比特币原理简易谈

比特币是什么?它和区块链是什么关系?

比特币是一种点对点的电子现金系统,也是一个巨大的分布式账本,在这个系统里的每一笔交易数据都全网可查,将这些数据根据时间顺序打包并相连,这就是“区块链”。可以说比特币是基于“区块链”技术的应用,每一个区块对应一个盖了时间戳的帐单数据包,将所有的区块链接起来就是区块链,任何交易信息和转账记录都记录在区块链中。区块链存在于互联网中,没有中心化的服务器,全网数据透明、公开、不可篡改。

比特币究竟是怎么来的?

前面文章介绍过,比特币具有“去中心化”特征,是没有发行机构的,怎么就凭空出现,那它到底是怎么来的呢?

其实,比特币系统每隔一个时间点,就会在系统节点上生成一个随机代码,互联网中的所有计算机都可以去寻找此代码,谁找到此代码,就会产生一个区块,并随即得到比特币的奖励,这个过程就是人们常说的“挖矿”。

有人说那这样比特币不就会越来越多,最后完全没有价值了吗?发明者中本聪当然也想到这个问题,这里比特币系统还有一个机制:比特币(BTC)具有总量有限,前4年总额将产生10500000BTC,每隔4年产出数额减半,在第4年至第8年会产生5250000BTC,第8至12年则只有2625000BTC,如此类推。到最后,总共产生的比特币数量为接近21000000BTC

目前一个1个比特币基于目前的数据结构被分割到8个小数位,也就是0.00000001BTC,矿工们挖到比特币最小的单位就是0.00000001BTC。

通俗点说,比特币好比是一座由总量为2100万个金币组成的金山,想要得到它,就需要玩家们利用电脑的运算能力,根据现有的算法计算出一组符合特定规律的数字。当然,这些数学题随着现有比特币的增加正变得越来越难。

去中心化

下面我们以发行货币为例来了解一下比特币的“去中心化”,我们都知道人民币是由央行发行,以政府信用为背书的法定货币。它的发行和流通是有央行和政府这一中心化组织控制,各个国家的法币也是这样。由于中心化组织掌握着货币的发行权,谁也保证不了他们会不会滥发增发。中心化机构在发行和流通货币,促进经济发展过程中做出了很大贡献,但是也存在一定的弊端。

就比如说,前一阵子印度出现的废除大额纸币,印度尼西亚也打算效仿这一做法,这是中心化组织的一些弊端,他们想发行就发行,根本不需要任何人的同意,虽然打着各种各样的旗号,但是印度及印尼的民众为政府的行为买单,他们蒙受损失。

而比特币,你想要获得比特币就只能去挖矿或者通过法币去兑换。并且总量固定2100万枚,通过技术的方式保证私人财产神圣不可侵犯。正是因为比特币去中心化的发行方式,在拉美国家由于经济形势不好,纸币的贬值速度超快的情况下,很多人通过挖矿或交易获得比特币,去兑换生活用品。

密码学多重加密

比特币之所以安全,是因为它大量地应用密码学中的概念,例如“哈希函数”和“非对称加密”,这是比特币的基础。


非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(public key)和私有密钥(private key)。公开密钥与私有密钥是一对,如果用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密。


散列(哈希)算法将任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制值,这个小的二进制值称为哈希值。哈希值是一段数据唯一且极其紧凑的数值表示形式。如果散列一段明文而且哪怕只更改该段落的一个字母,随后的散列值都将产生不同的值。要找到散列为同一个值的两个不同的输入,在计算上是不可能的,所以数据的散列值可以检验数据的完整性。

比特币设计比较领先,2009年产生时已经使用了当时已经确立标准的最新的SHA-256以及RIPEMD-160散列算法,同时还选择了非常先进的采用secp256k1曲线的椭圆曲线公钥算法。这些密码学的基础措施在目前看来依然十分安全,有人计算过,一个比特币私钥的长度是256 bits,要穷举所有的可能来破解该私钥需要:pow(2,128) / (15 * pow(2,40)) / 3600 / 24 / 365.25 / 1e9 / 1e9 = 0.6537992112229596

也就是650000000000000000年。

比特币的原理与运作机制

比特币实际上是一个互联网上的去中心化账本。比特币用户在电脑上运行比特币客户端软件,这样的电脑称为一个节点。大量节点电脑互相连接,形成一张像蜘蛛网一样的P2P网络。如:李某想通过A账号转账给张某的B账号3个比特币。


当你向别人转账时,需要向整个网络发送一条信息,随后你账户的金额就会减少,接收者账户的金额就会增加,与此同时,比特币网络中的节点或计算机会及时地更新其账户副本信息,然后继续将交易信息传递到其他节点。这种以数字计算为基础的安全机制,组成了比特币交易网络本身,是一个系统,让一组计算机共同保存一份账本。

比特币的去中心化公开账本称为区块链,区块链是比特币的底层运用,提供开放的且不可纂改的底层数据服务。节点借助区块来同步交易,保证了所有节点数据的统一性,一段时间内的交易打成的一个包称为区块,每一个区块都链接到上一个区块,从创始区块开始连接到当前区块,形成区块链。区块链本质上是一个去中心化的数据库,区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块,每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息,用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。

实际上,比特币有一套密码规则,用来解锁和管理货币交易,这种密码叫做“数字签名”。就像现实生活中的亲笔签字一样,它能够证明交易的真实性,并通过一种数字算法实现。这种算法能够防止数据被复制或伪造。但与简单的静态密码不同的是,每笔交易数字签名都完全不同。因此,在比特币交易网络中,你永远不要把密码暴露给别人,因为密码有被复制和重新使用的危险。

数字签名是这样运作的,它由两个不同但相互关联的密钥构成,“私人密钥”用来创建一个数字签名,“公共密钥”用来让其他人核对私人密钥。我们可将私人密钥看作真正的密码,数字签名将作为一个媒介,证明你拥有密码,同时并不要求你将密码信息展示出来。

在比特币交易网络中,公共密钥其实就是“发送至”地址,所以当你向某人转账时,其实是将货币发送至对方的公共密钥。消费时,你必须证明你是公钥地址的(钱被转至的地址)真正拥有者,通过交易信息和你的私钥生成数字签名的这个过程,可以证明你是真正拥有者的身份。

比特币地址是大约33位长的、由字母和数字构成的一串字符,总是由1或者3开头,例如:

1DwunA9otZZQyhkVvkLJ8DV1tuSwMF7r3v

比特币地址和私钥是成对出现的,他们的关系就像银行卡号和密码。你可以随意的生成比特币地址来存放比特币,每个比特币地址在生成时,都会有一个相对应的该地址的私钥被生成出来。这个私钥可以证明你对该地址上的比特币具有所有权。

小编有话要说

比特币的几个重要特点是去中心化、匿名性、总量固定、密码学多重加密。它不是某一个中心化机构所发行,不会通货膨胀,不会暴露持币者个人信息,只要私钥保管妥当,几乎没有办法可以获取盗取你的币。所以,比特币是一场人类对自由货币理念的伟大试验。

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