技术贴 | 区块链和比特币技术原理介绍（不错的深度文）

区块链技术可能真的很有价值，但笔者对比特币是否有价值表示高度怀疑。

由于去中心化，没有任何机构为比特币持有者提供保护。 比特币一旦被黑客窃取，没有人能够提供相应的帮助。 这种不安全的属性让公众很难接受比特币。

此外，比特币复杂的运行方式和原理是推广的巨大障碍。 而且，随着量子计算机等超级计算机的出现，比特币所依赖的哈希算法和非对称加密算法将面临被破解的风险，这也是隐患之一。 电能的巨大消耗也是一个不容小觑的问题。

因此，笔者并不看好比特币。 但是，比特币精巧的设计以及技术与社会学的高度融合，都为区块链技术的发展提供了很好的范本。 所以我们可以把它作为一个很好的研究样本。

基础知识

本文要求您对比特币有一定的了解。 比特币本质上是一个分布式账本，每个节点（peer）都可以拥有所有交易的完整记录。 当交易发生时，通过一种机制来保证交易的真实性和可靠性。 本文是对该机制的技术概述。

钱包

电子钱包是比特币网络上交易双方进行交互的手段。 钱包生成一个公钥和一个私钥来签署每笔交易。 公钥是公开的，任何人都可以获得。每个电子钱包具有三个功能

交易交易

交易是交易输入、交易输出、值和签名的集合。

电子钱包交易规则：

注意：要发送比特币交易，您必须已经拥有比特币。 可以通过支付美元等其他货币获得比特币。 按照设计，比特币矿工得到一些比特币用于确认交易，一些比特币是交易之间的差价，还有一些被称为创世交易，这是唯一不需要交易输入的交易。

交易示例

如果 Justin 想给 George 发送 6 个比特币：

总帐：

注意：摘要交易（#4）中的“价值”字段是对确认交易（矿工）的奖励。 奖励越高，交易处理得越快。

聚合交易 (#4) 将从 Justin 未使用的交易中删除交易 #1 和 #2 作为交易输入。 由于所有输入的总数是 8 个比特币，比贾斯汀想要发送给乔治的多 2 个，输出将包含一个将 2 个比特币发送回贾斯汀的交易。

钱包使用私钥签署摘要交易 (#4) 的标头，并将签署输出交易 (#5 和 #6)。 然后钱包会将交易#4 发送到比特币网络进行确认。

比特币网络上的每台主机都会收到交易并尝试确认它。

为确认交易比特币的本质属性，节点将： 根据发送方公布的公钥检查交易签名的正确性。

如果验证通过：

将确认的交易发送到比特币网络。

堵塞

确认交易（#4）被添加到确认交易池中。 节点（也称为矿工）会从交易池中收集已确认的交易（通常是同时发生的）并放入一个区块中，即一个区块包含许多同时发生的已确认交易。 用于“工作证明”处理的签名和其他一些字段。

矿工将生成该区块中所有已确认交易的“区块哈希”。 然后他们将通过“工作证明”的过程。

工作量证明被设计为处理器密集型，因此计算合格哈希所需的时间变得随机。 矿工将一个随机整数（称为'nonce'）附加到'block hash'，然后根据'block hash + nonce'生成一个新的hash，并查看它是否满足'工作量证明'。 上述过程会一直重复，直到找到一个满足“工作量证明”的“nonce”。

所谓的工作证明是对随机数的要求。 一般要求随机数的前几位为0，那么前几位呢？ 这由 zeros 字段指示。 数字越多比特币的本质属性，难度越大。 根据设计，它会逐渐增加并在网络中形成共识。

一旦矿工找到满足“工作证明”的“随机数”，它将：

比特币网络中的节点将收到区块并开始确认。

为了确认区块，Peers 将：

如果一切顺利：

区块链

区块链是一个简单的结构，包含已确认区块列表、按时间顺序排列的交易列表、未花费交易列表和区块链的当前哈希值。

注意：同一个区块中的所有交易被称为同时发生。

当 Peers 将 Block 添加到区块链时，区块链将：

如果一切顺利：

原始区块链：

更新的区块链：

个人账本：