四分钟分析比特币白皮书

四分钟剖析比特币白皮书

安德烈·弗朗索瓦照片

介绍：

目前互联网上的大部分金融交易完全是通过第三方服务完成的，主要有Visa、Mastercard、Paypal等银行机构。 这种系统的核心基础是信任。 我们信任这些机构来存储、验证和处理我们的电子支付信息。

这些机构采取各种措施调解维护信任系统的成本，进而增加了金融网络的交易成本。 这些措施通过拒绝参与、要求身份验证或通过其他不公平做法阻止个人和企业公平参与经济活动。 这种货币体系不同于我们几个世纪以来所拥有的——通过现金或硬币进行的经济活动。 但今天它已被可信赖的第三方所取代。

基于数学的电子支付：

中本聪在 2009 年发起的比特币计划被认为是第一种基于数学而非信任的数字化、去中心化货币。 比特币是一个点对点网络，这意味着交易直接发生在用户之间，没有可信的第三方。 它是去中心化的，这意味着没有人控制“系统”，每个人都可以公开参与。 它是数字稀缺的，这意味着没有人可以复制和花费同一枚硬币两次。 这些技术在当时的计算机科学领域是前所未有的，革命性发明的结合使得创建去中心化的点对点数字货币——比特币成为可能。

什么是银行系统（集中式网络）中的交易？

交易是将 $X 从 A 转移到 B 的请求。系统通过将 A 的余额减少 $X 并将 B 的余额增加 $X 来完成此操作。

在银行系统中，这很容易实现和维护。 每当用户尝试花钱时，网络都会检查用户是否有所需的余额。 如果是这样，它会从他们的帐户中扣除金额。 否则，网络将因余额不足而不允许交易。

集中式网络

比特币网络（去中心化网络）中的交易是什么？

由于网络的性质，交易在去中心化网络中并不简单。 在去中心化网络中，没有一个“机器”拥有绝对的真理。 网络中的每台机器都有自己的真相版本，他们都对其中一个版本达成了共识。

不同类型的网络：集中式、分布式和分散式。

比特币网络使用分布式节点网络*，通过密码学和称为区块链的公共分布式账本来验证交易。 区块链是记录所有曾经发生的比特币交易的公共资产负债表。 这意味着网络中的所有参与节点都维护区块链的副本，并共同商定对区块链的一组更新。

* = 参与网络的计算机和/或机器。

块被网络中的所有节点复制，它看起来像这样：

区块链复制

从技术上讲，交易发生在比特币地址之间，而不是用户之间。 比特币地址是一长串带有相关公钥/私钥对的字母数字字符。 将私钥视为您只知道的实际密码。 数字签名只能使用此密钥生成，并用于证明交易的所有权。 稍后会详细介绍。

区块链中的更新是如何发生的？

当用户之间发生交易时比特币刚出来的时候多少钱一个，它被广播到整个网络。 节点验证并将它们添加到他们的区块链副本中，然后再次广播到其他节点以通知他们更新。 为了保持这个网络的完整性，每十分钟，一组交易（称为 - 区块）被“接受”或“确认”并添加到区块链中。 节点将接受的块发布到网络，然后循环继续。

什么是双花？

在身体检查中，签名验证交易的所有权和有效性。 它证明所有者写了支票，并愿意将钱从他的账户转给收款人。 但在比特币网络中，所有者通过对它们进行数字签名并将它们附加到交易中来转移硬币。 数字签名如下所示：

电子签名

收件人可以通过使用加密魔法来验证签名以确认所有权。 但问题是，收款人要验证付款人是否花掉了承诺给他的币，即币被花了两次。 收款人需要证明，在交易时，他的交易是第一笔交易，其他交易应按正确的顺序进行处理。 如果付款人试图多次花费“同一”硬币，系统应该拒绝他们。

比特币网络如何防止双重支出？

比特币网络通过使用区块链和称为工作量证明的共识过程解决了这个问题。

我们知道网络中的节点知道所有交易并且它们都有历史记录。 工作量证明机制期望节点消耗能量来更新区块链。 使用电力是证明他们已经完成工作并取得成果的一种方式。 他们解决了一个困难（但可行）的计算问题，该问题可以快速验证但生产起来很耗时。

这意味着如果一个节点想要在区块链中进行恶意更新，则该节点将不得不消耗能量。 他们的计算资源必须高于网络中所有诚实节点。 这在数学上几乎是不可能的。

这个无法计算的问题是什么？

新形成的区块包含随机数值作为工作证明。 随机数只是一个数字，当它与一个块一起散列时，会产生网络期望的“特定输出”。 系统需要一个常量哈希来接受一定数量的前导零。

工作量证明：寻找 Nonce

由于 SHA256 哈希函数是完全伪随机的，因此创建块的唯一方法是使用随机数反复试验。 使用随机数进行验证的过程很容易验证，但预测随机数值几乎是不可能的。 对于所需的更多零，所需的平均工作量呈指数级增加。

如果两个节点找到一个随机数会怎样？

第一个发现 nonce 值的节点将其广播到网络并开始处理链上的下一个块。 有时多个节点会发现正确的哈希值，或者新块不会到达网络中的所有节点。 这导致同时创建多个分支。 它看起来像这样：

在挖矿过程中创建了几个分支

工作证明意味着最长的链在 CPU 能力方面的工作最多。 因此，一旦节点接收到具有最长分支的块，它就会忽略所有较短的分支并开始处理新块。

注意：节点将始终选择从其他节点接收到的第一个块，并将其他块保留在其缓存中。

矿业：

挖矿是在不断增长的区块链中反复收集、验证和更新广播交易以确保每个人都同意交易顺序的过程。 矿工是网络中的节点，他们负责保持区块链的一致性和安全性。 由于没有中央机构发行硬币，每次成功开采新区块时，系统都会用新比特币激励矿工，即解决硬计算问题并向区块链添加一个区块。 这是在网络中创建新比特币的唯一方式。

请注意，矿工与使用比特币网络传输比特币的用户（如你我）不同。

比特币挖矿

了解概念：

默克尔树：

Merkle 树是一种二叉树比特币刚出来的时候多少钱一个，在叶节点上有数据。 中间节点由两个孩子的哈希值组成。 散列被传播到树的顶部，这有助于验证欺诈交易，因为数据的微小变化会改变上面所有节点的散列。 Merkle 树提供了一种非常有效的方法来确定一个块是否与链中的其他块不同。

另一个称为“简化支付网络”（SPV）的协议只下载区块头和与之相关的交易的分叉。 它有助于保护区块链并通过下载一小部分区块链来提供平衡。

可视化块内的默克尔树

综上所述：

比特币白皮书提出了一个独特的革命性系统，用于在没有受信任的第三方的情况下进行电子支付交易。 具有自己的交易历史副本的节点网络——区块链，它保持系统的一致性； 数字签名授权交易和所有权； 工作量证明的安全性，并使攻击者在计算上不可能篡改交易历史。

参考：

比特币白皮书