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区块链基础知识介绍ppt

PPT 为公司内部的知识分享而做，从软件和架构的角度介绍了区块链的基本结构和运行方式。因为公司是商业密码公司，所以密码学的相关知识没有在 PPT 中介绍

区块链基础知识-陈浩

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比特币多种输出脚本（outputScript，scriptPubKey）介绍

目前可见outputScript(scriptPubKey)格式：（参考https://bitcoin.stackexchange.com/questions/73758/what-are-the-standard-formats-of-transaction-outputs）

p2pk
43 41
data(0x41):04678afdb0fe5548271967f1a67130b7105cd6a828e03909a67962e0ea1f61deb649f6bc3f4cef38c4f35504e51ec112de5c384df7ba0b8d578a4c702b6bf11d5f ac
23 21 data(0x21):0349f6bc3f4cef38c4f35504e51ec112de5c384df7ba0b8d578a4c702b6bf11d5f ac

example:https://www.blockchain.com/btc/tx/7bdd7de22535770be3e14a4e527aed4431ab8adb3115657ca47df6fb1e89d70d

p2pkh

19 76a914 data(0x14):9bc6f9caddaaab28c2bc0a8bf8531f91109bdd58 88ac

p2sh

17 a914 data(0x14):9bc6f9caddaaab28c2bc0a8bf8531f91109bdd58 87

p2wpkh（bech32）

16 00 14 data(0x14):9bc6f9caddaaab28c2bc0a8bf8531f91109bdd58

p2wsh（bech32）
22 00 20 data(0x20):701a8d401c84fb13e6baf169d59684e17abd9fa216c8cc5b9fc63d622ff8c58d

p2ms
example: 2 of 3 multisig

52 // OP_2
410491bba2510912a5bd37da1fb5b1673010e43d2c6d812c514e91bfa9f2eb129e1c183329db55bd868e209aac2fbc02cb33d98fe74bf23f0c235d6126b1d8334f86
2102359c6e3f04cefbf089cf1d6670dc47c3fb4df68e2bad1fa5a369f9ce4b42bbd1
41048d2455d2403e08708fc1f556002f1b6cd83f992d085097f9974ab08a28838f07896fbab08f39495e15fa6fad6edbfb1e754e35fa1c7844c41f322a1863d46213
0395a9d84d47d524548f79f435758c01faec5da2b7e551d3b8c995b7e06326ae4a
53 // OP_3
ae // OP_CHECKMULTISIG

op_return

OP_RETURN (1 byte) PUSH (1 byte) <0 to 83 bytes of data>

others:
anyscript

说明

  1. 比特币理论上支持任意格式的script；

  2. 最主流的两种支付script为p2pkh，p2sh；隔离见证专用script为p2wpkh，p2wsh，使用新的叫bech32的编码，bech32已有官方实现：BIP173

  3. 隔离见证使用的script为p2wpkh和p2wsh两种，对应经典script的p2pkh和p2sh，但是使用隔离见证script这要求双方的钱包都支持隔离见证，所以在区块上见的不多。参考：
    https://testnet.blockchain.info/tx/f299afe17901f5a8d87f306c13f42c6fbf3d5b5de090973cf0fd34d403ccd2b8（p2wpkh转p2sh，详见4）
    https://www.blockchain.com/btc/tx/a60499338cdedebfd8cb7c379129cad1be5185d92d0db34717e66c1980a139b8（native p2wpkh）

  4. 接收方（使用utxo的一方）必须支持隔离见证，否则无法发送隔离见证交易；发送方可以不支持隔离见证，若不支持，接收方需要提供p2wpkh或p2wsh对应的p2sh脚本。这样虽然报文会稍微大一点，但是可以让不支持隔离见证的钱包发送支持隔离见证的utxo，这也是包括ledger在内主流的做法（接收地址为3开头的p2sh地址，实际使用时使用隔离见证交易）。详见BIP141，BIP132

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比特币隔离见证交易格式解析（Segregated witness）

如果你还不了解经典交易构成，请看：https://blog.csdn.net/q4878802/article/details/49638457

隔离见证交易相关规范：

BIP141

BIP143

BIP144

BIP173

隔离见证 Segregated witness 交易解析

交易：https://testnet.blockchain.info/tx/f299afe17901f5a8d87f306c13f42c6fbf3d5b5de090973cf0fd34d403ccd2b8

交易报文：

01000000
00 // marker，固定值，旧交易不能txin count为0，此作为隔离见证交易格式的判断位
01 // flag，固定值，this will allow us to easily add more extra non-committed data to transactions (like txouts being spent, …). It can be interpreted as a bitvector.

// intput count
03

6f7f967a3e8c20964758efdc78e267a254b181fc3f4eab9112d885dd10e8a486 // prev tx
01000000 // prev tx index
17 16 001406c3d51e041b64e87a577ffd1a4ff5357cefd015 // scriptSig, P2WPKH nested in BIP16 P2SH <0 <20-byte-key-hash>>
// 当该utxo的前置输出是P2SH的时候就需要这样写，20字节长为对应私钥的地址，也就是witness里的公钥的hash160
ffffff00 // sequence，非ffffffff表示locktime无效

e0080049a6c62fee278ed7e11901f21b7dd9b356eedce0ce4f59c230c1e365ba
00000000
1716001406c3d51e041b64e87a577ffd1a4ff5357cefd015ffffff00

6ce4d6d1c2ee3c259989f50991f4f71c4ca96b6e986b470b9a84fd7e97c5f17d
00000000
1716001406c3d51e041b64e87a577ffd1a4ff5357cefd015ffffff00

// output count
02
00e1f50500000000 // value
17 a914 e5394e8a18db94b5e28b74f094718cab23ef9feb 87 // P2SH
a06e990700000000
17 a914 1ca5105565408eed39cdf021346313447bd99628 87

// witness P2WPKH 02 48 3045022100b6a271084b68c8b203bf708c6e725020d1e2997be2a88aef345303f62c3ce393022058ca1f83180467a3d0263a0183d28758ab797e6924c843cd797daeade984ed23 01 // sign script
21 0217cf57c2b592c9b00931370fd069b910b0b39c9f89f716d09ef614b1a3854b1c // publicKey

02 47 304402202dc1263af4dc28e2643fb5a1ceac2cd5b2d98bad3ae1d223adf809412db45ff602206c712c80be48cf60c8ce52b3757608fb66c6829f7ebcff807583380a1aff6ebd 01
21 0217cf57c2b592c9b00931370fd069b910b0b39c9f89f716d09ef614b1a3854b1c

02 47 30440220730c98896f0a4edd6ddcf5d5f1e5c04831cb1e7e6ad11e66623bc184e7242ffd02201d18e034c6764892d6dcd310488d6e9364e6abf2f7d51d31bc72ed3ac7b304ca 01
21 0217cf57c2b592c9b00931370fd069b910b0b39c9f89f716d09ef614b1a3854b1c

00000000

01000000
00
01
// input
01
b839a180196ce61747b30d2dd98551bed1ca2991377ccbd8bfdede8c339904a6
01000000
00
ffffffff

02
7dba920000000000
17 a914 9bc6f9caddaaab28c2bc0a8bf8531f91109bdd58 87 // P2SH
e31c030000000000
22 0020 701a8d401c84fb13e6baf169d59684e17abd9fa216c8cc5b9fc63d622ff8c58d // P2WSH

// witness P2WSH, 0 <1 2 CHECKMULTISIG>
04 // var_int 00, sig1, sig2,
00 // it’s a bitcoin’s bug and remain to now
47 304402204280e3c1c1edca50fb3c8843c410943937ad72f7e167e1f3fa99ff909a1b7a0502201e15e94ff9ce09cdb4cd0ab5d8bba52c408b900b8e4044a740a41eb3e8d34cff 01
48 3045022100a9b09d4f387e90b2ed2e38ea4bdecd901f611b68032566d08600868ce2b3b6a3022058c4ab2770dcea1adc301ff3f84d26e4d3e7dff3fdee1123c378c7e8d209e744 01

69 // var_int, data_length 1 + 66 + 2 = 69
52 // OP_2
210375e00eb72e29da82b89367947f29ef34afb75e8654f6ea368e0acdfd92976b7c
2103a1b26313f430c4b15bb1fdce663207659d8cac749a0e53d70eff01874496feff
2103c96d495bfdd5ba4145e3e046fee45e84a8a48ad05bd8dbb395c011a32cf9f880
53 // OP_3
ae // OP_CHECKMULTISIG

00000000

0100000000
01
01
36641869ca081e70f394c6948e8af409e18b619df2ed74aa106c1ca29787b96e
01000000
23220020a16b5755f7f6f96dbd65f5f0d6ab9418b89af4b1f14a1bb8a09062c35f0dcb54
ffffffff
02
00e9a43500000000
1976a914389ffce9cd9ae88dcc0631e88a821ffdbe9bfe2688ac
c0832f0500000000
1976a9147480a33f950689af511e6e84c138dbbd3c3ee41588ac

08
00
47304402206ac44d672dac41f9b00e28f4df20c52eeb087207e8d758d76d92c6fab3b73e2b0220367750dbbe19290069cba53d096f44530e4f98acaa594810388cf7409a1870ce01
473044022068c7946a43232757cbdf9176f009a928e1cd9a1a8c212f15c1e11ac9f2925d9002205b75f937ff2f9f3c1246e547e54f62e027f64eefa2695578cc6432cdabce271502
473044022059ebf56d98010a932cf8ecfec54c48e6139ed6adb0728c09cbe1e4fa0915302e022007cd986c8fa870ff5d2b3a89139c9fe7e499259875357e20fcbb15571c76795403
483045022100fbefd94bd0a488d50b79102b5dad4ab6ced30c4069f1eaa69a4b5a763414067e02203156c6a5c9cf88f91265f5a942e96213afae16d83321c8b31bb342142a14d16381
483045022100a5263ea0553ba89221984bd7f0b13613db16e7a70c549a86de0cc0444141a407022005c360ef0ae5a5d4f9f2f87a56c1546cc8268cab08c73501d6b3be2e1e1a8a0882
4730440220525406a1482936d5a21888260dc165497a90a15669636d8edca6b9fe490d309c022032af0c646a34a44d1f4576bf6a4a74b67940f8faa84c7df9abe12a01a11e2b47

83 // OP_INVERT
cf // data_length 1 + cc + 3 = cf
56 // OP_6
210307b8ae49ac90a048e9b53357a2354b3334e9c8bee813ecb98e99a7e07e8c3ba3
2103b28f0c28bfab54554ae8c658ac5c3e0ce6e79ad336331f78c428dd43eea8449b
21034b8113d703413d57761b8b9781957b8c0ac1dfe69f492580ca4195f50376ba4a
21033400f6afecb833092a9a21cfdf1ed1376e58c5d1f47de74683123987e967a8f4
2103a6d48b1131e94ba04d9737d61acdaa1322008af9602b3b14862c07a1789aac16
2102d8b661b0b3302ee2f162b09e07a55ad5dfbe673a9f01d9f0c19617681024306b
56 // OP_6
ae // OP_CHECKMULTISIG
00000000

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实现比特币BTC交易重发（Opt-In Replace-by-Fee，Opt-In RBF）

当你的交易因为交易费用过低而迟迟不能被节点确认，而又没有被节点抛弃的时候，你可能需要交易重发这个功能。而交易重发实际上就是，将保存在节点交易内存池中的你的交易（因为还没被确认）替换成新的交易。

BTC交易重发的三种方法：

  1. Opt-In Replace-by-Fee，简称 Opt-In RBF 或 RBF。将更高手续费用的交易提交到节点，也是本文着重介绍的方法。具体规范：BIP125

  2. CPFP，Child Pays for Parent。使用未确认交易的输出，并给予较高手续费。此时节点如果要打包这个子交易，则必须将其低手续费的父交易也一并打包。具体策略应该是一系列交易的平均手续费（未确认）

  3. double pay，制造双花。连接上没有收录你的交易的节点，使用原来交易的输入构建新的交易，并广播出去。由于两笔交易是冲突的，所以节点只会收录其中一笔交易。最后然后祈祷该交易被收录。

各方案比较

Opt-In Replace-by-Fee 比 CPFP 费用消费低，CPFP 需要多消耗一笔交易费用的钱；

CPFP 不需要节点支持 BIP125 也可以使用，Opt-In Replace-by-Fee 需要足够多的节点支持，交易才容易被成功收录（BIP 125 已发布2年多，其实不用担心此问题）；

double pay 又麻烦成功率又低，不到万不得已不使用。

Opt-In Replace-by-Fee 实现指南（参考 BIP125）

交易需声明为可替换交易，声明方式分两种

  1. 显式声明：至少一个input的nSequence小于0xffffffff-1（不是小于等于）

  2. 继承声明：没有显式声明可替换的交易，但如果他们的前置交易可替换且没有被确认，那该交易也是可替换的

实现细节：（Bitcoin Core 0.12.0）

  1. 交易需要声明为可替换交易

  2. 可替换交易没有包含新的，未曾出现过在内存池中的，未确认inputs（未确认input的意思是其前置output所在的交易未确认）

  3. 新替换交易的交易费用比待替换交易费用高

  4. 新替换交易费用必须比节点的min relay fee高

  5. 待替换交易的子交易（即使用了该交易的任意outputs，该交易替换后它们将被从内存池中移出）数量不可超过100条

测试站点

使用 https://www.blockchain.com/btc/pushtx 测试通过。

测试点：

  1. 降低手续费，不提高手续费（应失败）

  2. 提高一点点手续费（应成功）

  3. 提高手续费到比找零utxo还大的值（此时会引入新utxo）（应成功）

ETH交易重发

相比 BTC，ETH 的交易重发就简单多了。只需要发布同一个 nonce 的交易，旧交易就会被替换掉。当然手续费要比以前高，矿工可不干无用功。

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