0101基础知识-区块链-web3

1 web3学习路线

参考下面链接1

2 区块链简史

比特币白皮书，全名为《比特币：一种点对点的电子现金系统》（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System），由化名“中本聪”（Satoshi Nakamoto）的个人或团队于2008年10月31日首次发布。

2.1 区块链

比特币协议将用户在某一段时间内所有的交易（数据），存储在区块（数据结构）中。随着时间推移，每个新区块包含前一个区块的哈希，这些区块按照先后顺序连起来，构建成区块链的存储结构:

区块链是一个由区块所组成的链式存储结构，区块中包含交易（用户数据）。所有有类似存储结构的协议统称为区块链。

• 解决问题：现有金融系统资金管理不透明、货币超发等等操作引起的各种问题

2.2 公共账本

公共账本是一种去中心化、公开透明的分布式数据库，记录所有参与者的交易或数据变更，无需依赖中心化机构维护。为了激励大家参与到公共账本的维护中，发放比特币奖励。如下图所示：

2.3 区块链的设计哲学

系统简单，使用简洁的脚本语言减少了复杂性，使得系统更易于理解、维护和审计。

图灵完备：计算机科学中的一个术语，通俗的解释，一个系统如果是图灵完备的，就意味着，只要给它足够的时间和资源，它能够执行任何可以通过编程描述的计算任务。

比特币（协议）是图灵不完备的，为了解决这个问题，以太坊协议发布。

Layer2(二层网络)：二层网络是基于某一个区块链网络，开发一个新的协议，新的协议可以积累大量的交易收集并且一次提交给主网，作用:

• 提示主网的效率
• 增加主网的可扩展性
• 增加更多的功能

2.3.1 去中心化

区块链中的去中心化指将控制权和决策权从中心化的实体（个人、组织或团体）转让给分布式网络。

2.3.2 共识

2.3.2.1 上链

如何保证不同节点数据一致？

上链：将数据或交易通过区块链网络记录到不可篡改的分布式账本中，使其具备公开透明、可追溯且永久存储的特性。

上链操作步骤

1. 创建交易：

   • 通过钱包生成交易请求（如MetaMask发送ETH转账）。
   • 调用智能合约函数（如ERC-20代币转账、NFT铸造）。

2. 签名验证：

   • 使用私钥对交易签名，证明所有权（非对称加密）。

3. 广播至网络：

   • 将签名后的交易广播至区块链节点（如以太坊全节点）。

4. 共识确认：

   • 矿工/验证者打包交易到区块（如比特币PoW需6次确认）。

5. 链上存储：

   • 数据写入区块并同步至全网节点（如IPFS存储文件，哈希上链）。

   

2.3.2.2 共识算法

女巫攻击（Sybil Attack)是指攻击者通过创建多个虚假身份，来操控和破坏网络系统的一种攻击方式。

在区块链和其他分布式系统中，这种攻击可以用来获取不公平的优势，比如控制多数节点来影响共识过程或者干扰网络的正常运行。

比特币网络中，需要解决复杂的数学难题来添加交易。这个过程需要大量的计算资源和时间，确保只有具备足够的计算能力的个才能参与区块链的维护。

提升不诚实节点的作恶成本，增加诚实节点经济激励，让作恶的收益远小于成本。来保证在区块链网络中个体和个体的交互的诚实。

解决难题的过程称为挖矿，用于提供计算资源的机器称为矿机。这种验证方式称为POW工作量证明。

• 难题:矿工们需要解决一个复杂的数学问题，这个问题很难解，但一旦解出来了，其他人很容易验证解是否正确。
• 计算力:解这些问题需要大量的计算资源和电力，这意味着矿工们需要投资昂贵的硬件和支付电费。
• 验证:当一个矿工解出问题并获得一个新块，他会把解和新块广播到整个网络。其他矿工会验证这个解是否正确，如果正确，这个新块就会被添加到区块链中
• 奖励:成功解出问题并添加新块的矿工会得到比特币作为奖励，这是他们投入大量资源的回报。

算法	原理	优点	缺点	代表项目
PoW（工作量证明）	节点通过计算哈希难题竞争记账权，算力决定成功率。	安全性高，抗51%攻击成本高。	能耗巨大，交易速度慢（比特币7 TPS）。	比特币、莱特币
PoS（权益证明）	节点质押代币参与验证，持币量与时间决定记账概率。	节能环保，TPS更高（以太坊PoS约10万 TPS）。	富者愈富（马太效应），可能中心化。	以太坊2.0、Cardano
DPoS（委托权益证明）	持币者投票选出超级节点（如21个），轮流出块。	高效（EOS可达4000 TPS），低延迟。	节点中心化，依赖治理机制。	EOS、TRON
PBFT（实用拜占庭容错）	节点通过多轮投票达成共识，需2/3以上诚实节点。	快速最终确认（秒级），适合联盟链。	节点数量受限（通常<100），扩展性差。	Hyperledger Fabric
PoA（权威证明）	预先选定可信节点（如企业或机构）负责记账。	高吞吐量，低能耗。	完全中心化，牺牲去信任化。	VeChain、POA Network
PoH（历史证明）	通过可验证的时间戳序列化交易，减少节点间同步开销。	极高速度（Solana 5万+ TPS）。	依赖中心化时钟，安全性待验证。	Solana
Avalanche（雪崩协议）	通过随机抽样和重复投票达成概率共识，无区块概念。	高扩展性，低延迟，环保。	新兴算法，实际应用验证不足。	Avalanche

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3 web3面向资产的互联网

3.1 安全性和去中心化的权衡

• 共识算法复杂性： 共识需要多个节点进行验证和沟通，增加共识达成的时间和复杂性。
• 去中心化存储：每个节点都维护整个区块链的副本。每笔交易都需要广播到全网，并由大多数节点验证和存储。

拥有所有权的数据就是一种资产。去中心化系统适用于处理资产数据。

4 智能合约

4.1 以太坊智能合约

1. 去中心化
2. 数据透明
3. 不可篡改
4. 消除交易对手风险

4.2 去中心化应用

去中心化金融(Decentralized Finance: DeFi)指在区块链网络上运行的一系列金融应用和服务。DeFi的目标是，无需中介的情况下，通过去中心化技术提供传统金融服务。

非同质化通证(Non-Fungible Token:NFT)
是一种代表独特资产的数字通证。与比特币和以太坊等同质化通证不同，每个NFT都是独一无二的，不能与其他NFT互换。

去中心化自治组织(Decentralized AutonomousOrganization:DAO
通过智能合约在区块链上运行的组织。DAO的决策和管理过程是去中心化的，由所有持有通证的成员共同参与和投票决定。

5 小结

• 区块链历史
  区块链的起源 :《一种点对点电子现金系统》以太坊:智能合约承载多种编程逻辑
• 区块链设计哲学:
  • 去中心化 &共识
    • 去中心化:在没有中介参与的情况下完成交易
    • 共识算法:
      • PoW 工作量证明
      • PoS 权益证明
• Web3
  • 定义:流转资产和价值的互联网典型
  • 应用:DeFi，NFT，DAO，游戏

结语

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[1]Web3开发-仁科[CP/OL].

[2]比特币[CP/OL].

[3]Web3教程：ERC20，NFT，Hardhat，CCIP跨链[CP/OL].