持有的加密貨幣的數量 - 持有1％的或幣，才可以挖掘1％的區塊。

PoS中，每個驗證者都藥他們有持股的網絡中擁有股份。綁定股份意味著您將一些資金存入網絡，在某種意義上，將其作為某個區塊的抵押品。在PoW你知道一個有效的鍊，是來自背後很多的苦工，而在PoS你則信任最高的抵押品的鏈。

人們被鼓勵持有他們的貨幣，因為它們本質上賺取利息，這避免了 Bitcoin 的 Proof of Work 可能要面對Tragedy of the commons的窘境。

PoW算是 Bitcoin 的美麗與哀愁，Bitcoin 的區塊仰賴PoW同時這也導致貨幣流動的摩擦，如同傳統貨幣的通貨緊縮和通貨膨脹螺旋一樣，取決於利率水準。Proof of stake另一個優點是：更高的能源效率，更節省能源。因為Proof of stake可以降低了複雜的計算和猜測工作的難度。

但，PoS較可能發生出現分歧，所以證明利益需要較少的計算工作，因為鑄造一個新的塊取決於用戶具有的利益。 但是這可能導致諸如區塊鏈分岔的問題，當股票證明時，所有礦工或礦工都有動機造幣和挖掘分支的兩個部分，而不像比特幣和工作證明。

So proof of stake requires less computational work as minting a new block depends on the stake the user has. But this can lead to issues such as blockchain forking as with proof of stake when a fork occurs all minters or miners have an incentive to mint and mine both parts of the branch unlike with Bitcoin and proof of work. 

所以proof of stake需要較少的計算工作，因為鑄造一個新的區塊取決於用戶的持股。 但是這可能導致諸如區塊鏈分岔的問題，當 proof of stake，分支的部分任一部分對礦工都有造幣和挖掘的動機。

  • PoW（Proof of Work），工作證明。根據礦工挖礦貢獻的工作量來進行貨幣的分配，電腦性能越好，分給你的礦就會越多。
  • PoS（Proof of stake）是基於礦工們目前擁有的數字貨幣數量分配，一種根據你持有貨幣的量和時間進行利息分配的制度，在POS模式下，你的「挖礦」收益與你的幣齡成正比，而與電腦的計算性能無關。據Buterin解釋，這一共識算法將尋求虛擬複製比特幣的挖礦過程，而無需浪費電力。(ETH很可能在2017年底正式切換到PoS協議)

【出處】

https://read01.com/E8mPJjR.html

https://kknews.cc/tech/k3ea5z8.html

https://www.cryptocompare.com/coins/guides/why-is-ethereum-different-to-bitcoin/

http://ethereum.stackexchange.com/questions/118/whats-the-difference-between-proof-of-stake-and-proof-of-work

【PoS的idea】Proof of stake instead of proof of work  

【註】Casper的基本思路是：任何人抵押足夠多的以太幣到系統中就可以成為礦工參與到挖礦過程。共識算法要求所有的礦工誠實工作，如果一個礦工有意破壞，不遵守協議，系統就會對礦工做出懲罰：沒收之前抵押的以太幣。有人把Casper這樣的挖礦機制稱為「虛擬挖礦」，Casper則要先抵押以太幣到系統中；Casper中，不守規則的懲罰，除了失去挖礦收益，還要沒收抵押的以太幣！

Casper嘗試提供比工作量證明(PoW)更高的確定性保證。首先Casper對「經濟上完全確定」（total economic finality）有標準定義：當大於等於2/3的驗證人以最大機率投注一個區塊或者說狀態會最終確定的時候。在這個定義下驗證人有非常強的激勵不去合謀推翻這個區塊：一旦驗證人作出了最大機率的投注，在任何一個不包含這個區塊的分叉中驗證人都會失去他們全部的保證金。你可以把Casper想像成一個參與51%的攻擊會導致你的礦機被燒毀的工作量證明變種。

其次，由於成為驗證人需要事先申請，這意味著不可能存在另外的驗證人在悄悄的製造另一條更長的鏈。如果你看到2/3的驗證人將他們的全部本錢壓倒了某個塊上，然後又發現有2/3的驗證人對另一個矛盾的塊做了相同的事，那麼這只能說明這兩組驗證人的交集（即至少1/3的驗證人）將失去他們的全部保證金。這便是所謂的「經濟上的確定性」：我們無法保證「X永遠不會被撤銷」，但我們可以保證的是一個稍弱的說法，「X要麼永遠不被撤銷，要麼有一大群驗證人自願的銷毀他們自己價值數百萬美元的本金」。

最後，即使雙重確定（double-finality）的事件真的發生了，用戶也無需被迫接受有更多投注支持的分叉。相反，用戶可以自行決定追隨哪個分叉，一個完全可行的簡單策略是接受「先來的那個」。Casper中的一次成功攻擊更像是一次硬分叉而不是回退，而持有鏈上資產的用戶社區可以自由的基於常識選擇那條不是攻擊者製造的，而是包含真正應該被確定的交易的分叉。

https://read01.com/PkoB6g.html

 https://azure.microsoft.com/zh-tw/blog/ethereum-blockchain-as-a-service-now-on-azure/

https://kknews.cc/tech/rrlempr.html

【註】Ether的發行

Is the ether supply infinite?
No. According to the terms agreed by all parties on the 2014 presale, issuance of ether is capped at 18 million ether per year (this number equals 25% of the initial supply). This means that while the absolute issuance is fixed, the relative inflation is decreased every year. In theory if this issuance was kept indefinitely then at some point the rate of new tokens created every year would reach the average amount lost yearly (by misuse, accidental key lost, death of holders etc) and there would reach an equilibrium.

But the rate is not expected to be kept: sometime in 2017 Ethereum will be switched from Proof of Work to a new consensus algorithm under development, called  Casper  that is expected to be more efficient and require less mining subsidy. The exact method of issuance and which function it will serve is an area of active research, but what can be guaranteed now is that

(1) the current maximum is considered a ceiling and the new issuance under casper will not exceed it (and is expected to be much less) and

(2) whatever method is ultimately picked to issue, it will be a decentralized smart contract that will not give preferential treatment to any particular group of people and whose purpose is to benefit the overall health and security of the network.

https://www.ethereum.org/ether

【註2】Turing Completehttps://read01.com/mEnEkP.html

A Turing Complete system means a system in which a program can be written that will find an answer (although with no guarantees regarding runtime or memory).

So, if somebody says "my new thing is Turing Complete" that means in principle (although often not in practice) it could be used to solve any computation problem.

【出處】http://stackoverflow.com/questions/7284/what-is-turing-complete

【註3】拜占庭將軍問題，拜占庭問題並無特定的解法，是網路上關於信任機制的議題，要旨在檢證機制的有效性)，直到 Bitcoin的提出，consensus algorithm 才在技術上獲得了初步的解決(Wiki,The first blockchain was then conceptualised by >Satoshi Nakamoto in 2008 and implemented the following year as a core component of the digital currency bitcoin, )，blockchains成為世紀顯學。

-------------------------------------

【比特幣：P2P電子現金體系】
Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
中本聰Satoshi Nakamoto

  • Merkle Root (Tx_Root):
    The Merkle Root is a reduced representation of the set of transactions that is confirmed with this block. The transactions themselves are provided independently forming the body of the block. There must be at least one transaction: The Coinbase. The Coinbase is a special transaction that may create new bitcoins and collects the transactions fees. Other transactions are optional.

中本聰創建的比特幣，解決三個核心問題：

第一，交易確認，利用網際網路P2P協議，驗證交易紀錄和防止貨幣重複支付(Double Spending)。
第二，比特幣的發行。
第三，保護比特幣系統(分散式網路)不受惡意攻擊。

根據比特幣論文，工作量證明(POW)過程包括掃描SHA-256的哈希數由多少個0開頭，每增加一個0，平均工作量都會有指數級的增加，就是二的四次方，增加了多少個零，就是增加多少個二的四次方倍數的工作量。比特幣系統就是靠對於挖礦的哈希值前面加零來控制挖幣的總量，不管全網算力如何增加，都能通過在哈希值前面加零來保證平均每十分鐘每個區塊目前都只能挖出25個幣(前四年是每十分鐘50個幣)，這樣建立礦工，解決了比特幣發行的問題。

根據中本聰的設想，區塊應該每10分鐘創建一個。所以，比特幣的網絡會每隔2016個區塊review一次區塊的平均產出時間，如果小於10分鐘，則適量增加解題的難度；反之，則減低解題的難度。參與區塊創建的礦工會得到比特幣的獎勵，這筆獎勵最初為50BTC，每隔210000個區塊（約四年時間）減半，最終半衰減少到0。

然而，比特幣是怎樣利用密碼學挖礦系統來防止Double Spending？

就是靠這些「挖礦」的計算機算力來同時「記帳」和蓋時間戳(time stamp)，每十分鐘挖出一個區塊，必須記錄這十分鐘全網的比特幣交易和給每一個交易蓋上時間戳，每一筆交易必須通過全網產生區塊的節點(node)六次確認，才能算合法交易，這樣一個龐大的記帳和蓋時間戳系統，保證了重複支付的不可行(因為每個時間戳都要檢驗再次交易之前這些比特幣沒有支付過，才會蓋上「戳」，這樣也保證原比特幣持有者無法再支付給此次交易之外的第三方了)。所以，比特幣系統的「礦工」，構成peer network的節點。實現比特幣的發行，也防止了重複支付的可能。

PS：等到2040年比特幣大部分已經被挖出，礦工們的工作獎勵主要靠收取「交易費」時，角色如同是分散網路上的「記帳員」。

第三，即保護比特幣系統不受惡意攻擊的問題
其實「礦工」對於比特幣世界還有一個重要的功能就是「保護」，按照中本聰最初的比特幣系統協議，必須持有全網51%算力的人，才有可能攻擊比特幣系統，並造成重複支付(也就是造假幣)。據比特幣挖礦資深人士透露，當前(2014年)算力成本每年維持1G hash/s約需要240元人民幣，即現在比特幣全網算力的年成本是9.6億美元，這是保護比特幣系統的基礎力量，也是它現有價值的支撐。

比特幣的交易紀錄

【註】SHA-256
 This algorithm takes as input a 2^64 maximum length message, and outputs a 256 bits hash.

【例】：Hash:00000000000000004cf3aa249551432fa84da4de05e9cfc3e6d95a5ce8bed5f7
SHA-256的十六進位哈希值有64位，每個字元有十六個bits，使得其哈希值就可以有2^64*2^42=2^256種可能。

【延伸閱讀】PoW的隱憂，工作量證明(PoW)機制在維護網絡安全方面的先天不足：

1.技術壟斷和算力集中導致的中心化
如果我必須要信任超級英雄和礦池的自律，我看不出來，這樣的比特幣，比美元有什麼好處。

2.礦工與比特幣持有者的利益錯位
礦工並不一定是比特幣的持有者，當產生「礦工利益」與「比特幣持有者利益」衝突的情況時。比如，雙花(致使持有者利益受損)。將造成以PoW維護加密貨幣的網絡安全造成威脅。
3.巨大的成本消耗帶來的通脹
比特幣目前的通脹大約年化13%。作為鑄幣來說，工作量證明機制下，消耗成本，產生新的貨幣是無可厚非的。但是，比特幣是有上限的，隨著產量減半，算力將會下降一半（價格不變的情況下）。算力下降就會大大降低比特幣的網絡安全性。有兩點我們是不能期望的：
a)不能期望：比特幣價格是永遠無限上升的。
b)不能期望：礦工可以虧錢維護網絡安全。
所以，要麼維持很高的通脹率，要麼大大降低網絡安全。魚與熊掌不可兼得。比特幣的價值和初衷就在於，不基於對任何人和組織的信任。

【出處】https://read01.com/aQ3DJO.html

【出處】https://read01.com/yyELjJ.html 

【出處】https://read01.com/mEnEkP.html 

【出處】比特幣 (Bit Coin) 的運作原理

【延伸】DAO遭駭事件打破區塊鏈不可逆神話

 

 

區塊鏈參考資料

區塊鏈基礎

 

電子書

 

 

白皮書與協定規範

 

 

相關工具

 

 

學習資源

 

 

區塊鏈安全

 

乙太坊

 

安裝部署

 

 

智能合約教程

 

 

智能合約示例

 

 

乙太坊 API 介面文檔

 

 

學習資源

 

 

網站資源

 

Hyperledger Fabric

 

協定規範

 

 

Fabric 部署

 

 

鏈碼開發

 

 

學習資源

 

 

網站資源

 

 

 

 【出處】https://github.com/gymgle/blockchain-reference/blob/master/README.md#%E5%8C%BA%E5%9D%97%E9%93%BE%E5%8F%82%E8%80%83%E8%B5%84%E6%96%99

創作者介紹
創作者 The Dance of Disorder (Fluctuations of Entropy) 的頭像
Jason

The Dance of Disorder (Fluctuations of Entropy)

Jason 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣( 0 )

▲top