区块链——比特币的诞生及比特币底层技术的初步认识

比特币的诞生与比特币底层技术区块链的初步认识

文章内容

一.比特币与数字货币诞生的困境

在化工界技术作为比特币，现金可以很简单，只需要防伪。现金是一张纸条，我可以在上面写下“谁拿到这张纸条就可以给我一只羊”，然后签上我的名字。签名是一种防伪措施。我把纸条给你，纸条在你手里，我没有。

在数字世界中，事情开始变得复杂：纸条和里面的签名是一个数字文件，一个电子文件可以被完美复制无数次。把这个电子文件给你之后，我也可以把这个电子文件给第三人。这就是所谓的双花问题。

解决方案：

1983 年，David Chaum 首次提出在数字现金中使用加密技术

选择一个只有你知道序列号的人，然后我签名。由于我不知道序列号，因此我无法为其他人制作此便条的另一份副本。这就是密码学中所谓的盲签名。这个想法产生了“第一个真正的电子货币解决方案”。

缺点：要让它发挥作用，必须有一个所有参与者都信任的中心化服务器来验证这个“数字笔记”。

1997-1998 Adam Back 和 HashCash、Wei Dai 和 B-Money、Nick Szabo 和 Bit Gold、Hal Finney 和工作证明 (POW)

在比特币蓝皮书中，中本聪引用了亚当贝克在 1997 年设计的哈希现金、亚洲密码学家戴伟在 1998 年设计的 B 币以及前人的其他成就。

萨博是《智能合约》的作者，1993年他写了《智能合约》论文。智能合约是区块链中处理交易的核心方式，区块链应用的本质可以看作是智能合约的组合。

著名密码学家 Hal Finney 于 2004 年使用工作量证明 (POW) 机制推出了自己的电子货币版本。在比特币的开发过程中，Hal Finney 与中本聪有很多互动。比特币的第一笔汇款是中本聪将 10 个比特币转给 Hal Finney。

两者的具体思路不同，但有一个共同点，就是都是通过计算机进行计算“创造”出电子现金。它们是比特币系统使计算机执行加密计算的工作。数量证明和挖矿的创意来源。这是特别重要的。这样看来，中心化的服务器可以被去中心化的网络所取代，困扰数字货币的困境得到了解决。

比特币：点对点电子现金系统

一种集中发行和交易的电子现金。去中心化网络必须是不基于信任的（因为没有中心网络可以确认）。

2009 年，中本聪首先实现了一种去中心化货币，他通过现有的私钥加密方法管理所有权，并使用称为工作量证明的共识算法来记录谁拥有货币。

二.第一个区块链的定义是什么（比较简单）

比特币：一种加密的数字货币；区块链：一项基础技术。

区块链是源自“比特币”的底层技术。换句话说，比特币是区块链技术第一个获得巨大成功的应用。

区块链的第二个定义

区块链是数字世界中“价值表示”和“价值传递”的技术。区块链币的一面是代表价值的加密数字货币或代币，另一面是分布式账本和去中心化网络进行价值转移。

比特币和区块链系统：

比特币系统由三层组成：比特币、比特币合约、比特币区块链、比特币的分布式账本和去中心化网络。

公众在提到区块链时，往往指的是第四大范围，即“账本+网络+协议+货币”。在业界，人们谈及区块链时，通常指的是第三个范围，即“账本+网络+协议”。很多软件开发者在谈及区块链时，一般指的是“账本+网络”的第二个范畴，即分布式账本+去中心化网络。

三.去中心化

数字世界中一直存在三种“货币”方式（见右图）：

第一种方式：集中在线支付

我们常用的支付宝、支付宝、微信支付都是中心化的在线支付，在这个支付系统中流通的是映射到数字世界的各个国家的法币（也叫公债）。

第二种方式：集中式计算机点或互联网点

集中上网积分/电脑积分指Q币、游戏币、航空里程等，还有一个比较知名的名字——虚拟货币。通常，它们不对应于化学界的公共债券，而是由商业公司集中发行，只能在一个公司的系统中使用。

第三种方式：去中心化电子现金

计算机密码学家多年来一直在探索去中心化电子现金。 Satoshi Ben 终于让这条道路成为现实。中本聪设计并开发了比特币系统，催生了许多加密数字货币和区块链技术项目。

与上图相比，比特币与现有的中心化电子现金系统（在线支付系统）完全相反：

比特币实现了极致的“去中心化”

在去中心化程度上，比特币系统达到了极致。去中心化的中间阶段是自动的技术作为比特币，即按照人设定的规则手动运行，而去中心化的中间阶段是自治的，即完全自治和自发。作为一种电子现金系统，比特币系统已经达到了一种极度去中心化的状态：

去中心化是区块链思维模式的核心，比特币实现了极致的去中心化。中心化。

比特币系统设计五点：比特币的区块链系统由分布式账本（即狭义的区块链）和去中心化网络（点对点网络）组成。该链的方法是工作量证明共识机制。最长链是由网络中的算力共同决定的，所以是可信的，节点离开和加入都是按照最长链可信的原则。这些因素的结合产生了比特币系统。

1.去中心化点对点电子现金系统

比特币要做的是一个“点对点的电子现金系统”，发送方和接收方直接进行交易，不需要中间人介入。

要消除受信任的第三方等中介，需要解决“双花问题”。中本聪在摘要中给出了一个点对点网络的解决方案，并介绍了这个解决方案的核心——区块链。他没有提到区块链这个词，但在论文中提到了区块链的概念。

2.分布式账本

比特币的区块链基于工作量证明、时间戳、存储的数据块，并通过哈希表针形成链。

这条链或账本以分布式的形式存储在比特币网络的各个节点上，因此也称为分布式账本。

这个账本是一个不断下降的数据块链，是一个狭窄的“区块链”。比特币账本可以被认为是同时存储在所有全节点上。

3.工作证明

比特币网络中的节点根据规则执行加密哈希估计，以竞争生成新块的权利。节点输掉比赛后，获得记账权。在它生成一个成为最新区块的区块后，获得新区块对应的挖矿奖励。

工作量证明也是区块链账本的一种安全机制。如果不重做“工作量证明”所需的大量估计，则无法更改该链，这是一种保证区块链上数据可靠性的共识机制。

4.最长链原理

任何时候最长的链是最终被所有人接受的记录。

由于最长的链是由网络中的主要算力完成的，所以它们生成的最长链只要不都与攻击者合作是可信的。这个原则被称为“最长链原则”。

5.去中心化网络

比特币的去中心化网络架构非常简单，只需要很少的基础设施。它可以在 Internet 网络上运行。计算机节点可以随时离开或加入去中心化网络，加入时只需遵循最长链原则。

注意：

所有区块链系统都包含一对“分布式账本和去中心化网络”的基本要素。比特币系统基于分布式账本和去中心化网络，实现去中心化的价值表示和价值传递，

四.UTXO

UTXO 是未花费交易输出（未花费交易输出）的缩写。虽然每个比特币都是UTXO，但它是比特币的核心概念之一。

对UTXO的理解

我们看一下两人转账交易的流程，深入了解UTXO：

假设我有 12. 5 个比特币，这可能意味着之前有一个交易将这个比特币发送到我的地址，这个交易的输出（即 8 个比特币）没有被使用，我有这个12. 5 个比特币。

现在，我想使用使我拥有此比特币的最后一笔交易的输入来发起汇款交易。

我想给你汇款，我要做的是，签署让我拥有这 12.5 个比特币的最后一笔交易，将这笔新汇款交易的输出地址设置为你的钱包地址。

这样，我发起了一个汇款支付交易。当矿工把这笔交易打包成一个新的区块，转账交易完成后，这12.5个比特币就属于你了。您拥有的是您的交易未使用的交易输出。

我 (A) 给你 (B) 的比特币汇款从我的一个钱包地址转移到你的一个钱包地址。

没有比特币，只有未使用的交易输出 (UTXO)。每个比特币都源自之前的交易，并且始终可以追溯。但是还是回到源头，在每一个比特币的源头，都有一个特殊的交易，就是比特币矿工挖矿得到奖励，每一个比特币都是通过挖矿创造出来的。假设我作为比特币矿工成功挖了 25 个比特币，那么这个特定的交易就是它的输入是 0，输出是 25 个比特币到矿工的钱包地址。当 B 想将比特币转给 A 时，过程是用公钥对 B 钱包地址中的前一个 UTXO 进行签名，然后发送到 A 的地址。这个过程是一个新的交易，A得到的是一个新的UTXO。

UTXO之道

UTXO 与熟悉的账户概念非常不同。账户是我们每天接触最多的东西。比如我在建行开户，账户里的余额就是我的钱。

但是在比特币网络中没有账户的概念，你可以有多个钱包地址，每个钱包地址有多个UTXO，你的钱就是所有这些地址中的UTXO加起来就可以了。

五.比特币区块链的数据结构

每个区块由两部分组成——区块腹部和区块数据。其中，块的腹部有一个哈希表指针指向前一个块，这个哈希表指针包含了前一个数据块的哈希值。哈希值可以看作是数据块的指纹，即前一个块的数据指纹存储在后一个块的大脑中。如果前一个区块中的数据已经被篡改，那么数据和指纹将不匹配，并且会检测到篡改行为。要更改一个块中的数据，必须相应地更改每个后续块。

六.工作证明

比特币工作量证明的关键特征在于它巧妙地将技术和经济激励相结合，不仅仅是单纯通过技术本身来实现这一点，而是将与自身相关的挖矿奖励作为数字现金系统纳入了奖励机制.

其中包含随机性的概念：比特币系统产生的共识并不完全可靠，但在等待 6 个区块大约一个小时后，出错的概率呈指数增长。

七.挖矿

许多比特币矿工（即挖矿节点）争夺账户的保留权，矿工每降低一个新区块，就可以获得相应的奖励。会计奖金。

挖矿节点计算机在挖矿时有两个任务要做：

八.区块链应用与改革信息传递VS价值传递

以前，互联网处理的是“信息”；现在，互联网可以处理“价值”了。区块链提供了数字世界处理价值所需的两个基本功能：价值表示和价值传递，让互联网向价值互联网过渡（见右图）。

报纸VS纸币

线下化工界，信息的典型代表是报纸，价值的典型代表是纸币。每份报纸都是一样的，当报纸被编辑时，印刷机会复制它，然后到达我们这里。

相比之下，尽管美分也是由印刷机印刷的，每张100美元的钞票代表相同的价值，但每张钞票都不一样，每张都有唯一的序列号。

信息可重现，我可以为您打印一份报纸。价值无法复制，我必须给你 100 美元现金，而不是打印出来。

在互联网上，数字信息可以完美复制，促进了信息的流动。与价值相关的事物在互联网上不会以相同的倍数变化。

数字世界中的价值表现和价值转移

信息传输的主要方法是复制。在互联网中，无论是最基本的TCP/IP协议还是WWW（万维网）协议，都是专门为信息传输而设计的。另外，信息的数字复制可以做到精确复制，复制效率更高，互联网给信息的传递带来了变革。

价值转移的主要方法是记录。从数学世界到数字世界，价值传递的方法就是记录。但是，使用数据文件进行值表示存在很多困难，并且完全可复制的数据文件与需要唯一性的值表示相冲突。如果代表值的数据文件可以完美复制，那么我可能会付钱给你，然后付钱给另一个人，造成双花问题。在数字世界中进行价值转移时，为了避免双花问题，我们不得不依靠可信的第三方作为中介，作为交易中心进行记录。

价值传递功能：区块链成为互联网的基础价值合约

区块链对互联网的变革作用逐渐凸显 意义：互联网在协议层具有价值表示和价值传递的功能，区块链成为互联网的价值合约。

价值的代表：数字世界中代表价值的代币

比特币是区块链技术的第一个应用，是迄今为止最重要的应用，虽然它只是一个概念验证系统，但比特币系统完成了价值的两个功能的验证：价值表示和价值转移。

区块链信用层合约记录的价值表示函数可以比作Uniform Resource Locator URL，价值传递函数可以比作文档传输合约是HTTP，价值表示（token）在区块链可以看作是一种文本标记语言 HTML。

总的来说，现在在数字世界中，一种类似于 HTML 的用于表示值的语言（令牌）已经准备就绪。诸如“如何使用令牌，令牌有什么用途”等问题正在等待创造性的答案。

区块链将成为互联网的基础合约，类似于TCP/IP、HTTP

网络中的合约在技术上是指网络硬件与操作系统之间的通信。有一些规则要遵守，这些规则叫做契约。

Internet Telecom Credit 的合同是所谓的 TCP/IP 协议套件。一般认为，TCP/IP协议族包括四层：应用层、传输层、网络层和链路层。链路层将一些数据放在电缆上；网络层路由数据；传输层持久化数据；应用层以应用程序的形式提供数据表示。

如果我们看网络通信的应用层、传输层、网络层和链路层的分层逻辑，我们还可以有另外一个想法：区块链可能会脱离原有的应用层，形成价值层当然，网络通信合约的分层在短期内还没有产生共识修订。

也有人认为，区块链给互联网带来了信用相关的功能，过去它的作用是可信的第三方。角色，与应用层分离的这一层也可以称为“信任层”。

在我们试探性地提出“区块链信用层协议”一词之前，是为了说明区块链给互联网带来了类似于万维网协议的重大变化。这里我们尝试从网络通信层面提出“价值层”一词，因为这是互联网第一次在通信合约层面直接处理价值表示和价值传递。以上为初步建议，有待进一步阐述。