带你了解区块链最成功的应用以及比特币的发展和知识原理

提到比特币，很多人的印象是，它不过是一种带有革命光环和技术背景的金融药，或者是笼罩在阴谋论和传销中的庞氏骗局，这说明大多数人的缺乏对这个新事物的基本认识，包括我身边的一些朋友，也是半知半解。因此，我觉得有必要写一篇关于比特币原理的介绍性文章，介绍比特币的基本原理。为了帮助大家快速理解，这篇文章比较简单，只讲基本概念，多为干货，注意吃。

比特币的发展

比特币有一段奇妙的发展历史，但它的实际发展历史只有 8 年。它从2008年金融危机开始萌芽，当时各国为应对危机出台了宽松的货币政策，主权货币信用已降至冰点，信用货币的弊端暴露无遗。也就是说，以国家信用为基础的货币体系并不那么可靠。比特币就是这样诞生的。它的基础侧重于数学而不是学分。整个交易系统的可靠性寄托在密码学上，交易规则的创新以数学为基础。

最早在中本聪的论文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》中介绍了一种基于去中心化网络的数字货币。目的是设计一种可以降低交易成本、保证交易的数字货币。匿名性和不受中央清算机构控制的货币体系。

2009年，比特币在线交易网络上线，第一批50枚比特币被中本聪亲自挖出；

2010年，美国一位程序员完成了第一笔交易，用10000比特币买了一个披萨（按照现在的汇率，这10000比特币现在价值超过6000万元人民币（2017年1月），最贵的披萨永远）；

2011 年对比特币来说是黑暗的一年，发生了多起黑客攻击和盗窃事件，世界上最大的在线黑市 SilkRoad 开始了除了比特币的阴暗面之外，还开始使用比特币作为一种解决方法来提高其网站的匿名性，高度的匿名性也为违法行为提供了极好的工具；

此后，比特币一帆风顺，兑人民币汇率一度逼近万。 2009年投资，投资回报至少1000倍以上；

短短8年，一个乌托邦式的理想货币计划，总市值近200亿美元。中本聪的去中心化货币设计不得不说是非常成功的。当然，除了金融业的发展背景，比特币本身具有以下优良特性，使其规模日益扩大。

一、货币发行规则。比特币的发行基于奖励。每产生一个区块，节点都会获得相应的奖励，让大家有动力投入资金来维持整个交易网络的正常运行（交易网络的正常运行需要巨大的计算成本。目前，绝大多数算力由矿机提供，矿机的主要目的是获得奖励，这样的设计将发币和扩节点巧妙地结合起来，相互激励。

第二，可靠的分布式账本。分布式账本的优势在于保证交易是不可变的，除非你可以修改整个网络节点账本的一半以上，这是非常不可能的。

第三，匿名交易。比特币的兴起与黑市交易和非法洗钱密不可分，而这些交易需要可靠的匿名交易平台。基于密码学，即可以为一笔交易生成数千个“账户”，无法区分且完全匿名，增加了追踪难度。

比特币基于数学原理，而不是信用。在这方面，它是现代货币演变的重要标志。这是人类第一次将数学作为货币的基础。比特币本质上是相对公平和公正的。它为我们的经济找到了一种新的可能性，即摆脱具有数千年历史的中心化金融体系，建立一种具有数学理性的新经济形态。

基本数学原理

比特币的数学原理主要涉及两个方面，一是数字签名和非对称加密技术，二是数字指纹技术。懂数字加密技术的可以跳过这个介绍。

1、数字签名机制

数字签名是现代计算机密码学中的一个重要概念。比特币的数字签名基于非对称加密算法。具体例子如下：如果小明想给小红发一条消息，但是这条消息可能是小张监听的，于是他们想了一个好办法，通过一套协商好的加密规则对信息进行加密，这样即使小张监视着内容，因为他不知道加密规则，所以还是无法破译消息的内容。这称为对称加密。

对称加密场景

但对称加密的明显缺点是小明需要将加密规则告知小红。如果小张能够截获加密规则，那么小明和小红之间的信息交换就可以破解，小张也可以伪造。小明向小红发送虚假信息，所以我们需要另外一套通信规则来避免这种情况。

非对称加密可以有效解决上述问题。首先，小明需要一对公钥和私钥。公钥和私钥成对存在。公钥是通过不可逆的数学公式从私钥生成的。公钥和私钥遵循以下规则：

1、用公钥加密的信息可以用私钥解密，反之不行；

2、用私钥签名的信息可以用公钥验证，即验证签名；

通过以上规则，我们可以设计如下信息交互场景：

使用私钥签名和公钥验证场景

从上图我们可以看出，在这种情况下，整个系统中没有人可以伪造小明发送消息，因为只有小明知道他的秘钥，这样的设计可以有效保证发件人不被恶意伪造.

当然，这种机制也可以进行加密信息传输：

公钥加密和私钥解密示例

以上是数字签名和非对称加密的主要内容。两者结合可以保证交易的安全性。签名算法的一般原理可以用下面一个简单的数学例子来说明：

我们将两个数字相加，例如 2+8=10。这个结果只需要一次操作就可以验证，但是从10中推导出2和8是比较困难的，因为有很多可能性。这说明我们可以找到一种不可逆或难以逆向的数学算法，并利用该算法实现非对称加密。

其实比特币使用的是椭圆曲线数字签名算法（SECP256K1），可以很大程度上保证交易过程不会被破解，正常使用时我们不用担心。比特币钱包地址的生成也是基于这个算法，首先从随机字符串中生成秘钥，然后用算法生成公钥，公钥经过变换生成比特币钱包地址。也就是说，我们只需要知道随机种子或者你可以使用秘钥计算钱包地址，但是这个过程是不可逆的，所以保护你的秘钥非常重要。

2、数字指纹

如果小明给小红发消息，小红被小张截获后如何验证消息没有被篡改？小明想到了一个聪明的办法。他提前将发送的信息进行了转换，生成了一个字符串。如果原始信息被篡改，字符串也会发生很大的变化，然后将两端的消息发送给小红。小红收到后，首先对收到的信息进行同样的变换，得到一个字符串，然后将该字符串与小明生成的字符串进行比较。如果它们相等，则意味着该信息没有被篡改。流程如下：

1、小明将发送的信息通过算法转换得到指纹字符串。

2、将信息和对应的指纹字符串发送给小红。

3、小红提取信息，进行同样的变换，得到第二个指纹串。

4、小红可以通过比较两个字符串来判断信息是否被篡改。

我们将上述过程称为数字指纹技术，广泛应用于比特币交易系统。常见的数字指纹算法有MD5/SHA1/SHA256等，注意数字指纹也是不可逆的，也就是不可能通过指纹字符串逆推导出原始信息。

贸易原则

比特币交易是去中心化的。为了便于理解，我们不妨想象一个故事。故事中共有三个主角：小明、小红、小张。小明想给小红转一笔钱。传统的交易流程应该是这样的：

1、指定结算中心记账，需要维护一个中央账本。在这个图中，小张扮演了这个角色；

小张作为结算中心的作用

2、小明支付给小红的结算流程。

小明付给小红100元的结算流程

我们可以看到小明给小红的付款是由小张完成的，小张通过操作账本完成了转账。账本是不透明的，每个人只能查看自己的账户信息，而小张可以随意查看和操作自己的个人账户。

3、货币的发行

我们当前的货币体系以信用为基础。事实上，我们使用的货币的价值是由国家信用支撑的。中央银行发行货币。中央银行估计市场需要的货币总量，然后印制相应的货币。数量，然后主要通过商业银行以负债的形式发行，使货币流通到市场上。整个货币发行都是以央行为中心，凭空打印出来的，货币的价值很大程度上取决于我们。信任中央银行。

4，这个系统有问题。

显然，在这样的结算系统中，小张的位置非常重要，每个人的账户信息都被组织在一个由他维护的中央账本中。对于小明和小红来说，这笔支付是建立在对小张的信任方面，因此，中心化交易系统存在以下缺点：

1。过度依赖有能力冻结所有账户的中央清算机构；

2、唯一的总账有丢失或损坏的风险；

3、交易成本较高，需要一个中央机构来进行所有账簿操作；

4。通胀风险。由于货币是由中央机构发行的，存在这些机构乱发货币的风险，但中央银行通常采用这种方式来调节经济；

针对这些问题，比特币给出了相对较好的解决方案。由于比特币采用分布式账本，没有中央结算机构，因此在底层原理上与传统货币体系有很大不同。事实上，比特币中所有的交易节点都是平等的，每个节点都负责维护一个账本，所有的账本每隔一段时间就会同步一次。比特币网络还提供了“民主”的账本决策机制，保证每一刻只有一个有效的账本，一般交易流程如下：

小明、小红、小张需要交易，但彼此不信任，不能接受其中一人单独负责记账，所以同意每个人维护一个账本用你的银行卡买比特币是不是骗局，并且分类账是不可区分的所有交易都记录在不依赖于单个分类账的情况下。在这种情况下，每个人都是记账人，但每次记账的结果可能不同，那么谁以谁为准呢？于是他们同意最终版的账本是由投票机制保证的，三者中有两个的记账结果相同，然后强制大家的账本与最终版同步，于是开始愉快的交易。流程如下图：

分布式账本同步流程

我们重新审视了过程中发生的事情：

1、交易摆脱对中央账本的依赖，记账由大家共同参与；

2、民主化的决策机制，一半以上的相同账本被视为有效账本，其余被强制同步；

3。记账成本分散，全网分摊；

4、杜绝了账本被篡改的可能性，至少篡改网络中一半以上的账本才能生效；

以上就是去中心化交易的核心原理，但是这个系统还有一些致命的漏洞，比如双重支付等等，这里就不一一列举了。

真正的比特币交易是基于密码学的。彼此之间通信的隐私保护是由一对公钥和私钥完成的。简化步骤如下：

第一步，小明要转账一笔钱给小红，他先用自己的私钥签署了一条转账消息，里面包含以下信息：

1、小明自己的钱包地址；

2、小红的钱包地址；

3、转账信息（转账金额、时间等）；

4、小明的公钥；

第二步，小明通过比特币网络向全网广播转账信息，全网每个节点都可以收到转账请求；

第三步，验证他人（小张和小强）的转账信息，主要验证以下几点：

1、信息是否是小明发送的，可以通过小明的公钥验证；

2。小明的钱包地址是否有足够的钱，因为账本是公开的，每个人都可以查看。根据交易记录，可以查看小明的余额是否充足。

第四步，其他人公布验证结果，投票决定交易是否有效。如果有效，则将交易记录保存到最新的账本中，其他所有账本同步到这个账本上（其实这部分工作是由很多矿工完成的，这是一个简化的过程，可以理解在这个阶段以这种方式）。

第五步，小红确认收货，同步后小红通过观察最新的账本就可以知道是否收到了。

小明给小红转账100元的场景

以上是比特币交易流程的简化版。我们注意到，在这个过程中，验证信息的小强和小张起到了至关重要的作用，这些人都是矿工。

矿工

我想很多人对比特币的第一印象是矿工。经常有新闻报道某位矿工挖了多少比特币，一夜暴富。与此同时，问题也随之而来，矿工的主要工作是什么？采矿如何运作？为什么挖矿需要这么高的配置？

其实，比特币网络中矿工的主要工作就是记账。每个矿工都持有一个账本，该账本是从其他矿工那里复制而来的。在中本聪的设计中，谁记账快，谁记账谁记账，系统会自动奖励一定数量的比特币。因此，矿工之间存在事实上的竞争，竞争的是计算机的计算能力。

在这个系统的激励下，为了获得奖励，矿工会不断的加入。更聪明的是，矿工不仅承担了记账的核心工作，系统还通过奖励比特币来扮演发行货币的角色。效果，一石两鸟。

您可能会认为会计不需要大量的计算机能力，那么为什么矿工要在高性能显卡上花费巨资？这是关于中本聪的另一个规则设计。他规定，所有矿工都必须计算一个数字，这个数字是完全随机的，谁计算正确就可以获得记账权，而计算这个数字需要计算机不断进行。尝试所有可能性。这个时候，谁的算力最强，谁就最有可能算出数字，夺取记账权，获得奖励。具体步骤如下：

1、小明广播传输请求；

2、这个转账请求被所有矿工收到；

3、所有矿工开始验证本次交易请求的有效性，即通过公钥验证发送方，验证数字密钥是否被篡改，自身与支付账户的余额是否为足够了；

4。验证工作完成后，矿工又开始计算一个数字，这需要大量的计算能力。谁先计算，谁就可以获得本次交易的记账权；

5，矿工A先获胜，他将自己的计算结果广播给其他矿工查看；

6、其他矿工通过检查，认可A记账的合法性；

7、矿工A将交易信息添加到自己持有的账簿中；

8、系统定期将A的账本同步给其他矿工，保证账本的一致性；

当然用你的银行卡买比特币是不是骗局，以上是一个简化的过程。实际上，矿工争夺打包一个区块的权利（可以理解为账本中的一个页面）。一个区块是10分钟内全网所有交易的集合。区块的打包权加盖时间戳后，区块被添加到区块链的末尾（可以理解为账本）。

账本同步问题

从上面的描述我们可以看出，比特币的核心在于如何同步这些分布式账本，防止这些账本出现重大差异。对此，中本聪提出，所有账本都应该记录最长的账本链。受制于：

比特币的账本树

当两个节点的账本记录不一致时，如上图中的分支1和分支2，系统会默认以最长的链为主分支。在这个图中，选择了分支 2 作为主分支，即所有的账本都以 分支同步。这种机制确保不会有太多的分叉。在比特币系统中，所有节点每10分钟会自动同步账本，并将最新的分支同步到自己的账本中。

双重支出问题

有这样一种可能，小张打算从小明和小红那里买东西，但他打算在两个地方花一个钱，原理如下：

1、先向小明发起正确的支付请求，等待小明确认；

2、交易确认后，最新的账本多了一个分支，小明看到并确认支付；

支付给小明的账本分支

3。小明确认收款后，小张将账簿的最新分支备份一次，绕过小明的支付记录，以此为起点向小红发起支付；

支付小红后的账本分支

4、此时账本中有两个分支，然后小张在小红的分支上继续交易，因为比特币会默认最长的分支作为主分支，小明支付的分支会是忽略并删除。

双重支付完成

上面的问题就是所谓的双重支付。为了防止出现这种情况，中本聪提出，当一笔支付完成时，交易链必须在当前交易的基础上增加至少 6 个交易页，才能被识别。由于每个交易页面都被提升，因此计算一个随机数需要大量的计算能力。在此规定下，小张若要实现双重支付，必须在小红的分行页面上生成至少6个交易页面。不得不承认，算力的代价是无法估量的。即使算力很大，也很难赶上账本的自然增长，中本聪从数学的角度证明了这种机制的可行性。防止双重支出。

中本聪提出的工作量证明机制是为了防止双花，这也是比特币在设计上优于其他电子货币的体现。

区块链技术

块是交易记录的集合。我们可以将其理解为普通账本中的一页。每个页面记录了很多不同的交易信息。这些页面按时间顺序绑定，形成区块链。账本是区块链技术的体现。

在比特币网络中，每10分钟，整个网络的交易都会被打包，打上时间戳形成区块，并入比特币账本，也就是区块链。打包是由各个节点的竞争决定的。谁先算出随机数，谁负责打包核算。

区块链技术不仅应用于比特币，现在也越来越受到其他行业的青睐。它的优势不言而喻。分布式存储结构和去中心化决策机制可以有效保证信息的安全性。决策的公正性，这也是比特币的潜在价值之一。

比特币钱包

因为比特币账本是公开的，也就意味着每个人都有权查看每一笔交易，而且所有的交易记录都是透明可见的，那么它是如何实现匿名交易的呢？这涉及到比特币钱包地址的生成机制。在比特币网络中，钱包地址的概念相当于我们日常的银行账户，密钥相当于对应的账户密码。不同之处在于比特币没有开户流程。 ，无需认证，我们想要得到一个钱包地址很简单：

第一步生成随机字符串（也可以自己定义密码）；

第二步，对字符串或密码（私钥）进行变换（哈希变换SECP256K1）生成公钥；

第三步，将生成的公钥重新编码（BASE58)，生成钱包地址，公钥和钱包地址可逆，两者在密码学上等价；

从上面的过程可以看出，我们可以离线生成大量的钱包地址，而这些钱包没有实名注册，也就是说我们可以在没有用户的情况下生成大量的银行账户，并且甚至为每笔交易生成多个钱包地址。增加追踪难度，有效隐藏财富。比如钱包应用BLOCKCHAIN为每笔交易生成一个单独的钱包地址。

如果政府强制钱包地址实名注册怎么办？比特币钱包的生成不依赖任何机构，可以离线生成，无法实现完整的实名注册。

从比特币钱包的生成原理，衍生出一个很有意思的概念，就是大脑钱包，它的工作原理是这样的：

1、用户想象一段文字，可以是任何东西，只有用户自己知道；

2、使用此文本生成密钥；

3、使用密钥生成钱包地址；

因此，只要用户知道初始文本，就可以随时复制钱包密钥和地址。只要初始文字不泄露，钱包对应的财富是安全的，不需要银行卡、存折等，只需要背一段文字即可。

假设你是贪官或罪犯，需要接受汇款，所以你想象一个只有你知道的密语，并用密语生成比特币钱包，然后将钱包地址发送给对方，而对方将用人民币或美元兑换成比特币，将这些比特币转入你指定的钱包地址，就完成了一次非法交易。在这个过程中，你是完全匿名的，唯一最重要的密语储存在你的大脑中，你不需要以虚假身份开户，随时可以兑现，更重要的是，你不会通过银行结算系统。

由此看来，比特币可以有效降低贿赂、洗钱、非法交易等监管风险。

比特币的价值回归

确实，比特币的汇率屡创新高，但仍然很难认清比特币真正的价值支撑。在近8年的发展历程中，比特币始终无法回归其货币本质。在发展方面，比特币在很长一段时间内仍会摇摆不定地寻找自己的价值锚。今天比特币的价值主要集中在以下几个方面：

1、稀缺性，比特币的发行是一个收敛的过程，奖励定期减半，即货币发行减半。随着时间的增加，比特币的产出最终会减少到 0，至此所有比特币发行后，数量稳定在 2100 万枚。从长远来看，比特币还是有一定的投资价值的。在这方面，比特币和黄金更像；

2、技术价值，源自比特币的区块链技术，已逐渐开始应用于其他领域。这项技术对相关行业的价值是不可估量的。许多外资银行都采用了区块链技术。技术应用于具体业务，提高自身业务效率，但技术的价值不能算作比特币本身的价值。

3。黑产业。比特币自推出以来一直深受黑人喜爱。其中最著名的是丝绸之路。该网站出售大量违禁品，从小型毒品到枪支弹药。比特币涉及的非法区域规模难以估计，但通过比特币兑换货币和洗钱确实更容易。我们只能推测，与比特币相关的地下产业有大量。

4、货币的本质，其实目前比特币的货币属性相当薄弱，整个亚太地区支持比特币支付的线下商店并不多，虽然它确实是流通货币比特币若不想成为单纯的投资品，就需要强化其货币属性，回归其货币本质。

比特币所处的环境越来越复杂，其能力的多样性也在不断探索。从最初的理想化货币到现在的通才，比特币能否回归其作为货币的本质仍是未知数。目前，国内比特币市场仍以投机为主，比特币价格每年都会有一段时间大幅波动。至于比特币，它在价值回归的道路上不断流失。

一个人知道的有限，多交流一下获取丰富的项目操作技巧