比特幣從何而來？一文詳解比特幣白皮書
2008 年 10 月，以中本聰 (Satoshi Nakamoto) 為名的個人或團(tuán)體發(fā)布了比特幣白皮書，為全球支付執(zhí)行方式的根本性變革以及整個行業(yè)的數(shù)據(jù)管理轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)。
- 比特幣作為一種數(shù)字貨幣在一篇名為《比特幣：一種點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的論文中被介紹給世界
- 比特幣白皮書只有九頁，是一項關(guān)于無信任電子交易系統(tǒng)的提案
- 比特幣網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建了一種無需可信第三方作為中介的支付結(jié)構(gòu)
- 比特幣白皮書試圖用簡單的語言將復(fù)雜的技術(shù)概念翻譯成易于理解的術(shù)語
在本文中，我們將對比特幣白皮書中概述的技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行簡單的解釋。
比特幣白皮書最初于2008年10月31日由一位或一群自稱中本聰?shù)娜嗽谝粋€名為Metzdowd的平臺的密碼學(xué)郵件列表中發(fā)布。圍繞比特幣創(chuàng)始人的真實身份，存在著各種各樣荒誕的理論和傳聞——許多加密貨幣界知名人士都聲稱自己是中本聰，或者認(rèn)識中本聰。
比特幣背后的概念基于密碼學(xué)、安全通信技術(shù)的研究以及防止公眾或第三方閱讀私人信息的協(xié)議的開發(fā)。
摘要
比特幣白皮書第一頁的開頭是出版物的摘要，其中包含描述白皮書內(nèi)容和目的的摘要。
從根本上講，比特幣的目的是開發(fā)一種計算機(jī)技術(shù)，使多方能夠直接在線相互支付（“點對點現(xiàn)金系統(tǒng)”），而無需銀行等金融機(jī)構(gòu)的介入。首先，毋庸置疑，此類交易的底層系統(tǒng)需要滿足一系列安全要求。
由于擬議的交易將以非現(xiàn)金形式在線執(zhí)行，因此需要解決雙重支付問題。雙重支付是數(shù)字現(xiàn)金系統(tǒng)的一個潛在弱點——如果有人復(fù)制或偽造代幣，同一價值單位（代幣）可能會被重復(fù)使用。
這種去中心化現(xiàn)金系統(tǒng)運作的先決條件是
- 系統(tǒng)運行各方的合作（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）
- 確保以前的記錄永遠(yuǎn)不會被改變（不變性）
- 根據(jù)一定的規(guī)則對交易的有效性達(dá)成一致（共識）
換句話說：各方需要就規(guī)則達(dá)成一致，并按照這些規(guī)則進(jìn)行合作，同時確保記錄根據(jù)這些商定的規(guī)則有效且不可更改。
簡介——比特幣從何而來？
比特幣白皮書的引言部分概述了比特幣創(chuàng)始人為何認(rèn)為需要一個無需信任的現(xiàn)金系統(tǒng)。其主要原因是，在商業(yè)環(huán)境中通過銀行等金融機(jī)構(gòu)運作的傳統(tǒng)支付系統(tǒng)存在諸多缺陷。
首先，傳統(tǒng)支付通常涉及高昂的交易和調(diào)解成本，如果交易出現(xiàn)爭議（例如需要撤銷交易），則可能產(chǎn)生這些成本。
其次，傳統(tǒng)支付系統(tǒng)容易出現(xiàn)欺詐；第三，它們始終需要可信的第三方。比特幣白皮書提出了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，第三方（如有）例如為主要交易方提供的托管服務(wù)，可以輕松實現(xiàn)，但僅在需要時通過觸發(fā)某種編碼操作來實現(xiàn)。
交易
電子貨幣本質(zhì)上是由數(shù)字簽名組成的鏈條。電子貨幣實際上是一行行受保護(hù)的計算機(jī)代碼，它們與前一行代碼存在關(guān)聯(lián)。電子貨幣不像傳統(tǒng)貨幣那樣握在手中，它們只存在于線上。
假設(shè)一位比特幣持有者想要進(jìn)行一筆交易。如果該持有者激活交易，將比特幣轉(zhuǎn)移給下一位持有者，那么這筆比特幣的價值就會被廣播到網(wǎng)絡(luò)中。
所有者通過對上一筆交易的哈希值（即唯一的數(shù)字指紋）進(jìn)行數(shù)字簽名來加密，從而激活將比特幣轉(zhuǎn)移給下一位所有者的流程。比特幣背后的加密機(jī)制使用兩個數(shù)學(xué)上相關(guān)的密鑰——公鑰和私鑰。它們相互關(guān)聯(lián)，但并不完全相同。
公鑰用于加密交易，私鑰則用于創(chuàng)建數(shù)字簽名——它類似于銀行賬號，而私鑰類似于銀行賬戶的訪問代碼。因此，公鑰也是比特幣所有者想要發(fā)送比特幣的接收者的地址。
需要公鑰來加密交易，并使用所有者的私鑰來創(chuàng)建數(shù)字簽名。
此信息被添加到硬幣的“末端”。
當(dāng)然，下一個所有者——接收者——希望確保發(fā)送給他們的金額未在先前的交易中被使用過。唯一的方法是讓網(wǎng)絡(luò)按照交易發(fā)生的順序?qū)λ兄斑M(jìn)行的交易進(jìn)行確認(rèn)。
網(wǎng)絡(luò)中所有交易的有效順序必須公開宣布，以便每個人都知道什么是有效的，為此，網(wǎng)絡(luò)需要就什么是有效的規(guī)則達(dá)成一致。
每個交易接收者都希望得到證明，即在他們收到交易時，網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)人都同意該接收者是第一個收到此交易的接收者，并且之前沒有其他接收者收到過相同的交易。
網(wǎng)絡(luò)中所有交易的有效順序必須公開宣布，以便每個人都知道什么是有效的，為此，網(wǎng)絡(luò)需要就什么是有效的規(guī)則達(dá)成一致。
時間戳服務(wù)器
比特幣白皮書的這一部分描述了中本聰提出的比特幣網(wǎng)絡(luò)如何使用“分布式時間戳服務(wù)器”來證明交易的生成順序。這是什么意思？
比特幣網(wǎng)絡(luò)運行在一個分布式計算機(jī)系統(tǒng)上。網(wǎng)絡(luò)中的所有計算機(jī)進(jìn)程都在分布于世界各地不同國家的成百上千臺計算機(jī)（即節(jié)點）上同時運行。所有這些計算機(jī)都相互連接，任何擁有合適設(shè)備的人都可以設(shè)置一臺計算機(jī)加入。
網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)越多，記錄的副本就越多，系統(tǒng)就越安全。顯然，同時從數(shù)千臺計算機(jī)上竊取或銷毀記錄幾乎是不可能的。因此，只要操作計算機(jī)的大多數(shù)參與者共同同意最長的數(shù)據(jù)記錄“鏈”——“有效”區(qū)塊鏈，系統(tǒng)就是安全的。
交易被打包成塊，每個塊包含多筆交易以及前一個塊的信息。時間戳服務(wù)器（一種軟件）會同時在網(wǎng)絡(luò)中成千上萬臺計算機(jī)上將時間戳添加到區(qū)塊的哈希值中。
時間戳提供了數(shù)據(jù)在此時顯然存在的證據(jù)，并且每個時間戳的哈希值都包含前一個時間戳。這樣，就形成了一個鏈條，每個添加的時間戳都強(qiáng)化了它之前的時間戳。想象一下俄羅斯套娃的比喻——一個小娃娃套著一個大娃娃，大娃娃又套著另一個大娃娃，以此類推——這就是比特幣交易的樣子。
時間戳服務(wù)器（一種軟件）會同時在網(wǎng)絡(luò)中成百上千臺計算機(jī)上將時間戳添加到區(qū)塊的哈希值中。
有效區(qū)塊
工作量證明
事實上，中本聰在最初的比特幣白皮書中建議的通用時間戳網(wǎng)絡(luò)是作為點對點計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，該網(wǎng)絡(luò)在稱為比特幣挖礦的過程中使用工作量證明算法來創(chuàng)建幾乎不可更改的交易歷史記錄。
廣義上，“工作量證明”是指計算機(jī)用戶在其計算機(jī)上解決一項中等難度的任務(wù)。該任務(wù)滿足某些設(shè)置的要求，并且本質(zhì)上很難執(zhí)行。最初，工作量證明作為一種方法被發(fā)明出來是為了遏制垃圾郵件的發(fā)送。通過要求電子郵件發(fā)送者在發(fā)送電子郵件之前執(zhí)行一些小任務(wù)（“工作”），這樣做是為了確保不會發(fā)送大量垃圾郵件。
在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，這項中等難度的任務(wù)演變成了解決一個密碼難題。多筆交易被打包成一個區(qū)塊。每個區(qū)塊包含數(shù)據(jù)——索引、時間戳、交易列表、證明、前一個區(qū)塊的哈希值以及其他信息。一個稱為隨機(jī)數(shù)（nonce，一個“一次性使用的數(shù)字”）的數(shù)字被添加到這個區(qū)塊中，用于對其進(jìn)行哈希運算。
比特幣網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點（計算機(jī)）——“礦工”——現(xiàn)在開始每秒掃描、測試和丟棄數(shù)百萬個隨機(jī)數(shù)，以找到一個符合網(wǎng)絡(luò)在區(qū)塊生成（交易分組）時設(shè)置的目標(biāo)隨機(jī)數(shù)。他們不斷重復(fù)這項“工作”，直到找到一個值，使區(qū)塊哈希達(dá)到所需的難度級別：一個以多個零位開頭的隨機(jī)數(shù)。
一旦礦工找到這樣的值，它就會被廣播到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點，經(jīng)過驗證后，一個有效的新區(qū)塊就被創(chuàng)建并添加到區(qū)塊鏈中。除非需要重做，否則無法對區(qū)塊進(jìn)行任何更改。
一個區(qū)塊包含數(shù)據(jù)——索引、時間戳、交易列表、證明、前一個區(qū)塊的哈希值以及其他信息。
新區(qū)塊的生成速度取決于網(wǎng)絡(luò)中參與驗證的參與者數(shù)量，或者所使用的計算能力。如果一小時內(nèi)生成的區(qū)塊過多，則會增加任務(wù)的復(fù)雜性——“難度”，以故意延遲新區(qū)塊的生成。
有效的區(qū)塊鏈?zhǔn)钦\實的網(wǎng)絡(luò)參與者在該鏈上投入的計算能力最長的鏈。
網(wǎng)絡(luò)
比特幣白皮書的下一部分概述了交易過程。
發(fā)送者發(fā)送一筆交易，該交易會被廣播給網(wǎng)絡(luò)中的所有參與者（盡管并非所有交易都需要到達(dá)所有節(jié)點）。每個參與節(jié)點將新交易收集到一個區(qū)塊中，并嘗試為其找到工作量證明。
一旦找到并確認(rèn)該交易之前未被花費（即雙重支付），新的區(qū)塊將再次廣播到比特幣網(wǎng)絡(luò)，并被其他計算機(jī)接受為有效（或拒絕），這些計算機(jī)將使用最后一個有效區(qū)塊的哈希值創(chuàng)建新的區(qū)塊。區(qū)塊鏈中最長的鏈被視為正確的鏈。
可能會發(fā)生兩個節(jié)點同時向比特幣網(wǎng)絡(luò)廣播下一個區(qū)塊的不同版本的情況。因此，其他節(jié)點要么先收到一個版本，要么先收到另一個版本。在這種情況下，節(jié)點將切換到最長鏈。如果一個節(jié)點沒有收到某個區(qū)塊，它會在意識到丟失該區(qū)塊后立即請求該區(qū)塊。
激勵
為了鼓勵計算機(jī)節(jié)點參與網(wǎng)絡(luò)，中本聰提出，如果提供計算能力的節(jié)點是第一個創(chuàng)建區(qū)塊的節(jié)點，就應(yīng)該獲得獎勵。比特幣網(wǎng)絡(luò)的用戶將支付交易費，當(dāng)流通中的比特幣達(dá)到一定數(shù)量時，這筆費用將成為唯一的獎勵。
由于欺騙網(wǎng)絡(luò)需要大量的算力，因此節(jié)點保持誠實的可能性比欺騙網(wǎng)絡(luò)的可能性更大。原因在于，投入算力進(jìn)行挖礦和生成新幣比投入資金控制網(wǎng)絡(luò)更有利可圖。請記住，沒有任何一家公司或個人負(fù)責(zé)運營比特幣網(wǎng)絡(luò)。它是由一個龐大的獨立計算機(jī)社區(qū)運營和驗證的。
回收磁盤空間
由于比特幣區(qū)塊鏈不可篡改，因此其規(guī)模必然會不斷增長，最終需要大量內(nèi)存進(jìn)行存儲。比特幣白皮書中假設(shè)，一個不包含任何交易的區(qū)塊頭大小約為 80 字節(jié)。
為了解決所需內(nèi)存的問題，中本聰提出，一旦交易被“埋”在足夠數(shù)量的區(qū)塊下，就可以“丟棄”之前使用的交易，以節(jié)省磁盤空間。
為了確保加密結(jié)構(gòu)（哈希值）不會被破解，白皮書建議將所有交易減少為單個哈希值（根哈希值），這可以通過使用 Merkle 樹有效地完成。
Merkle 樹或哈希樹，以科學(xué)家 Ralph Merkle 的名字命名，是密碼學(xué)和計算機(jī)科學(xué)中一種基于哈希的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)分配給密鑰。一個簡單的例子就是電話上的快速撥號——每個電話號碼都通過基于哈希的結(jié)構(gòu)分配給每個密鑰。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，Merkle 樹用于數(shù)據(jù)驗證，由于使用哈希值而不是完整的信息文檔，因此效率更高。
Merkle 樹或哈希樹以科學(xué)家 Ralph Merkle 的名字命名，是密碼學(xué)和計算機(jī)科學(xué)中基于哈希的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
Merkle 樹通常采用二叉樹結(jié)構(gòu)，這意味著每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，但也可以使用更高級別的輸出。根哈希是基于哈希的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最頂層的哈希，也是區(qū)塊頭的一部分。它用于確定哪些交易是存在的。
2008年比特幣白皮書發(fā)布時，估計每年至少需要4.2MB（兆字節(jié)）的內(nèi)存存儲空間。這是基于每十分鐘生成一個區(qū)塊，每個區(qū)塊等于80字節(jié)的假設(shè)。每小時，這相當(dāng)于80乘以6，然后乘以每天的成本，再乘以每年的成本，即相當(dāng)于800億乘以（6X24）乘以365。
2008 年，典型的計算機(jī)系統(tǒng)配備 2GB（千兆字節(jié)）的 RAM，當(dāng)時摩爾定律預(yù)測每年的增長速度為 1.2GB，而比特幣白皮書則認(rèn)為，即使將區(qū)塊頭保存在內(nèi)存中，存儲也不會成為問題。
簡化付款驗證
通過構(gòu)建依賴于連接到可信完整節(jié)點并僅下載區(qū)塊頭的比特幣實現(xiàn)，無需用戶在網(wǎng)絡(luò)上運行完整節(jié)點，即可驗證比特幣網(wǎng)絡(luò)中的付款。
下載完成后，客戶端計算機(jī)將驗證鏈頭的連接是否正確，以及是否具備足夠的難度，以確保其為正確的區(qū)塊鏈。最后，將提供交易副本以及將其鏈接到各自正確區(qū)塊的 Merkle 分支，作為包含證明。
只要誠實節(jié)點控制著網(wǎng)絡(luò)，并且您連接到已知可靠的節(jié)點，這種驗證就是可靠的。然而，為了確保交易不會被攻擊者在無效鏈上偽造，中本聰建議使用比特幣進(jìn)行頻繁支付的企業(yè)應(yīng)該運行自己的節(jié)點，以提高速度和安全性。
簡單來說，這意味著你不需要整個鏈的記錄來驗證交易是否正確。你只需要下載默克爾樹的一個分支，并檢查它是否具有相同的根哈希值。
合并和拆分值
比特幣背后的經(jīng)驗教訓(xùn)也適用于包含多個輸入和輸出的交易——例如，如果你需要花費 35 美分，你需要將 20 美分、10 美分和 5 美分合并起來。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，交易可以包含多個輸入和輸出，從而允許價值的拆分和合并。
隱私
傳統(tǒng)銀行通過將交易信息限制在交易各方（包括第三方中介）的范圍內(nèi)來確保交易的隱私性。而比特幣網(wǎng)絡(luò)則公開所有交易。每個人都可以看到有人在發(fā)送交易，但交易無法與任何人關(guān)聯(lián)，因為沒有人知道交易的執(zhí)行方是誰。
用戶使用公鑰向網(wǎng)絡(luò)驗證身份，但需要私鑰才能訪問交易。因此，比特幣白皮書建議每筆交易都使用新的密鑰對，以確保交易無法被追溯或關(guān)聯(lián)到同一所有者。
計算
最后，中本聰想要說明比特幣網(wǎng)絡(luò)不太可能被欺詐者成功攻擊。白皮書的這一部分包含一些計算，以表明攻擊者創(chuàng)建一條與有效鏈競爭的新鏈?zhǔn)嵌嗝磸?fù)雜。由于誠實節(jié)點不會接受匹配的交易，欺詐者需要與有效鏈競爭，并利用大量的計算能力來追趕，而他們最終實現(xiàn)盈虧平衡的可能性微乎其微。
結(jié)論
比特幣是一個點對點的、無需信任的電子現(xiàn)金轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)，它使用工作量證明（PoW）來記錄交易的公開歷史。只要誠實節(jié)點控制大部分算力，它就具有極高的安全性，能夠抵御攻擊。該網(wǎng)絡(luò)由幾乎不需要協(xié)調(diào)的節(jié)點組成，這些節(jié)點可以隨意加入和離開，并且基于共識機(jī)制只接受有效區(qū)塊，拒絕無效區(qū)塊。
到此這篇關(guān)于比特幣從何而來？一文詳解比特幣白皮書的文章就介紹到這了,更多相關(guān)比特幣白皮書詳細(xì)介紹內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！
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