加密数字货币(比特币)的技术原理分析

2021年7月6日 22点热度 0条评论 来源: 岛主~it_rabbit

比特币的技术原理分析

互联网的精髓就是共享,可以共享技术、共享经验、共享情感、共享快乐~

很多年前就有这个想法了,从事IT行业时间也不短了,应该把自己工作和业余所学习的东西记录并分享出来,和有缘人一起学习和交流。

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最近这段时间,虚拟货币频频冲上热搜,比特币、以太坊、狗狗币各种技术名词层出不穷,搞得大家眼花缭乱。正所谓 “内行看门道,外行看热闹”,所以今天咱们不再吃瓜看热闹,也来数字货币里面的门道(技术支撑)

一、比特币的由来

  1. 比特币(bitcoin)诞生于 2008 年的一篇论文,一个署名为中本聪的人,提出了革命性的构想:** 让我们创造一种不受政府或其他任何人控制的货币!**
    一串数字,背后没有任何资产支持,也没有任何人负责,你把它当作钱付给对方,怎么会有人愿意接受?但是,狂想居然变成了现实。
    2017 年,比特币迎来了爆发式的增长,从年初的1000美元,最高涨到了2万美元,全世界都为之震动。

  2. 下面我尝试帮助大家理解比特币,抛开技术细节,还是很容易解释的。

二、非对称加密

  1. 首先,理解比特币,必须理解非对称加密。你可能听说过这个词,所谓非对称加密,其实很简单,就是加密和解密需要两把钥匙:一把公钥和一把私钥。

  2. 公钥是公开的,任何人都可以获取。私钥是保密的,只有拥有者才能使用。

  3. 他人使用你的公钥加密信息,然后发送给你,你用私钥解密,取出信息。反过来,你也可以用私钥加密信息,别人用你的公钥解开,从而证明这个信息确实是你发出的,且未被篡改,这叫做** 数字签名 **。

  4. 现在请设想,** 如果公钥加密的不是普通的信息,而是加密了一笔钱 **,发送给你,这会怎样?

首先,你能解开加密包,取出里面的钱,因为私钥在你手里。 其次,别人偷不走这笔钱,因为他们没有你的私钥。因此,支付可以成功。------这就是比特币(以及其他数字货币)的原理:** 非对称加密保证了支付的可靠性 **。
  1. 由于支付的钱必须通过私钥取出,所以你是谁并不重要,重要的是谁拥有私钥。只有拥有了私钥,才能取出支付给你的钱。(事实上,真实的交易流程稍有不同,私钥保证的不是取出支付给你的钱,而是保证只有你能把这些属于你的钱支付出去)

三、比特币钱包

  1. 对于比特币来说,钱不是支付给个人的,而是支付给某一把私钥。这就是交易匿名性的根本原因,因为没有人知道,那些私钥背后的主人是谁。所以,比特币交易的第一件事,就是你** 必须拥有自己的公钥和私钥 **。
  2. 你去网上那些比特币交易所开户,它们会让你首先生成一个比特币钱包(wallet):这个钱包不是用来存放比特币,而是存放你的公钥和私钥 。软件会帮你生成这两把钥匙,然后放在钱包里面。
    根据协议公钥的长度是 512 位,这个长度不太方便传播,因此协议又规定,要为公钥生成一个 160 位的指纹。所谓指纹,就是一个比较短的、易于传播的哈希值。160 位是二进制,写成十六进制,大约是 26 到 35 个字符,比如 1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2。这个字符串就叫做钱包的地址,它是唯一的,即每个钱包的地址肯定都是不一样的。
  3. 你向别人收钱时,只要告诉对方你的钱包地址即可,对方向这个地址付款。由于你是这个地址的拥有者,所以你会收到这笔钱。
    由于你是否拥有某个钱包地址,是由私钥证明的,所以一定要保护好私钥,这是极其重要的,如果你的私钥被偷了,你的比特币也就等于没了,因为他人可以冒用你的身份了,把钱包里面的钱都转走
    同样的,你向他人支付比特币,千万不能写错他人的钱包地址,否则你的比特币就支付到了另一个不同的人了。

四、交易 & 区块链

  1. 比特币如何完成一笔交易: ** 一笔交易就是一个地址的比特币,转移到另一个地址 **。
  2. 怎么防止其他人,冒用你的名义申报交易: 比特币协议规定,申报交易的时候,除了交易金额,转出比特币的一方还必须提供以下数据:
  • 上一笔交易的 Hash(你从哪里得到这些比特币)
  • 本次交易双方的地址
  • 支付方的公钥
  • 支付方的私钥生成的数字签名
  1. 而验证这笔交易是否属实,需要三步:
  • 第一步,找到上一笔交易,确认支付方的比特币来源。
  • 第二步,算出支付方公钥的指纹,确认与支付方的地址一致,从而保证公钥属实。
  • 第三步,使用公钥去解开数字签名,保证私钥属实。
  1. 确认交易的真实性后,交易还不算完成;交易数据必须写入** 数据库 **,才算成立,对方才能真正收到钱。
  2. 比特币使用的是一种特殊的数据库,叫做区块链(blockchain
  3. 比特币是如何写入数据库的呢?
  • 首先,所有的交易数据都会传送到矿工那里。** 矿工负责把这些交易写入区块链 **

  • 根据比特币协议,一个区块的大小最大是 1MB,而一笔交易大概是 500 字节左右,因此** 一个区块最多可以包含 2000多 笔交易 矿工负责把这 2000 多笔交易打包在一起,组成一个区块,然后计算这个区块的哈希 ** ** (计算哈希的过程叫做采矿,这需要大量的计算) **

  • 矿工之间也在竞争,谁先算出哈希,谁就能第一个添加新区块进入区块链,从而享受这个区块的全部收益,而其他矿工将一无所获。一笔交易一旦写入了区块链,就无法反悔了。

  1. 区块链记载了你参与的每一笔交易,你得到过多少比特币,你又支付了多少比特币,因此可以算出来你拥有多少资产。
  2. 为什么有人肯做矿工呢?顺便谈谈矿工的收益:
  • 比特币协议规定,挖到新区块的矿工将获得奖励,一开始是50个比特币,然后每4年减半,这也是比特币的供给增加机制,流通中新增的比特币都是这样诞生的。
  • 你可能看出来了,每 4 年奖励减半,由于比特币可以分割到小数点后八位,那么到了2140 年,矿工将得不到任何奖励,比特币的数量也将停止增加。这时,矿工的收益就完全依靠交易手续费了。
  • 所谓交易手续费,就是矿工从每笔交易中拿到的抽成,具体的金额由支付方自愿决定。你完全可以一毛不拔,一分钱也不给矿工,但是那样的话,你的交易就会没人处理,** 迟迟无法写入区块链,得到确认 **。矿工们总是优先处理手续费最高的交易。

五、区块的扩容 & 点对点网络

  1. 比特币协议规定,平均10分钟诞生一个区块。区块的大小只有 1MB,最多只能包含2000多笔交易。也就是说,比特币网络每10分钟最多只能处理2000多笔交易,换算一下就是处理速度为3~5笔/秒。全世界的比特币交易这么多,可是区块链每秒最多只能处理5笔,这已经成为制约比特币发展的一个瓶颈。
  2. 如何提升处理速度呢?2017年8月区块链发生了一次分叉,诞生了一个新协议,称为 Bitcoin Cash(简称 BCH)。这种新货币其他方面都与比特币一致,就是每个区块的大小从 1MB 增加到了 8MB,因此处理速度提升了8倍,手续费也低得多。
  3. 比特币网是一个全世界的开放网络,只要你有服务器,就能加入这个网络,成为一个节点。每个节点都包含了整个区块链(目前大概 100多 GB),并且节点之间时刻不停地在同步信息。
  • 当你发生了一笔支付,你所在的节点就会把这笔交易告诉另一个节点,直至传遍整个网络。
  • 矿工从网上收集各种新发生的交易,将它们打包写入区块链。一旦写入成功, 矿工所在节点的区块链,就成为最新版本,其他节点都会来复制新增的区块,保证全网的区块链都是一致的。
  • 最后,你所在的节点也拿到了最新的区块链,从而得知你早先的那笔交易,已经写在里面了,至此交易确认成功。

七、总结

比特币的基本知识,就介绍完了,希望你已经明白了比特币是怎么回事。

    原文作者:岛主~it_rabbit
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