背景:2008年,國(guó)際金融危機(jī)下,人們因?yàn)榻鹑谙到y(tǒng)的崩潰,從而失去工作,甚至有人傾家蕩產(chǎn), 這時(shí)候,有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)極客看到這一幕幕人間慘劇,心里暗罵:為什么華爾街這幫家伙造的孽需要全球來(lái)買單? 我要改變這種情況.
于是,這位現(xiàn)代俠客開(kāi)始了他的計(jì)劃,他先是在2008年在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布<比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)>,一場(chǎng)偉大的社會(huì)實(shí)驗(yàn)就此開(kāi)始.
比特幣的實(shí)質(zhì)是去中心化的電子記賬系統(tǒng).
通常來(lái)講我們會(huì)通過(guò)銀行進(jìn)行記賬, 銀行是以國(guó)家來(lái)為其背書(shū)的.所以大家都愿意去相信銀行,并且把錢存在里面.
比特幣的設(shè)計(jì)原理規(guī)避了銀行這種中心化的架構(gòu).
基本原理說(shuō)明:
比如現(xiàn)在有A\B\C\D 四個(gè)人, 如果互相之間發(fā)生交易(如A給B10個(gè)比特幣,B給C3個(gè)比特幣,etc.),會(huì)把信息公開(kāi)告訴所有人,然后每個(gè)人都要進(jìn)行記賬. 那么問(wèn)題來(lái)了:
1.ABCD憑什么要記賬
2.最后以誰(shuí)的賬本為準(zhǔn)
3.如何防偽?
4.如何防止雙重支付?
5.如何防止篡改?
接下來(lái)一個(gè)一個(gè)來(lái)看中本聰同學(xué)是如何解決這些問(wèn)題的.
1.ABCD憑什么要記賬
記賬有獎(jiǎng)勵(lì),想讓人做某件事情,就是讓他有獎(jiǎng)勵(lì).人性哪.
1)記賬的人會(huì)得到手續(xù)費(fèi),比如A付給B10塊錢,C記的賬,C會(huì)從中得到一定的手續(xù)費(fèi).
2)打包獎(jiǎng)勵(lì),只能有一個(gè)人完成打包,打包會(huì)有人得到獎(jiǎng)勵(lì). 完成打包的人會(huì)得到50個(gè)比特幣(BTC)的獎(jiǎng)勵(lì)
打包 注:中本聰設(shè)計(jì)賬本記錄要在10分鐘左右完成一個(gè)打包,打包的結(jié)果我們稱為區(qū)塊(區(qū)塊內(nèi)約有4000條交易記錄) 據(jù)以上,可以算出比特幣大概有多少個(gè), 20*6*24*365*4*1+1/2+(1/2)^2+....)=2100萬(wàn)個(gè)
2.最后以誰(shuí)的賬本為準(zhǔn)
工作量證明(Proof of work) 簡(jiǎn)單理解就是,系統(tǒng)會(huì)出一個(gè)很難的數(shù)學(xué)題,如果誰(shuí)先做出來(lái)了,就可以獲得獎(jiǎng)勵(lì).但是這個(gè)數(shù)學(xué)題非常難,難到只能通過(guò)窮舉法,一個(gè)一個(gè)試出答案,試答案的過(guò)程我們就叫做挖礦.
引申:哈希函數(shù)sha256("美女")=256位的二進(jìn)制數(shù)
這個(gè)函數(shù)的特點(diǎn)在于,你隨便輸入什么,都能很快的得到256位的二進(jìn)制數(shù).
舉個(gè)類比的例子說(shuō)明:對(duì)于X^5+LOG2X=Y, 如果你輸入X=a, Y
快就能算出來(lái),但是給你Y,讓你算X,就會(huì)難得多.而哈希函數(shù)就比這個(gè)還要難很多.
挖礦原理:
D-D-D-D-…
以上每個(gè)D代表一個(gè)區(qū)塊,每個(gè)區(qū)塊的里面包含的信息: 前塊頭部+賬單信息+時(shí)間戳+隨機(jī)數(shù)=字符串(先不要管字符串怎么來(lái)的)
對(duì)字符串進(jìn)行哈希運(yùn)算 HASH=SHA256(字符串)=256位的二級(jí)制數(shù)
對(duì)256位的二級(jí)制數(shù), 通常會(huì)要求前n位為0(通常設(shè)置難度即設(shè)置n的大小,調(diào)整n的大小來(lái)控制出塊時(shí)間),如果誰(shuí)先試出來(lái)這個(gè)結(jié)果,就有資格去打包區(qū)塊. 這個(gè)幸運(yùn)兒就能再把一個(gè)新的D(區(qū)塊)接到上面的區(qū)塊鏈中.并獲得相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì).
要怎么算出來(lái)這個(gè)256位數(shù)字. 就需要挖礦的人(礦工)不停的進(jìn)行試以上公式中的隨機(jī)數(shù).直到試出來(lái).
注意,每個(gè)人在計(jì)算的時(shí)候難度是不一樣的,因?yàn)槊總€(gè)人記錄的賬單信息和時(shí)間戳及個(gè)人信息都不一樣.但是一般來(lái)講,誰(shuí)的算力更強(qiáng),即試得更快更多,誰(shuí)挖到的概率就大.
3.如何防偽?
先從身份認(rèn)證說(shuō)起,傳統(tǒng)的身份認(rèn)證方式有簽名\指紋\人臉等,但是不夠安全,現(xiàn)實(shí)中易被偽造
如何解決這個(gè)問(wèn)題呢?
電子簽名!
怎么來(lái)的: 隨機(jī)數(shù)-->私鑰-->公鑰-->地址
公鑰和地址可以公開(kāi),比如你想讓人轉(zhuǎn)錢給你,可以把公鑰和地址給他. 但是私鑰要保密,不能給!
私鑰可以算出公鑰,但是公鑰算不出來(lái)私鑰,密碼學(xué)上這種關(guān)系稱為 非對(duì)稱加密
通過(guò)實(shí)例來(lái)理解:
比如A給B轉(zhuǎn)1個(gè)比特幣,A會(huì)對(duì)這個(gè)信息進(jìn)行HASH哈希運(yùn)算得到一個(gè)摘要,然后利用私鑰對(duì)摘要進(jìn)行加密得到密碼. 然后A要對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行廣播這個(gè)信息+<公鑰>+<密碼>
比如C聽(tīng)到廣播后, 會(huì)進(jìn)行驗(yàn)證這條信息是不是真實(shí)發(fā)生的. C會(huì)對(duì)進(jìn)行哈希得到摘要1,同時(shí)用A提供的<公鑰>+<密碼>得到摘要2,如果摘要1=摘要2,就說(shuō)明這條信息確實(shí)是A用自己的私鑰加密出來(lái)的. 如果不一樣,就說(shuō)明這條信息是偽造的,不是A發(fā)起這筆交易的
4.如何防止雙重支付?
1)首先要理解余額檢查-追溯法,比如你要付錢給別人,至少要證明有足夠的錢. 比如A給B轉(zhuǎn)1個(gè)比特幣, 那么在歷史的區(qū)塊鏈上就可以看到過(guò)往的記錄,看是否A在歷史上得到過(guò)1個(gè)比特幣.
2)什么是雙重支付,也叫雙花,就是同一筆錢你用了兩次,比如A同時(shí)發(fā)出兩條消息1-A 付錢給B 1個(gè)BTC, 2-A 付錢給C1個(gè)BTC. 網(wǎng)絡(luò)上接收到這兩個(gè)消息的人時(shí)間不一樣. 此時(shí)比如D先接收到1-A 付錢給B 1個(gè)BTC并且算出了數(shù)學(xué)題,然后打包區(qū)塊并接上鏈.此時(shí)1-A 付錢給B這條信息會(huì)被確認(rèn),而 2-A 付錢給C1個(gè)BTC就會(huì)被放棄.
5.如何防止篡改?
先來(lái)理解最長(zhǎng)鏈原則,如果網(wǎng)絡(luò)中有A和B幾乎同時(shí)算出了數(shù)學(xué)題并進(jìn)行打包上鏈后怎么辦,此時(shí)鏈上會(huì)有兩個(gè)分叉,這個(gè)時(shí)候我們通過(guò)時(shí)間來(lái)解決,看兩條鏈過(guò)一段時(shí)間后哪一個(gè)最長(zhǎng),最長(zhǎng)鏈的那條會(huì)有越來(lái)越多的人站位直到最后所有人拋棄那條短的鏈
理解之后我們?cè)賮?lái)看如何防止篡改
比如A之前發(fā)生過(guò)一筆交易A to B 1個(gè)比特幣,但是A想對(duì)這條記錄進(jìn)行篡改怎么辦?
回到我們的鏈來(lái) D1-D2-D3-D4-…
比如A想篡改的這筆交易發(fā)生在D2區(qū)塊,他需要從D1往后開(kāi)始篡改,這個(gè)工作量會(huì)很大,相當(dāng)于一人對(duì)抗全世界.理論上如果A的計(jì)算能力超過(guò)所有人,他是可以完成篡改的. 但是這種概率會(huì)很小,首先沒(méi)有人有如此大的計(jì)算能力,至少在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)沒(méi)有;其二,如果他有這么大的計(jì)算能力,他可以繼續(xù)挖礦賺錢(除非他是瘋子或者科學(xué)怪人)否則不會(huì)去做分叉.
總結(jié),通過(guò)以上五個(gè)問(wèn)題的解決,中本聰同學(xué)探索出了一條不需要銀行等中間商從而實(shí)現(xiàn)人人認(rèn)可的記賬方案.這是一個(gè)偉大的發(fā)明.而且即將對(duì)未來(lái)的人類社會(huì)造成巨大的影響. 比特幣只是區(qū)塊鏈的一個(gè)應(yīng)用,猶如電燈之于電力的發(fā)明. 實(shí)際上底層技術(shù)是區(qū)塊鏈技術(shù),這個(gè)技術(shù)會(huì)大大降低人與人,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信任成本.從而降低社會(huì)運(yùn)行的成本.
其實(shí)還有很多細(xì)節(jié)的問(wèn)題沒(méi)有提到,感興趣的同學(xué)可以了解 拜占庭將軍問(wèn)題-如何解決惡意節(jié)點(diǎn)從而保證信息的一致性等.
文章內(nèi)容借鑒李永樂(lè)老師視頻內(nèi)容,并加以個(gè)人理解.僅用作學(xué)習(xí)與分享,不做任何商業(yè)用途.希望將區(qū)塊鏈的知識(shí)分享給有緣人.
閣閣
