起因

希望完成一些合约（操作内容大于等于交易），但不借助第三方的力量。

Bitcoin

见上文

如P2PKSH

Bitcoin都是直接使用Opcode来保证速度，他是图灵不完整的。不如直接有一个语言可以来编程。

Namecoin

Bitcoin的第一个分支，增加了三个Opcodes

NAME_NEW: Hash(random_nonce, ‘your_domain_name’)
记录你的域名，绑定你的域名和你的私钥
- 加nonce是就是加salt
- 加Hash是为了防止有人可以直接知道你的domain name进而顶替你update
NAME_FIRST_UPDATE: random_nonce, ‘your_domain_name’, {‘ip’: ‘234.22.34.23’}
NAME_UPDATE: random_nonce, ‘your_domain_name’, {‘ip’: “new ip address”}

问题：

为什么要先有第一步而不可以直接做第二步：
因为第二步中domain name是明文，这个transcation所有人都可以看到，那么别人就可以抢注你的域名（因为矿工会根据手续费的高低安排先后顺序）
所以这么做就是commit-reveal的protocol
在第一步和第二步之间有什么要考虑的？
需要等待12个block来让矿工完成你的注册，以防止提前公布你的域名，而导致被抢注

出现的问题：
绑定但不注册的现象很严重，需要调整注册费

NameCoin提供给我们可以在区块链中实现账户的概念

Unspent Transcation Output

Bitcoin中有两种交易，一种是直接奖励给矿工的tx，另一种是普通用户之间的转账。因为一个BTC是不可分割的，引入UTXO来实现小额交易，同时也能防止双花攻击。即每一个交易的结果都是UTXO，一对一，一对多，多对一，多对多都可能发生。
其次，如同上文Transaction一节中所说的，当一个UTXO被花出去时，它自身也会变成一个新的UTXO。比如，在一个TX中，Alice知道自己有0.75BTC，想要给Bob交易0.5BTC，Bob会得到一个0.5BTC的UTXO，而剩下的0.15BTC就是在一个新的UTXO中属于Alice。

如果要验证这个tx是否合格，那么需要回溯到最早的UTXO即奖励矿工的UTXO，然后将其分化出的各个UTXO的input value（在每个UTXO中，找零给那个人的UTXO就是unspent）相加，再将所有的output value相加，如果两者相减大于等于手续费时则合格。

输入：

上一笔交易的输出方便回溯到之前的UTXO
解锁脚本是用私钥对上一笔交易的输出加密，
并加上共钥，即构造成P2SH形式（同上），矿工可以验证上一笔交易的确属于发送者

优点是

计算是在链外的，交易本身既是结果也是证明。节点只做验证即可，不需要对交易进行额外的计算，也没有额外的状态存储。交易本身的输出 UTXO 的计算是在钱包完成的，这样交易的计算负担完全由钱包来承担，一定程度上减少了链的负担。
除 Coinbase 交易外，交易的 Input 始终是链接在某个 UTXO 后面。交易无法被重放，并且交易的先后顺序和依赖关系容易被验证，交易是否被消费也容易被举证。
UTXO 模型是无状态的，更容易并发处理。
对于 P2SH 类型的交易，具有更好的隐私性。交易中的 Input 是互不相关联的，可以使用 CoinJoin 这样的技术，来增加一定的隐私性。

缺点：

无法实现一些比较复杂的逻辑，可编程性差。对于复杂逻辑，或者需要状态保存的合约，实现难度大，且状态空间利用率比较低。
当 Input 较多时，见证脚本也会增多。而签名本身是比较消耗 CPU 和存储空间的。

State Machines

因为在UTXO中我们要余额的话需要回溯整个交易链来计算，同时不支持余额使得每个用户没有账户可言，阻止了向可编程货币的发展。
EVM引入了状态机，即在每次transaction后记录state并commit，
比如上面的例子，

A有4个BTC，那么起始阶段 state: {A:4}
A给B 0.25个BTC，那么经过这个TX state: {A:3.75, B:0.25}

注意到我们没有了UTXO的回溯机制，如何防止双花攻击呢？
引入了nonce，在每次交易后nonce加1。矿工检验交易顺序，如果已有nonce=4，再再次出现nonce=4的交易则为双花。

这样做的好处：不用回溯所有交易，两个state之间的交易可以快速计算，light client可以快速同步了

Replicated State Machine

Set of possible states: S
Set of possible inputs: I
Set of possible outputs: O
Transition function $f: S \times I \rightarrow S \times O$
Start state s $\in$ S (genesis block)

Ethereum

细节

State是Account，包括以下信息

Input就是每个transcation，包括以下信息

最后的区块链如下

其中state root是state组成的merkle patricia tree，transaction root也是。即非满merkle tree，这是因为EVM允许smart contracct来做交易以外的其他操作。

在Ethereum中，有两种账户，account和contract，他们不同之处在于：

	Account	Contract
Address	Hash(pubkey)	Hash(creator,nounce)
Code	$\emptyset$	EVM code
Storage	$\emptyset$	Merkle Storage Root
Balance	ETH Balance	ETH Balance
Nonce	发送过的交易tx数量	发送过的交易tx数量

Transaction种类：

create: 创建合约
send: 发送以太币
call: 使用合约

以太币内存

Storage: ${\{0,1\}}^{256} —> {\{0,1\}}^{256}$ map (permanent)
Memory: ${\{0,1\}}^{256} —> {\{0,1\}}^{256}$ map (volatile)
Storage很贵，Memory限制在256bit

Gas

相当于Bitcoin的Transaction Fee

根据opcode计算基本的gas cost
限制计算量和防止DOS攻击
矿工根据Gas Price选择做哪些交易
较高优先
每个Block的有Gas Limit上限
Gas不够会终止执行

如果GAS_LIMIT ⨉ GAS_PRICE > accounts[from].balance,那么终止

如果终止，state返回到最初，但是钱还是花了的