IOTA视频教程-1:什么是IOTA及基本术语

 

IOTA

  • IOTA不是物联网(IoT)的同义词,而是“非常小”的意思。我们给他命名了一个中文名字:埃欧塔,既是谐音,同时“埃”也是非常小的意思,尘埃,埃还是一个长度单位,十分之一纳米,两个原子之间的距离是 1埃左右。
  • 2015年,四位创始人创立了IOTA: David Sonstebo, Sergey Ivancheglo, Dominik Schiener以及Serguei Popov。
  • 2015年11-12月,IOTA进行了众筹,至2015年12月22日,共计筹集到了1337个比特币,大约50万美元左右,用于项目的开发。
  • 在众筹中,IOTA代币全部发放给了投资者。

IOTA及基金会

  • IOTA团队注册成立了IOTA基金会,总部位于德国柏林,这是一个致力于分布式账本技术研究开发和技术标准化的非盈利性基金会。
  • IOTA主要关于于物联网,以及机器经济,当然IOTA的技术也可用于人们之间的支付。
  • IOTA主网于2016年7月11日上线运行。
  • IOTA白皮书: https://iota.org/IOTA_Whitepaper.pdf

IOTA代币

  • 所有的IOTA代币已经被创建出来了,不会通过挖矿的形式生成。IOTA的总数是: (3^33-1)/2 = 2,779,530,283,277,761 ~ 2.8 Peta IOTA。
  • IOTA的数量单位:i, Ki, Mi, Gi, Ti, Pi,目前交易所中的交易单位为Mi。
  • 比特币的数量: 2140年10月左右,比特币的最大总量将会是 20,999,999.9769。而目前已经挖出 16,675,488个比特币,是总量的~79%。
  • 比特币的总量转化为最小单位为:2,099,999,997,690,000Satoshis, ~ 2.1 Peta Satoshis。这意味着到2140年,IOTA的数量相对于比特币来说,要多~32%的数量。

IOTA基本特征

  • 可扩展性
  • 去中心化
  • 零交易手续费
  • 抵抗量子计算机

IOTA特点:可扩展性

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  • 随着交易量的增加,IOTA网络会变得更为强大;
  • 2017年4月份的压力测试显示,IOTA网络具有112ctps, 895tps的交易处理能力,而这是在一个由250个节点所组成的小型测试网络上得到的结果。目前IOTA全网全节点有数千个。

IOTA特点:去中心化

  • IOTA没有矿工: 每一个交易发送者同时也是交易验证着,这意味着每个交易发起人都活跃地参加网络共识。
  • 我们可以看到,比特币网络中大部分的算力都集中在少数几个矿池中。

IOTA特点:零交易手续费

  • IOTA没有交易手续费,这意味着IOTA可以用于小额支付。
  • 你可以发送 1个 IOTA到一个地址上,而不需要支付手续费。
  • 1个IOTA是IOTA中最小的数量单位,就相当于是比特币中的 聪, Satoshi一样, 或者是 以太坊中的 Wei。
  • 在比特币网络中进行小额支付是不可行的,因为交易手续费要比交易发送的价值还要高。

IOTA特点:抵抗量子计算机

  • 量子计算机仍然处于早期开发中,但是据估计量子计算技术将会在2030~2050年之间可商用。
  • 量子计算机能够相比现在的经典计算机具有更强的计算能力,可以破解目前的数据加密算法。
  • IOTA使用 Winternitz 一次性签名算法,WOTS算法具有抵抗量子计算机的特点。参考: https://eprint.iacr.org/2011/191.pdf

区块链 VS 缠结

  • 区块链网络(以比特币为例)中多笔交易打包存储于区块中,然后这些区块顺序相互链接。
  • IOTA是第三代公有分布式账本,基于有向无环图结构。IOTA中将这种DAG称之为缠结Tangle。缠结与区块链具有很大的差异。

缠结

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  • 缠结是基于DAG有向无环图的数据结构。下面的图中每一币交易用方块表示,每一笔交易总是引用验证之前没有验证过的两笔交易。

DAG:有向无环图

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  • 有向:图中每个顶点指向一个方向。
  • 无环:图中不形成圆环。

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缠结可视化图案

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Tips

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  • Tips 是缠结图中没有被验证的交易,他们没有被其他的交易引用。

高度

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  • 某一笔交易的高度是这笔交易到创世交易的最长路径。
  • 例如:途中交易G的高度为1,交易D的高度为3.

深度

  • 某笔交易的深度是指这笔交易到某一个tip的最长反向路径。
  • 例如:图中交易G的深度为4,路径为: F, D, B, A

如何创建一笔交易?

  • 创建一笔交易有3个步骤:
  • 签名:你通过电脑或者手机钱包创建一笔交易,并采用你的私钥进行签名。
  • Tip选择:你的节点通过马尔科夫蒙特卡洛无规行走算法选择两个没有验证的交易(tips)
  • PoW: 你的节点验证这两笔交易是否与其他交易存在冲突。然后,你的节点需要解决加密难题从而进行做功PoW。这个PoW就是不断地进行哈希运算,直到找到一个哈希满足一定的条件。PoW用于防止垃圾交易以及防止女巫攻击。

无规行走蒙特卡洛算法

  • 无规行走蒙特卡洛算法的目的是从复杂的分布中进行公平的抽样。
  • RWMC算法有两种应用:
  • 在创建交易的时候选择两笔没有确认的交易(tips)
  • 用于决定一笔交易是否得到确认。

交易确认

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  • 绿色的交易:这些交易达到了共识,交易得到确认;
  • 红色的交易:这些交易仍然不确定得到全部的认可;
  • 灰色的交易:没有确认的交易(tips)
  • 任何交易的目标都是要成为绿色的交易。
  • 如何从灰色的交易,到红色,最后成为绿色的交易呢?
  • 绿色的交易被所有的灰色交易间接引用。
  • 对于每一个确认的交易,都存在一个路径到达每一个tip。
  • 为了确定交易的确认置信度,我们需要从深度开始,并执行N次无规行走蒙特卡洛算法,因此你的交易被接受和确认的概率是M/N,其中M是从tip具有一个路径到达你的交易的次数。
  • 如果你执行RWMC 100次,其中有60个tips具有路径到达你的交易,那么你的交易就有60%的确认概率。 具体的确认概率,这取决于商家接受这笔交易,并且进行发货。比特币也是这样的,在比特币网络中等待至少6个区块得到确认。更大深度的交易需要更长的时间来进行验证。

IOTA Github

  • IOTA 协议的参考实现IRI,钱包,以及API库可以在 https://github.com/iotaledger 中找到。
  • IRI是Java语言编写的。
  • IOTA的API库有多种不同语言版本,比如JavaScript, Python以及Go等等语言版本。

全节点

  • 运行全节点需要与邻居进行Ip地址交换,相互进行绑定。
  • 之前IOTA的IRI中带有自动发现节点功能,但是节点发现导致了更多的问题,因此节点发现功能去除掉了,从而采用手动设置节点方式,这也使得更加适用于IoT。

IOTA地址使用

  • 一旦你从一个地址中发送了一笔交易,那么你就绝对不能再次使用这个地址了。每次你从一个地址中发送一笔交易,那么这个地址对应私钥的一部分就暴露出去了。IOTA使用Winternitz 一次性签名算法。这使得攻击者通过暴力破解的方式更容易来偷取这个地址中的币。
  • 你可以在一个地址上接收多笔交易,但是一旦你从这个地址中发送有交易,那么你就绝对不能再次使用这个地址用于接收或者是发送交易。
  • 当你用一个已经发送过交易的地址来接收新的交易,你的种子是不会处于风险之中,只是你这个地址上的资金具有风险。

离线缠结

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  • 缠结可以离线,然后再次回到网络中。这称之为 partitioning。比如说,在货船中的传感器在出海过程中,与Tangle主网失去连接,这个时候传感器可以创建离线的缠结团簇。

协调器

  • 协调器,或者简称为COO,是IOTA基金会分散在世界中的几个全节点,它会构建称之为milestone的零值交易,被其他全节点来引用。
  • COO的主要作用是在网络初期用于临时性的网络保护,以避免那些拥有GPU的攻击者进行大规模的攻击。协调器设置了缠结的一般生长方向,并进行一些检查。
  • 缠结网络被认为是去中心化的,因为每个节点都可以进行验证协调器没有违反共识,没有创建新的IOTA,也没有验证双花交易。
  • 当IOTA账本网络有机增长到足够大的时候,可以演化到一定安全程度,那么协调器就可以永久关掉了。

快照

  • 快照是一种可以保持设备上账本数据库足够小的一种方法。
  • 快照可以把一个地址上的很多交易归结为一个记录,仅仅记录非零的余额,去除掉交易历史。
  • 具有非零余额的地址就好比全新的创世地址,没有附加之前的历史或数据。
  • 目前通过手动的方式进行快照,将来快照可以全自动化。
  • 今后会有永久节点,这些永久节点将会安全地保存缠结网络中所有的历史和数据记录。

 

感谢视频作者 Rober Lie, 原始视频链接:https://www.youtube.com/watch?v=MsaPA3U4ung

Jimmy Xiong

专栏作者:Jimmy Xiong

个人简介:研究者,布道者,投资人,IEN成员,IOTAChina创办人。

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