区块链技术笔记第二弹（BTC）

共识机制 之 最长链选择

为了更好的更快的统一大家的想法，将账本继续下去，急需存在一个所有节点都承认的方式。在BTC当中，或者说绝大部分区块链结构当中，采用最长链选择成为不二之选。

为了每一个行程的区块可以加到最长链下，共识机制里规定了一系列的算法和机制，本文将就核心进行介绍和讲解。

对于共识机制

在笔记2.1当中，我们对工作量证明POW进行了简单实现，充分理解了她的原理和意义。其实工作量证明的意义和他的名字是一致的，他只是为了不断累积难度，让历史纪录不可更改，他是形成共识机制的其中一个部分而已。

而实际上以比特币为代表的POW机制下的区块链共识由所有节点的4个独立过程相互作用而产生：

    1. 每个节点（挖矿节点）依据标准对每个交易进行独立验证

    2. 挖矿节点通过完成工作量证明，将交易记录独立打包进新区块

    3. 每个节点独立的对新区块进行校验并组装进区块链

    4. 每个节点对区块链进行独立选择，在工作量证明机制下选择累计工作量最大的区块链

共识最终目的是保证比特币不停的在工作量最大的区块链上运转，工作量最大的区块链就是权威的公共总帐本。

权威公共账本－－最长链

定义：累计了最多难度的链为最长链。累积难度最大代表工作量最大，这也是说包含最多区块的那个链称为主链，每一个（挖矿）节点总是选择并尝试延长主链

共识异常－－分叉

由于实际情况下，对于网络存在各种各样的意外存在：网络延迟、瘫痪或者各类不诚信节点，从而会造成分叉的情况（一个正确的，若干个叉链）。

当有两个矿工因为各种情况算出了两个不同的解，即在系统内二者都是因果存在的工作量证明条件，二者会第一时间将自己的计算结果广播出去，而遵循网络拓扑的结构，总会是相邻节点先得到结果，而两个块都收到的节点，会把其中有更多工作量的一条会继续作为主链，另一条作为备用链保存（保存是因为备用链将来可能会超过主链难度称为新主链），这样在整个系统上就存在了两条“合法”的链条。至此分叉开始出现，两条链成竞争关系。

！－－从2.1当中我们了解到，其实工作量证明机制的解是可以有多个的，他只需要满足这个解hash结果足够满足难度即可－－！

分叉解决 摘自 https://learnblockchain.cn/2017/12/07/bitcoin-sonsensus/

收到#3458A的（挖矿）节点，会立刻以这个区块为父区块来产生新的候选区块，并尝试寻找这个候选区块的工作量证明解。同样地，接受#3458B区块的节点会以这个区块为链的顶点开始生成新块，延长这个链（下面称为B链）。

这时总会有一方抢先发现工作量证明解并将其传播出去，假设以#3458B为父区块的工作量证明首先解出，如图：

当原本以#3458A为父区块求解的节点在收到#3458B, #3459B之后，会立刻将B链作为主链（因为#3458A为顶点的链已经不是最长链了）继续挖矿。

> 节点也有可能先收到#3459B，再收到#3458B，收到#3459B时，会被认为是“孤块“（因为还找不到#3459B的父块#3458B）保存在孤块池中，一旦收到父块#3458B时，节点就会将孤块从孤块池中取出，并且连接到它的父区块，让它作为区块链的一部分。

比特币将区块间隔设计为10分钟，是在更快速的交易确认和更低的分叉概率间作出的妥协。更短的区块产生间隔会让交易确认更快地完成，也会导致更加频繁地区块链分叉。与之相对地，长的间隔会减少分叉数量，却会导致更长的确认时间。

篡改

比特币系统正常运行的基础在于默认大部分矿工诚实的、并非出自一己之私利的共同维护。

如果遇到矿池危机（假设某个超级大的矿场算力占据了整个系统的90%以上，就代表在数学意义上90%的可能性为该节点去挂载新的区块，这时就形成了中心化，数据不再完全安全）。

当前主要的外部共识攻击有以下两种

1. 双花攻击

什么是双重支付攻击呢？双重支付攻击就是攻击者可以通过分叉的方式将之前已被确认过的区块变成无效区块，把它排挤到“备用”链上。

双重支付攻击可以下两种方式发生：

    在一笔交易被确认之前发起

    或者依靠自己的算力“撤销”那些区块，就像word上的撤销动作。

讲解链接：https://www.jianshu.com/p/59aaa2cb44d9

2.否认服务（DoS攻击）

给单个节点发送大量数据（小额交易），让这个节点无法瘫痪，暂时无法处理交易，或者处理交易异常缓慢。这个时候攻击者就有机可趁。有点类似于一大群人蜂拥到一个商店，堵在门口，那么其他客户就没有办法进去买东西了。

拥有大部分算力的矿工节点，能轻易“忽视”特定交易，如果这些交易放在了一个被验证过的区块里，那么攻击者就故意的分叉出一个区块，然后自己重新再挖一次，通过这个动作把之前的交易删掉。这样的行为能导致针对一个或多个地址持续的DoS攻击。

实际上，一个矿工或者矿工团体如果没有51%算力，比如只有30%的算力，也可以对比特币系统进行攻击。只是在攻击成功的概率上有所不同。拥有51%算力，如果发起攻击，则大概率会成功(almost guaranteed to succeed)。