一文讀懂比特幣和它底層的區塊鏈技術
小派克
2019-10-30 03:43
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看完你就知道了。

出品| Odaily

編輯| 盧曉明

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) ,由此掀開了比特幣風靡全球的大幕。

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比特幣底層的區塊鏈技術隨後也被發現,其去中心化、去追溯、不可篡改等技術特性,可以應用在金融、溯源等場景。無論你是想了解區塊鍊或者比特幣,我們認為比特幣作為區塊鏈的誕生之處和第一個應用,都是你入門前需要深入了解的第一個知識點。

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1.開戶

想要擁有比特幣,不管是去交易所買,還是別人轉賬給你,你都需要一個比特幣賬戶。比特幣開戶需要攜帶什麼材料,到哪個機構去開戶呢?不用任何材料,只要下載一個比特幣錢包。小知識:比特幣錢包又是一個比較大的話題,首先要明確,數字貨幣錢包並不是真的“錢包”,幣不存錢包裡,而存在上面說到的鏈上(實質是一堆數字) ,錢包只是個讓你開戶、查詢餘額和轉賬的應用。其實每一個幣種,理論上來說都會做自己的錢包。因此,市面上大部分錢包的作用更易用,聚合各幣種,或者更安全。有分去中心化的也有冷錢包、熱錢包、託管錢包。

有興趣的可以點擊下面鏈接詳細了解。

區塊鏈錢包能成為第二個支付寶嗎?

(這篇文章的第一部分有介紹)區塊鏈100問38期| 比特幣錢包是乾嘛的?

區塊鏈100問39期| 冷錢包、熱錢包

區塊鏈100問40期| 全節點錢包、輕錢包

(如果存著所有的賬本信息,就變成全節點錢包了,本文指的是輕錢包)使用鏈上輕錢包可以讓你更了解比特幣的一些私鑰、地址和助記詞等有點“反人性”的設計,比特派、imtoken等都是比較老牌的錢包,英文好的人甚至可以用比特幣的官方錢包;託管錢包會更易用,但是私鑰不是自己保管。有了比特幣錢包之後,你需要做的就是動動手指,開好賬戶。

比特幣的一個賬戶由一對密鑰(私鑰,公鑰)組成。賬戶所有者可以用自己私鑰進行數字簽名,用公鑰則可以驗證簽名。公鑰可以通過私鑰生成,但有公鑰卻沒法生成私鑰。也就是所謂的“非對稱加密”(參考鏈接:

區塊鏈100問60期| 非對稱加密算法是什麼?
)。這也是比特幣被稱為數字加密貨幣的原因,因為整個系統都依賴密碼學基礎。
小知識:這裡所說的哈希計算是什麼意思呢?
哈希計算有如下特點:
1、將任意長度的數據映射為固定長度的大整數;

2、數據有任意變化後,計算出來的結果完全不同;

當你有了屬於自己的第一個比特幣賬戶時,你很開心;但同時你也很沮喪,因為裡面空空如也。怎樣讓自己的錢包鼓起來呢?

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你有以下途徑可以實現這一目標:戰略孵化雲算力平台「算易投」正式上線,幫投資者“hold住”比特幣戰略孵化雲算力平台「算易投」正式上線,幫投資者“hold住”比特幣》。目前我們大家常用的幾大交易所都是中心化的平台,安全性不是很高,

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當然也有去中心化的交易所,但使用較少,點擊鏈接可詳細了解。

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2 記賬

當你有了比特幣賬戶和比特幣之後,你就可以在不同賬戶之間進行轉賬。比特幣最小單位是1聰,1聰= 0.00000001btc. 當我們用支付寶向別人轉賬時,實際上是由銀行在負責扣掉你賬戶的金額,加到對方賬戶下,給你出賬單,同時收取你的手續費。

比特幣轉賬步驟類似,但是沒有銀行這個角色。那麼在比特幣轉賬過程中,誰來扣錢、誰來記錄賬單呢?

與銀行系統不同,這裡出現了一個分散式的記賬方式:分佈式賬本。即賬本不再由銀行系統維護,而是由參與者共同維護,簡單理解為:每一個人都可以參與記賬。維護賬本的人一般被稱作節點,也叫礦工。

在區塊鏈中,交易按照時間順序排列,一個區塊鏈就是一堆交易的打包,可以把區塊看做一頁賬本。

每一頁賬本的記賬人(也就是這個區塊的出塊者),都要通過一個比賽選出來,才能獲得記賬的權力。記完這頁帳之後,並把這頁賬本廣播給其他所有的人。這個過程就叫出塊、也叫“挖礦”。

其他人可以通過密碼學驗證這些交易,上文有說,賬戶所有者可以用自己私鑰進行數字簽名,用公鑰則可以驗證簽名。其他參與記賬的人可以就可以同步最新這個區塊/這頁賬本,並在此上繼續挖。同時,在區塊鏈中,每一頁賬本(每一個哈希)環環相扣,並且通過上面提到的哈希算法記錄上一個區塊的哈希值。

在這樣一個分佈式系統中,每個節點獨立維護一份完整的交易賬本,這個賬本也叫做“分佈式賬本”。每次都需要大多數節點的認可,任何一個節點都沒有辦法單獨篡改賬本,除非他獲得51%的節點同意,否則無法成功,這也就是所謂的51%攻擊。

任何一個節點退出網絡或宕機,都不會影響系統運行。這種方式相比單節點的中心化系統有很高的安全性。節點分佈在全球各地,每個節點與附近的節點連接,組成一張覆蓋全球的P2P網絡。這也是比特幣可以全球流通的物質基礎。

上一個部分說過,一個賬戶要知道自己的餘額,可以通過錢包查詢。

但節點才有完整賬本信息,錢包也要通過節點來查詢自己的餘額。那麼節點在哪?看不見摸不著,去哪裡找它?幸運的是,不用你費心去找節點,你的“比特幣錢包”會幫你做這件事。

事實上,比特幣錢包要把交易信息告訴節點,那麼它就至少得連接比特幣網絡中的一個節點,當與節點連接後,比特幣錢包本身也就成為了網絡中的一個節點,但與擁有完整賬本的全節點相比,錢包節點是“輕量級節點”,因為它既沒有記錄完整的賬本,也沒有去“挖礦”。

比如, Mr.Chen 通過比特幣錢包給Miss.Lv 轉了0.05BTC,這筆轉賬通過“分佈式賬本”被全球的比特幣網絡節點記錄在案。
1AC4fMwgY8j9onSbXEWeH6Zan8QGMSdmtA -> 1JWq3G8pqCo6jZGhLHpctYap5yVScqGxkv : 0.05btc

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轉賬記錄:Mr. Chen -> Miss. Lv : 0.05btc 當然,不會真的這樣記錄名字,而是兩人的比特幣賬號,類似於:

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3 發行/挖礦

既然是貨幣,你肯定會問到,那它最開始是怎麼來的呢?

比特幣一共發行2100萬枚。區塊獎勵最初為50個BTC,即每挖出一個塊,礦工就會獲得50個BTC。系統規定,每21萬個區塊(約4年),出塊獎勵減少一半,直到少至比特幣最小單位1聰。因此,2012年後區塊獎勵調整為25個BTC,2016年為12.5個,下次減半將在2020年。這個比賽過程就像在挖新的金幣,所以大家都會將其將為挖礦,把賬本維護者稱為“礦工”。

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說到這裡,其實已經涉及到比特幣的激勵機制,也就是節點為什麼願意浪費資源來記賬呢?

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4 共識機制:PoW

要知道,現在一枚比特幣價值一萬美元,那記賬節點出一個塊就能獲得12.5枚,那不是誰都想挖?比特幣系統為了讓大家公平獲得記賬權,設計了一套競爭機制。》)

系統要求競爭者通過SHA-256運算,猜一個符合要求的隨機數。誰先找到,誰就獲得記賬權。這個過程你可以理解為亂猜數字,誰先猜到誰贏。

這個被亂猜中數字,實際上還會記錄進這個區塊的區塊頭裡面,作為一個隨機數永遠被記錄到賬本之中。如果你還記得上文的話,你會發現本文提到過每一個區塊都會記錄上一個區塊的哈希值,而哈希值本身是通過哈希計算算出來的,這個隨機數其實也是哈希計算的一個因子。 (區塊頭的組成和更詳細的過程可以看《Odaily 研報| 比特幣挖礦的行業拐點與背後的經濟週期由於SHA-256運算就是在碰撞隨機數,誰在同樣時間內猜的次數越多,誰就有更大概率找到”答案“,獲得記賬權。所以,這個競爭機制被稱為工作量證明,也就是所謂的PoW(Proof of Work)。大家為了提高自己的運算速度,只能不斷地提高單位時間算力大小。因此硬件設備從最開始的筆記本電腦不斷更新跌代到如今專業的挖礦機器(》)

感興趣可了解Odaily 礦業研報,圖6,硬件設備的更新迭代)

,普通筆記本電腦已經沒法挖了,於是也出現了礦池。 (想了解的可以看《小明學習筆記| 一文看懂礦池是乾嘛的具體可點鏈接進行了解二級標題

)目前挖礦已經成為了一個相對成熟的行業,如果感興趣,這篇文章有更加完整和詳細的介紹:

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5 比特幣優點和缺點
現在你已經理解了比特幣系統運行的原理,所有這些複雜的設計,只為了實現以下條件:

1、總量有限,減量供給;

2、無法偽造;

這些特點給人以信心,使人相信比特幣可以作為一般等價物,於是慢慢地:

5、去中心化;
4、被廣泛認可和接受

另外,比特幣還具有鮮明的特點:

5、去中心化;

6、全球發行和流通;
這既包括了發行的去中心化,也包括分佈式賬本。
比特幣的優點很明顯,但缺點也同樣明顯:
1、比特幣的“挖礦”機制,耗費了全球大量的能源;
2、盲目的炒作令比特幣價格劇烈波動,而貨幣的首要目標就是幣值穩定;
3、交易的匿名性存在缺陷,比如此前勒索病毒要求使用比特幣作為贖金;

4、比特幣總量有限,所以是一種通縮型貨幣,價值只增不減,可能導致人人囤積,從而市場上缺少流動性,最終經濟萎縮;5、轉賬耗時,還需要手續費;6、交易並發容量有限。

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