作者：Moledao
Moledao和OGBC联合举办的Web3系列课终于在2023年1月16日正式开始啦！第一周为Web3基建之周，内容涵盖了区块链基础，以太坊和Layer2，Layer0，存储。
开始的两节课，Duke导师给我们带来了详尽的“区块链基础”课程讲解，干货满满。两节课的课程录屏已全部上传Moledao的bilibili：
第一周：基建之周|区块链基础录屏
现在，让我们一起来回顾前两节课所讲内容吧！
导师介绍
Duke导师是5年资深Web3开发者，Bybit交易所Defi团队TechLead，Moledao的技术顾问，同时是国内第一批区块链布道者，培训过区块链学员近千人，目前base新加坡，专注海外Defi，DEX，元宇宙等业务方向。
学习收获
区块链入?基础知识:区块链、比特币、以太坊、Hash算法、加密算法、共识机制?
钱包相关知识:私钥、地址、钱包分类、cex与dex、钱包未来趋势?
智能合约知识:合约简介、部署合约、与合约交互
第七周和第八周会做智能合约开发的学习补充，那时Duke导师会详细介绍开发的相关知识
学习路径
以太坊学习比特币学习
以上链接可以帮助我们用go学写一个基础的比特币，通过这样的学习模式，可以深入了解区块链相关的知识，也可以强化自己的go语言能力。
那么接下来就开始正式回顾我们的课程吧！
01区块链概述
1.?区块链
区块链是一个非常泛化的概念，可以把区块链理解为车，比特币和以太坊就是不同的车型。
交易：在区块链世界里面，我们把所有的交互行为(买东?、投票、转账)统称为一个交易(Transaction，简写为Tx)?
区块：在一个特定的时间段内(如10分钟)会产生N笔交易，我们把这些交易打包到一起之后，称之为区块(Block)?
交易会打包到一个数据结构中，这个数据结构称为区块。
区块产生是有固定周期的，比特币为10分钟，而以太坊为几十秒
区块链：在更?的一段时间内(如60分钟)会产生很多区块，我们这些区块(Block)以特定的规则链接到一起之后，就称之为区块链(Blockchain)?
1.1?哈希算法
Hash就是内容的指纹，与内容一一对应!
哈希算法有很多种，在比特币和以太坊里用的最多的算法就是SHA256。大家可以通过以下链接线上尝试哈希算法。
在线演示：
https://emn178.github.io/online-tools/sha256.html
Hash在区块链中的用途主要有四种：
将区块前后连接起来
不同的内容只会有且只有一个哈希值，具有唯一性
前一个区块生成的哈希值会存在后一个区块中，这样后一个区块就能找到前一个区块
所以区块之间就能通过哈希值，产生逻辑上的连接
将私钥和地址连接起来：私钥->公钥->地址
这三者一一关联，单向不可逆
快速效验交易有效性
1.2?哈希算法特性
哈希算法是区块链技术的重要因素。而正是因为有以下特性，哈希算法才得以普及：
唯一性
一个内容通过一种哈希算法仅能生成一个哈希值。
抗碰撞性
同一个哈希值不可能由两个不同的内容生成而来。
不可逆性
不可能通过哈希值逆向推断出生成此哈希值的内容。
1.3?记账方式对比
传统记账方式
一页账单写满之后换另一页继续写
账单按照先后顺序装订在一起
区块链记账方式
固定时间内，不管区块中数据如何，都会生成新区块。和时间有强绑定关系。
记账方式对比
对比项
传统记账
比特币记账
交易记录存储位置
账单
区块
周期
记账写满了翻?(无论时间多久)
10分钟翻?(无论交易多少)
记账人
老会计
比特币客户端节点
奖励
死工资
记账奖励+手续费
记账成本
鸵?蓝黑墨水
非常耗电/设备损耗
账本数量
1
所有节点人手一份
1.4?区块链运行规则
接下来将介绍区块链规则，但是在此之前，我们要先了解区块链中的基础概念，这样大家才能更好地理解区块链的运行流程：
交易签名
持有私钥，发起转账时需要签名，就像银行要输入密码
P2P网络
任何节点都可以持有完整账本，不依赖中心节点
矿工、挖矿、算力
围绕同一件事：交易发到区块链后，由谁来打包；
获取记账权的人才能获得token奖励。
上图中，对于某一个特定的区块，其哈希值已经确定，矿工们需要算出的其实是这个随机数据的值。将这个随机数据与区块的哈希值拼接，再通过SHA256算法算出一个哈希值，并将此哈希值和目标哈希值做对比。目标哈希值会随网络中挖矿人数动态调整，以确保在固定时间段内，区块可以顺利生成。
1.4.1区块链规则
对于一个特定的区块链项目，其区块的产生、链接、同步方式、同步时间等是有特定的规则的，大体上可以用下面这张图来描述。
第一步：由用户自己创建交易(转账等)，私钥签名
交易创建过程其实是发起者用私钥对交易进行签名。
第二步：由矿工校验交易，打包到本地交易池，并广播该交易
比特币网络会捕捉到这些交易，收到交易的节点进行本地校验。
校验成功之后，将再广播一次这笔交易。其他节点收到交易之后也可以校验交易，校验成功后广播。
不同节点打包的交易可能不同，节点可以做出选择。
第三步：下一个记账周期开始时，开始进行挖矿竞争
挖矿过程即根据区块数据和随机数据，尝试计算出目标哈希值。
第四步：矿工A挖矿成功，全网广播
某一时刻某矿工成功算出目标哈希值，然后全网广播。其他矿工停止计算。
第五步：多个矿工对挖矿交易进行确认无误。
第六步：矿工A获得挖矿奖励，全网同步账本。
之后重复整个计算流程。
1.4.2校验交易逻辑
检验成功：A用私钥签名给B转账的这笔数据确实有效。过程包括比特币系统往前找，确认A是不是有这笔钱，用的是不是自己的钱等。校验成功之后才会进行打包。
2.?比特币
比特币诞生于2009年，最初是基于C++实现的，功能非常纯粹：仅用来转账的，基本无法在其上做二次开发，如基于比特币开发一个DAPP(去中心化应用)，是不可能实现的。
这也是为什么后来会出现以太坊这个区块链项目，以太坊的存在弥补了比特币无法二次开发的问题，不过这也是中本聪(比特币的创造者)的本意，咱不搞那些花里胡哨的功能，聚焦金融，安全稳定。
在线演示
演示比特币基础(账本):
演示：
https://andersbrownworth.com/blockchain/hash
Demo的难度值:
0001000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
2.1区块
上图中，数据即区块中储存的数据。区块、随机数、哈希都与区块头相关。
改变数据之后，页面背景变为红色，代表此时的随机数和哈希值是不匹配的。
点击挖矿之后，会计算出一个新的随机数。此时计算出的哈希值也小于难度值。
2.2区块链
上图示意了区块链的连接方式。图中“前指针”即代表了前一个区块的哈希值，记录在后一个区块的区块头中。
前一个区块生成的哈希值是基于前一个区块中的全部数据生成的。所以如果前一个区块中的任意信息被改动，那这个区块的哈希值也会改动。而后一个区块的区块头中记录了原本前一个区块的哈希值。所以前一个区块中的数据产生变动的话，后续所有区块的哈希值都理应产生变动。但因为后续区块并未发生变动，所以这个链条就断掉了，会被系统抛弃。所以这样，区块链就具有不可篡改性。
2.3分布式
所有节点都记录了这笔交易，即交易分布在不同节点的完全一模一样的账本上，一个账本出现问题，这个账本就会被舍弃掉，所以篡改难度进一步加大。
2.4币基交易
所以区块中的第一笔交易是没有from的，只有to。这笔交易叫币基，这个记录的是比特币网络奖励给矿工的比特币。后续的Tx代表Transaction，即记录在区块中的从用户转到用户的转账交易。如果篡改了信息，该链就会断掉，就不再是最长链了。随即此链被比特币网络舍弃。
2.5演示比特币进阶(签名)
演示：
https://andersbrownworth.com/blockchain/public-private-keys/keys
进阶中，区块的每笔交易涉及到用户签名，讲完钱包地址后再演示。
比特币在设计之初的功能即金融转账，没有更复杂的功能。比特币一共2100万枚每四年减产一次(即挖矿的奖励减半)，大约在2140年时会全部挖完，比特币总量计算如下:totalBTC.go
3.?以太坊
在比特币问世前期，只有小范围内的人了解它。大家了解之后发现比特币很纯粹，就是一个金融转账系统。4年之后，一个俄罗斯的小伙子VitalikButerin受到了比特币设计的启示，于2013年首次提出了以太坊(Ethereum)的概念，并将其定位为：世界级计算机，可以在其上运行程序。以太坊是下一代加密货币与去中心化应用平台，并拉开了一个新时代的序幕。
3.2比特币vs以太坊
功能定位不同：BTC为金融转账而设计，Ethereum是一个操作系统，可以运行程序(世界级计算机)。
账户体系不同：BTC和以太坊的账户体系完全不同，比特币是找零机制以太坊是账户体系。
功能定位对比
比特币本身就是有价值的数字?金，专用于金融。
以太坊ETH自身不是为了金融转账，以太坊的主要目的是支持程序调用，程序调用过程中会产生手续费，这笔手续费只可用以太坊支付。由于需要用ETH来支付调用合约的gasfee，所以ETH才有价值。
账户模型对比
UTXO：unspenttransactionoutput，未消费的output，里面是用户持有的btc，相当于零钱。
如上图所示，0.04BTC并不能支付5.2BTC，所以系统会调用12.5BTC的UTXO来支付这个5.2BTC的支出，找零的7.3BTC会记录为另一个UTXO。
4.?公链｜联盟链｜私链
比特币和以太坊是公链。现在市场发展趋势是公链为王，联盟链和私有链没有市场。这里Duke导师为大家准备了私链的演示，大家可以查看文章自行尝试。
运行geth演示，genesis.json
https://www.jianshu.com/p/c66b74d9dc35
5.?共识机制
5.1POW
工作量证明(POW:Proofofwork)是指出示结果表示你做过一件事情，获取结果的过程很曲折，验证却很简单。
计算过程如下图：(在线工具演示)
暴力计算，很不环保
5.2POS
ProofofStake权益证明，2022年9月15日，以太坊由pow转为pos，为后续的以太坊2.0做准备。
POS好处
节能
交易吞吐量增大
POS特点
slot:出块时间固定，每隔12秒为一个slot;
epoch:每32个slot组成一个epoch(6.4分钟/epoch);
用户如果想要参与共识网络，需要先质押32个ETH，然后等待专?的交易将其加入验证者集合;
每个epoch之前，会通过VRF将验证者集合均匀的分配到32个slot中，每个slot中会随机的选出一个区块提议者。在每个slot中，提议者生成区块，分配到该slot的验证者子集对区块进行验证和投票;
在POS模式之下，区块生成不再需要比拼算力，而是按照随机指派而来
POW：概率确定性、POS：最终确定性
POS是以太坊发展的重要一环，是扩容的前置条件，结合L2。扩
容完成后以太坊会更加亲民。
深入理解pos
https://news.marsbit.co/20221008222518399952.html
6.?其他概念
分叉、双花，详细介绍
分叉
节点可能同一时间挖出区块来，因此系统会等下一个区块出现，然后认可最长链。
系统可能也会因为人为攻击进行回滚，这时就可能调用分叉
双花
同一笔钱花两次，条件是算力超过全网51%或者质押超过全网51%的币
基于转账的前一个区块，将这笔钱转给自己。因为算力特别强，所以这笔转给自己的帐就会变成最长链，这样这笔钱就花了两次。
详细介绍
https://zhuanlan.zhihu.com/p/94500557
不可能三?:高性能、去中心化、高安全性
想要安全，就需要去中心化。但是这样就需要大家都有这样的共识，这样吸引力就不强。而且因为大家都想做决策，所以性能就不可能高。
三者中最多只可能同时满足两个。
02?钱包
1.私钥｜地址
使用最多的就是Metamask
地址生成大致逻辑为：随机数->私钥->公钥->公钥哈希等一系列算法->地址
地址可以理解为账号，可以收钱和给钱。
钱包就是用来保管私钥的，也就是保管钱币的
以下链接演示了比特币公私钥生成过程
演示
https://andersbrownworth.com/blockchain/public-private-keys/keys
所有推算过程都是单向不可逆的，所以在私钥不被泄露的情况下安全性很高。
保证安全的核心在于:随机数的空间足够大，否则会被暴力破解，出现过安全事件。
地址生成在线工具
https://www.rfctools.com/ethereum-address-test-tool/
2.分层确定性钱包|助记词
但是如上图所示，私钥很难记，所以就诞生了“一个私钥管理所有私钥“的管理模式。
即通过一个私钥，通过算法派生出所有私钥。也是钱包的发展方向。
现在基本都是使用分层确定性钱包，也称HD钱包，演变历史为:BIP32->BIP39->BIP44。
在线体验分层确定性钱包
https://iancoleman.io/bip39/#chinese_simplified
BIP32：引入钱包分层，即一个私钥派生出N多个私钥。
BIP39：引入助记词，将管理所有私钥的代码改编为一系列单词。更方便记忆，通过按照顺序记住助记词，再通过助记词推算出所有私钥，有效的解决了私钥管理困难的问题。
上图的12个单词，它们就是助记词，一般有12个，它们的:
作用：帮助用户来更加方便的记住自己的私钥，管理财产(一套助记词可以派生很多个钱包地址，小狐狸上可以点创建钱包，会自动生成新地址)。
原理：将随机数通过特定编码转化为词库中的单词。
助记词是随机数与单词的映射，使用助记词就可以恢复随机数，进而计算出私钥，管理资产。
上图是助记词的生成过程：
简单来说就是将生成的随机数切割成12部分，再将这12个部分对应到单词字典里的助记词。
3.钱包分类
按数据类型分类
全节点钱包
钱包里有所有链上数据，在本地就能校验交易有效性。
成本高，私人一般承担不起，也没有必要。但是所有交易所一定有至少一个全节点钱包，这样才能保证资金的安全性。
轻节点钱包
验证有效性时，会向全网发出请求。全节点会帮助轻节点进行验证。
按设备类型分类
电脑钱包和手机钱包，顾名思义，即运行在电脑上和手机上的钱包。
硬件钱包，硬件设别会存储助记词，永远不会暴露。知名硬件钱包：Ledger
按是否联网
热钱包，联网的钱包。联网意味着会有被盗窃或者被钓鱼的风险。
冷钱包，不联网的钱包，比如硬件钱包是冷钱包。
按私钥的归属
中心化钱包。比如交易所，交易所持有了客户的私钥。
去中心化钱包，所有私钥是存储在客户本地的。
客户使用中心化钱包的理由是：快捷，且交易所有信用背书。但是FTX事件之后，人们对中心化交易所的不信任感也急剧升高。
4.?私钥签名逻辑
整个区块链系统依赖于非对称加密算法。非对称加密的含义是，加密和解密不是同一个密钥，区别于对称加密
对称加密：对称加密中的密匙必须要在网上传播，这样密匙就有被盗取的风险。
非对称加密中，私钥是绝对不能暴露的，而公钥是全网公开的。一般有两种使用场景：
场景一：使用公钥加密、私钥解密
场景一图示：
Alice想给Bob专递消息，就会用Bob的公钥对信息进行加密。而这段加密信息只有通过Bob的私钥才能进行解密。黑客即便有加密过的密文和Bob的公钥，但没有Bob的私钥，就无法解密。而Bob的私钥一直保存在本地，从未经互联网传播，所以黑客将永远无法破解密文。
场景二：使用私钥签名、公钥验证(区块链依赖这个)
场景二图示：
Alice将想发送的信息用私钥签名。全网所有拥有Alice公钥的人都能用Alice的公钥进行验证，验证成功即表示这段信息是Alice发送的。在区块链中，这种方式被应用于校验交易和交易发起者的对应关系，以及验证交易发起者是不是在用自己的资产进行交易。
私钥签名完整流程：
第一步：交易发起人将整个交易信息进行哈希运算
第二步：发起人将得到的哈希值，通过私钥算法进行签名
第三步：将交易原文和数字签名一起上传
第四步：验证者将交易原文通过哈希算法算出哈希值
第五步：验证者将电子签名通过发起人的公钥进行解密
第六步：对比交易原文的哈希值和电子签名解密后的哈希值，如果一致则说明该交易和发起人匹配，即校验成功。
5.中心化交易所做了啥
我们可以在中心化交易所中充币和提币。但是具体是怎么实现的呢？
以以太坊为例，下图右侧即为以太坊所有节点，左侧是中心化交易所。交易所为了保证客户需求，也会运行一个全节点，然后和各个网络连接。要进行的三件事是：创建地址、充币、提币。
用户在中心化交易所创建账户后，交易所会替用户创建以太坊地址，但私钥由交易所保管。用户进行充币时，只需向用户的地址中进行转账。交易所会把此交易记录到中心化账本中。之后用户就能在交易所中进行交易。但是接下来交易操作都记录在交易所的数据库中，这样能保证交易快速且无链上交易所产生的手续费。交易所因为持有私钥，所以可以操作账户中的币，交易所会把币转移到交易所操作中。当用户提币时，交易所会将币从交易所账户中转移到客户账户中。所以如果交易所跑路了的话，客户所有币都将丢失。
6.钱包的未来
补充两个概念：
EOA：所有私钥控制的钱包都是EOA钱包，外部账户钱包。
CA：这种钱包由代码控制。
上面我们看到了很多种钱包，大多是助记词方式。但其实有很多不便，比如让用户自己管理钱包其实操作比较麻烦，而且容易泄漏，从而产生安全隐患。除此之外，钱包交易手续费也较高。因此大家普遍认为之后的生态发展中，新模式钱包发展一定是重点发展方向。新模式钱包有三种：
MPC钱包：多方钱包，本质上没有完全解决用户自己管理钱包的问题，是将私钥进行切片，多方保管。进行交易时，多方组合在一起在进行交易。因为私钥分配在不同服务器上，所以更加安全。主流MPC钱包目前有：Bitverse、ZenGo
智能合约钱包：是CA，本质是合约。用户在合约中存钱，所有交易都通过合约中执行。因为合约有逻辑，所以能更加安全地控制资产，可以保证用户有一定权限，大额资金不受制于任何一人。比如一笔基金钱包，要进行投资，则必须很多个EOA进行签名才能进行。目前主流智能合约钱包有：Gnosis
账户抽象(AccountAbstract)：俗称AA钱包。可以把智能合约和EOA抽象到新的层面上，有一整套生态来保证智能合约安全和更多更能的应用。具体可以参考以下文章：
V神提出方案
https://medium.com/infinitism/erc-4337-account-abstraction-without-ethereum-protocol-changes-d75c9d94dc4a
EIP4337
https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4337
代码实现
https://github.com/eth-infinitism/account-abstraction
科普文章
Todd，公众号：AnTCapitalA&TView：我们离普及智能合约钱包还有多远？一文看懂ERC-4337
03?智能合约
每当我们提到开发区块链项目，一般包含两个层面的意思:
链条开发：聚焦在区块链本身，这相当于操作系统层面的项目(如Mac和Windows)
应用开发：聚焦在应用层面，如微信，手机银行等，在区块链领域，我们称之为Dapp(DecentralizedApplication)，即去中心化应用。
接下来我们来看一个简单的智能合约开发，我们后面会有专?的课程讲解solidity入?：
Web3定义
https://en.wikipedia.org/wiki/Web3
1.定义
目前没有标准的定义，但普遍认为:
Web1是只读的，Web2是读+写，Web3是读+写+拥有。
Web3是一个利用区块链技术实现无信任、无许可和去中心化的价值网络。
核心在于理解“拥有”两字，拥有的本质是“所有权”，而所有权的载体主要是通过Token体现，所以Web3的核心不能没有Tokenomics。
登录方式的对比
内容交互的对比
2.Web3的组成架构
上图是区块链生态概貌，目前Web3生态中的赛道还是比较丰富，接下来举几个例子：
最下层是链和跨链桥。跨链桥可以将资产在不同链上转移，用中心化机制保证安全。但是跨链桥也最容易受到攻击，2022年很多暴雷事件都是和跨链桥相关。
生态中还有很多辅助项目。以下举一些例子：
OpenOpenZeppelin提供了标准的智能合约库，可以节省开发时间。
ENS可以通过钱包用户名来保存地址，否则160位的地址很难被记下来。
IPFS&arweave：提供去中心化储存方案，可以降低储存成本。
Gaming，Content/Social，NFT，FinancialService这些都属于应用层。
再往上就是接口，可以让用户通过接口利用到区块链技术。
大家可以根据自己的兴趣选择自己喜欢的赛道。
以下列出了各个层级的知名项目，大家可以自行查阅。
协议层
即底层区块链架构层，包括Layer1的各种区块链，也包括Layer2的各种扩展链，还包括跨链桥。
Layer0~1：Ethereum、BSC、Heco、Avalanche、Near、Solana、Cosmos、Polkadot、Aptos、Sui
Layer2：Optimism、Arbitrum、zkSync、StarkNet
Bridge：Synapse、Hop、AnySwap
基础设施层
由一些可互操作的构建模块组成，是一个比较多样化的一层，以下列出的只是部分模块:
链上金融协议:Uniswap、Curve、Compound、Aave
数据存储:IPFS、Arweave
数据分析:Chainalysis、Covalent、DuneAnalytics
合约安全:Certik、OpenZeppelin
通信协议:XMTP、matrix、swarm
用户身份:ENS
预言机:Chainlink
数据索引服务:Graph
应用层
与用户交互的应用层，有着各种不同类型的应用，如游戏、内容、NFT、金融服务等。
游戏:AxieInfinity、illuvium、Decentraland
内容:Mirror、rally、Context
NFT:OpenSea、Rarible、Mintbase
金融服务:Uniswap、Matcha
注意:这里又出现了Uniswap。可以思考下为什么?
访问层
即访问Web3的入口，包括钱包、浏览器等，还有一些聚合器，甚至一些Web2平台也成为了Web3的入口。
钱包:MetaMask、DipperexToken、Ledger、Terzor、GnosisSafe、MoonbeamSafe
浏览器:Brave
聚合器:DappRadar、DeBank、Zerion
Web2:twitter、reddit、discord
3.Web3各赛道现状与趋势
05?资源链接
DAPP全栈教程
https://dukedaily.github.io/solidity-expert/
Metamask下载链接
https://chrome.google.com/webstore/search/MetaMask?hl=zh-CN
HD钱包拓展
https://www.arcblock.io/blog/zh/post/2018/12/01/hd-wallets-design-and-implementation
在线体验BIP32、BIP39、BIP44
https://iancoleman.io/bip39/#english
助记词库
https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0039/english.txt
演示比特币基础(账本)
https://andersbrownworth.com/blockchain/hash
演示比特币进阶(签名)
https://andersbrownworth.com/blockchain/public-private-keys/keys
查看MoleEdu?Web3系列课全部课程安排
MoleDAO，公众号：MoledaoMoleEdu|Web3.0系列公益课来袭！你准备好了吗？
06?鸣谢
感谢以下组织对本次公益课程的支持！
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其它合作方支持:
07?关于Moledao
MoleDAO是一个区块链开发者社区，供所有区块链爱好者了解区块链的最新动态，并在经验丰富的区块链先驱者和创新者的帮助下成长，为构建Web3生态系统贡献更多创新想法。
我们旨在通过搭建区块链爱好者交流社区、提供区块链项目支持、举办全球黑客松系列活动、帮助项目人才匹配、提供项目赞助和指导，将区块链理念带给每个人并发展区块链生态系统。
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