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NTU MOOC 学习笔记 - 第一讲 区块链和智能合约导论：技术视角

Study Notes
By HackQuest
May 28,20244 min read

日期：2024 年 5 月 28 日 新加坡时间上午 9:30-11 点 / 2024 年 5 月 27 日 美国东部时间晚上 9:30-11 点

课程主题：区块链和智能合约简介

NTU I&E x HackQuest MOOC 是我们与南洋理工大学官方联合出品的公开课程，旨在为对 Web3 感兴趣的小伙伴提供免费且公开的学习机会。MOOC 课程由 Yat Siu (Co-founder, Animoca), Ed Felten (Co-founder, Offchain Labs), Sergey Gorbunov (Co-founder, Axelar), Scott Moore (Co-founder, Gitcoin), Haider Rafique (CMO, OKX), Austin Griffith (Developer Onboarding, Ethereum Foundation), Anna Yuan (Stablecoins Lead, Solana Foundation) 等 Web3 业界和学界专家主讲。所有 MOOC 课程将会被整理提炼成笔记供各位复盘和学习。Happy Learning!

概述

主要主题：理解 区块链 技术、其应用和 智能合约。

目标：

1.了解货币的演变及数字货币的作用。
2.了解区块链技术的工作原理。
3.探索 去中心化应用程序 和智能合约的概念。

第 1 节：区块链简介和比特币革命

1.1 什么是货币？

●货币有三个主要功能：
1.交换媒介：用于买卖商品和服务。
2.计价单位：提供价值的标准衡量。
3.价值储存：随着时间的推移保持其价值。
●法定货币：
●集中 和政府发行（例如美元，欧元）。
●价值来源于政府法规或法律。
💡
缺点：
●集中控制。
●数量无限，可能导致通货膨胀。

1.2 数字货币和双重支付问题

●数字货币以数字形式存在，可以瞬间转移。然而，它面临 双重支付问题，即一个数字代币可以被复制并多次使用。传统银行通过集中 账本 解决这个问题，但这引入了对中央权威的信任需求。
“使用数字货币，由于这些都表示为数字，如果你支付给某人，如何确保你的账户余额被扣除正确的金额？这就是所谓的双重支付问题。”

1.3 比特币简介（2008 年 10 月）

●比特币由 中本聪 提出，作为一个 点对点 的电子现金系统。它旨在解决双重支付问题，无需中央权威。
“比特币真的是对我们多年来使用的货币系统的一场革命。它是一个大事，因为它改变了我们在数字形式下处理价值的方式。”
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💡
比特币的特点：
●数字货币：使用密码学进行调节和验证。
●去中心化：无需中央银行操作。
●存储：比特币存储在数字钱包中。
●交易：永久记录并匿名地记录在公共账本上。

第 2 节：区块链基础

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2.1 哈希函数

●哈希函数将可变长度输入转换为固定大小的数值。
“密码学 哈希函数是单向函数，易于计算但难以逆向。”

2.2 哈希指针

●哈希指针指向数据存储，并包括数据的加密哈希，确保数据完整性，通过验证数据是否未被篡改。

2.3 区块链结构

“区块链是一串 区块，每个区块包含数据和前一个区块的哈希。这个结构使区块链防篡改。任何对区块的更改都会改变其哈希，并破坏链条，表明被篡改。”

2.4 公钥和私钥

●公钥：用于 加密。
●私钥：用于解密。
●数字签名确保只有所有者可以创建签名，但任何人都可以验证其真实性。

2.5 点对点（P2P）网络

●在 P2P 网络中，相同的信息存储在每个服务器或节点上。这允许直接交易，无需中介，提供高抗审查性，并且成本低且安全。

第 3 节：集中系统与去中心化系统

3.1 集中系统

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💡
问题：
●腐败
●管理不善
●单点故障
●缺乏弹性
●示例：集中账本系统需要一个簿记员记录交易。
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3.2 去中心化系统

“在去中心化系统中，没有交易账本的中央副本。相反，有多个分布在网络中的副本，所有人都可以验证内容以确保所有交易正确。”
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💡
优势：
●可信任：信任分布在整个网络中。
●透明：所有交易对所有参与者都是可见的。
●共享和弹性：没有单点故障。
●不可变：一旦记录，数据不能被修改，除非修改后续的所有区块。
●示例：去中心化账本系统，每个个体维护账本的副本。
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第 4 节：挖矿和共识机制

●PoW 是一种共识机制，矿工竞争解决复杂的数学问题。首个解决问题的矿工将下一个区块添加到区块链中。PoW 需要大量资源，需要显著的能量和计算能力。
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4.2 权益证明（PoS）

●PoS 根据矿工在系统中的权益选择矿工。拥有更多权益的矿工有更高的概率添加下一个区块。与 PoW 相比，这种方法减少了环境影响。

4.3 矿池

●矿工组成矿池，结合计算能力，共享奖励。这减少了奖励的变动性，并促进网络升级。
💡
然而，它引入了矿池管理者的集中化风险。

第 5 节：区块链 2.0 和去中心化应用程序（DApps）

5.1 去中心化应用程序（DApps）

●DApps 是运行在区块链上的用户定义的自执行程序。它们管理各个领域的 数字资产 交换。示例包括 以太坊，使用 智能合约 促进和验证交易。
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“智能合约是不可变的，自我执行的程序，当预定义条件满足时自动执行。它们消除了中介的需求，降低了成本，提高了效率。”

5.3 区块链应用

●去中心化金融（DeFi）：
●银行，保险，去中心化交易所。
●几乎有 300 亿美元锁定在 DeFi 系统中。
●使用中的钱包数量为 440 万个。
●能源交易：
●直接点对点交换多余的电力。
●减少交易成本。
●供应链管理：
●提高可见性和可追溯性。
●改善融资和合同流程。

小结

💡
区块链提供了一种去中心化、安全的方式来处理交易和存储数据。比特币引入了一种无需中央权威的双重支付问题解决方案。去中心化应用程序和智能合约提供了管理数字资产和交易的创新方法。

问答环节

问题 1：如果一个区块包含多个交易，其行为是什么？如何计算和验证？

回答：每个区块包含多个存储在 默克尔树 结构中的交易，帮助维护交易的完整性。矿工需要验证每个交易的输入和输出以确保它们的合法性。然后他们计算整个区块的哈希，包括一个随机数，以将其添加到区块链中。

问题 2：人工智能如何融入区块链领域？

回答：目前，由于基础设施依赖于密码学和分布式系统，人工智能在区块链中的直接应用不多。然而，区块链可以作为交易 AI 模型的平台，利用其降低成本和验证能力。

问题 3：智能合约可以更新版本以处理诸如错误或功能更新的问题吗？

回答：是的，有可升级的智能合约框架，使用代理合约链接到实际实现。代理保持稳定，而实现可以根据需要改变。

问题 4：在权益证明系统中，虚拟机矿工会在链上主动验证吗？

回答：在权益证明系统中，矿工不解决数学问题，但仍需验证区块。不正确的区块可能会损害矿工的声誉和未来添加区块的机会。

问题 5：您如何看待市场上不同类型的钱包，如多签名钱包或 NPC 钱包？

回答：钱包 的可用性对用户采用至关重要。这个领域的改进正在进行中，但教授并没有密切关注最新的进展。可用性解决方案可能在未来取得成功。

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