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比特币网络工作原理 The BitCoin Network

application layer: BitCoin BlockChain
network layer: P2P Overlay Network

simple, robust, but not efficient

flooding 洪泛

每个节点维护一个等待上链的集合。如果区块链已经包含某个交易，就可以从集合里删除这个交易。
越大的区块越慢，比特币有1MB大小的限制，带宽是瓶颈。
best effort

如何通过nonce调整挖矿速度

$H(blockheader)<=target$
比特币使用的哈希算法为SHA-256，整个$2^{256}$

difficulty={difficult_1_target}/{target} 挖矿难度与target成反比，系统内算力越来越强，出块速度越来越快。

51% attack：假设有很多个分叉，善意节点的算力会被分散，恶意节点就可以集中攻击一个分叉。

以太坊的出块时间为15秒，因此设计一个新的协议ghost。
orphan block也给予奖励uncle reward

2016个区块调整难度。
2016 *10min / 60min / 24h = 14days
target = target * (actual time / expected time)
expected time = 2 weeks
actual time = time spent mining the last 2016 blocks
每次最大调整范围为4倍：比如2weeks之后 最大8weeks 最小0.5week

• 如何让所有矿工同时调整阈值？写在代码里，自动调整。

挖矿难度 Hash Rate

全节点

• 一直在线
• 完整信息
• 内存维护UTXO集合
• 监听交易 验证每个交易合法性
• 决定哪些交易会被打包到区块
• 监听其他矿工挖出来的区块，验证其合法性
• 挖矿
  • 决定沿着哪条链，默认最长
  • 当出现等长分叉，选择哪个，默认最先

轻节点

• 不是一直在线
• 不用保存整个区块链信息，只保存每个header。 大小相差1000倍
• 不用保存全部交易，只保存自己相关交易
• 无法验证大多数合法性，只能检验与自己相关的合法性
• 无法检测网上发布的区块正确性
• 可以验证挖矿难度只是用header信息
• 只能检测哪个是最长链，步子回到哪个是最长合法链

挖矿

CPU -> GPU -> ASIC(Application Specific Integrated Circuit)
mining puzzle
merge mining:
单个矿工 -> 矿池
miner（ASIC）只负责计算hash，pool manager负责其他全节点工作
矿池为了解决收入不稳定。
on demand computing 按需计算
on demand mining 按需挖矿