# Bitcoin TL;DR
###### tags: `Study` `Blockchain`

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本區討論僅作為本人吸收後的摘要，故只會有大略描述，詳細內容仍得看藍色連結。
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## 查詢關鍵字
`P2PK` `P2SH` `Pruning`

## 相關討論
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## 什麼是 Pay-to-Script-Hash ?
### 太多自己看：
:::info
* https://learnmeabitcoin.com/glossary/p2sh
* https://en.bitcoin.it/wiki/Pay_to_script_hash
:::

## What is Lightning Network ?
:::info
* https://en.wikiversity.org/wiki/Revocable_Sequence_Maturity_Contracts
* https://en.bitcoin.it/wiki/Hash_Time_Locked_Contracts
* https://github.com/moneybutton/yours-channels/blob/master/docs/yours-lightning.md
* [密碼龐克](https://cypherpunks-core.github.io/markdown/resources/resources-ln/)
:::
### Revocable Sequence Maturity Contracts (RSMC)
* 屬於一種 Bitocin 上特殊的 script ，可以允許 sender 在一定時間後退款，或者在收送雙方同意的情況下花費，算是一種合同。
* 下方為 Bob 要轉帳給 Alice 的範例之 `scriptPubkey` :

OP_IF 
    144 OP_CECKSEQUENCEVERIFY
    OP_HASH160 <Bob's public key hash>  OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG 
OP_ELSE 
    2 <Alice's public key><Bob's public key> 2 OP_CHECKMULTISIGVERIFY 
OP_ENDIF

* Bitcoin 中，要確認一筆 UTXO 是否可以花費，需要看其 `scriptSig`+`scriptPubkey` 的計算結果是否為 `True` 。
* Bob 可以再經過 144 個區塊高度後，透過提供 `scriptSig`=`<sig><publicKey><public key>` 來使用這筆 UTXO 。
* 計算如下 :

| Stack | Script |Descript|
| -------- | --------|-------|
| `<sig><publickey><publickey>` | `144 OP_CECKSEQUENCEVERIFY OP_HASH160 <Bob's public key hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG` |檢查是否 超過 144 個區塊了|
| `<sig><publickey><publickey>` | `OP_HASH160 <Bob's public key hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG` | 將 public key 做 hash |
| `<sig><publickey><publickey_hash>` | `<Bob's public key hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG` | 比較兩者的 hash 是否相等 |
| `<sig><publickey>` | `OP_CHECKSIG` | 檢查簽章是否正確 |
|`True`||成功|
* 同樣的， Alice 與 Bob 可以一起提供各自的 signature 來使用此 UTXO 。
### Hash Time Locked Contracts (HTLS)
* Hash Lock :
* 讓不同鏈之間可以達到跨鏈交易。
* 保有 **Atomic swaps** 的特性。
* 需要 **Timeout** 以避免卡住。
* 速度緩慢，交易確認至少需要 6 個區塊。
* HTLS 用於 lightning network 間的 p2p channel :

## Merkle Tree 在 SPV 裡是如何被驗證 ?
:::info
* http://countchu2.blogspot.com/2017/03/bitcoin-block-merkle-tree.html
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* 輕節點只會儲存區塊鏈上的 block header ，並且透過 SPV 來證實「某筆交易的存在性」。
* SPV Proof 的要件有 Merkle Tree hash 、 transaction 與 transaction 在 Merkle Tree 中的 index 。
* SPV Proof 的流程 : (Merkle Tree hash 存在 Block header)
1. 輕節點將 `(transaction, block header)` 交給全節點來請求驗證該交易使否存在。
2. 全節點確認存在後，將 `(transaction, Merkle Path)` 交還給輕節點。
3. Merkle Path 即是輕節點做 SPV Proof 時所需的東西，例如: transaction index 、 subling hash 等。
4. 輕節點由於**不信任且不必信任全節點**，所以還會再用 SPV Proof 來檢查該交易是否存在於該 Merkle Tree 。

## Bitcoin 挖礦成功後如何給予礦工獎勵 ?
:::info
* https://blog.cex.io/bitcoin-dictionary/coinbase-transaction-12088
* https://bitcoin.stackexchange.com/questions/40655/coinbase-transactions-100-block-cooldown-period
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* 每個挖出來的區塊的第一筆交易就是給予礦工的獎勵，稱為 ==Coinbase transaction== 。礦工之後可以使用此交易的 Output 進行花費。
* Coinbase transaction 的 Output 在沒有==被 100 個區塊給驗證==之前是無法花費的，為的是避免 reorganization 的發生。
* 挖礦獎勵會隨著每 210,000 個區塊砍半，目的是為了避免通貨膨脹。

## 什麼是 Bitcoin 的擴容方案 Segregated Witness ?
* https://hackmd.io/@ofAlpaca/segWit

## Bitcoin 只有 Majority 是不夠的
:::info
* https://www.cs.cornell.edu/~ie53/publications/btcProcFC.pdf
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* 本論文提出了一個 **selfish mining** 的策略。
* 由於自私挖礦的礦工所擁有的算力是少數，因此**無法一直讓私鏈維持在最長鏈**。
* 為了將其他誠實礦工的算力給分散，所以惡意礦工會選擇性地發布一些私鏈的區塊讓他們接，令他們**浪費算力在不會成為主鏈的區塊上**。( Bitcoin 的 reorganisation 是兩個 ? )
* 這時惡意礦工就有機可乘，可以將自己過去挖好的區塊公佈出去，**使誠實礦工切換主鏈**。
* 根據論文內容，最後證實只要超過整體 $1/3$ 的惡意礦工就可以攻擊成功，換句話說，需要至少 $2/3$ 的誠實礦工才可以防止。
* 當至少有 $1/4$ 以上的惡意礦工在 selfish-mining 時就可獲利。
* ==誠實礦工只有 Majority 是不夠的==。

## 為何 Bitcoin 要設定平均每 10 分鐘出塊 ?
:::info
* [Bitcoin wiki FAQ](https://en.bitcoin.it/wiki/Help:FAQ?source=post_page---------------------------#Why_do_I_have_to_wait_10_minutes_before_I_can_spend_money_I_received.3F)
* https://blog.ethereum.org/2014/07/11/toward-a-12-second-block-time/
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* 主要目的是為了避免當區塊產生後，其餘礦工仍浪費算力在產出舊的區塊上。
* 令 $t$ 為 Block transmit time (區塊傳到其他所有礦工所需時間) ， $T$ 為 Block interval (區塊產生平均時間)， `Stale rate` 也就是礦工浪費算力的比率是 $t/(T+t)$ 。
* Bitcoin 設定平均 10 分鐘出一區塊，為的就是減少礦工浪費算力，同時也盡量避免造成分支的產生 (fork) 。
* 假設 $t$ 為 1 秒， $T$ 也為 1 秒，那此系統的 `Stale rate` 為 $0.5$ ，換句話說，任何礦工都有 50% 的概率是在做白工的。
* 因為一旦有人算出了第一個合法區塊，那其他人做的都會被忽略掉。
* 倘若把 $T$ 提高至 24 秒，那 `Stale rate` 變為 $1/(24+1)=0.25$ ，任意礦工就只剩下 25% 的機率在做白工。

## 為何 Bitcoin 要以 6 個區塊作為確認 ?
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* https://en.bitcoin.it/wiki/Confirmation
* https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
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* 以統計角度來講， 6 個區塊的確認可以使 double-spending attack 的成功機率降到 0.1% 。
* 詳細看 bitcoin paper 的 section 11 裡的實驗。
* 前提是當惡意攻擊者的算力不足全網的 30% ，如果惡意攻擊者的算力提升了，那確認區塊數也需要增加以維持相同的安全性。
* 6 個區塊的確認以大數來說會需要 60 分鐘， 60 分鐘是接近 99.7% 都可以挖出區塊。

## Bitcoin Reclaim Disk Space
:::info
* https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
> Section 7, Recaliming Disk Space
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* 由於 Bitcoin 是 UTXO-based 區塊鏈，已經被花費 (spend) 後的交易即可被刪除，對系統不再有影響。
* Block header 都只存 root hash ，交易的資料都是放在 block header。所以基本上 data pruning 都是對 block body 來做。
* 如下圖，在刪除 transaction 0~2 之後，只需要留下其相對應的 Merkle tree hash 即可，交易本身可刪去。
* 「實線」為儲存在 block 裡的內容。
* 「虛線」為透過計算所得到的資料。

## Bloom filter on SPV proof
:::info
* http://countchu2.blogspot.com/2017/03/spv-nodebloom-filter.html
* https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0037.mediawiki
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* 一般錢包 (SPV node) 要驗證餘額，通常有三種方式:
1. 下載所有區塊鏈的資料後自己查看。
2. 錢包將記載的 UTXO 全部交給 full node 來查找。
3. 錢包透過 bloom filter 記錄 UTXO 後再交由 full node 查找。
* SPV node ，可能也是 wallet ，會記載目前使用者的 UTXO ，透過這些 UTXO 產生 bloom filter 後將其交給 full node ， full node 會使用此 bloom filter 去篩選區塊鏈上的交易。最後 full node 會在將==通過 bloom filter 且尚未被花費的交易==回傳給 SPV node 。
* bloom filter 會有 false positive 的狀況發生，所以回傳回的 UTXO 不全然是 SPV node 的，故可以保障一定程度 SPV node 的隱私。