比特币(最全)

疯狂者游戏——全网唯一不可伪造数据比特币原理（概述）中山大学计算机（研）张小秋——[e-mail]2020/3/50“比特币”是什么？2020/3/5张小秋——[e-mail]1比特币是一种虚拟货币（数字货币）。比特币是一种由开源的P2P软件产生的电子币，数字币，是一种网络虚拟资产。比特币也被意译为“比特金”。比特币基于一套密码编码、通过复杂算法产生，这一规则不受任何个人或组织干扰，去中心化；任何人都可以下载并运行比特币客户端而参与制造比特币；比特币利用电子签名的方式来实现流通，通过P2P分布式网络来核查重复消费。每一块比特币的产生、消费都会通过P2P分布式网络记录并告知全网，不存在伪造的可能。比特币的特点：1.数字货币。2.不依托于任何国家或组织而利用计算机技术独立发行。3.通过P2P分布式技术实现，无中心点。4.所有人均可自由的参与。5.总量有限，不可再生。6.本身机制开源，可以被山寨。比特币的特点延伸2020/3/5张小秋——[e-mail]21.较大的政策风险，国家组织是否会承认？目前德国是唯一承认比特币具有合法货币地位的国家。美国表达了支持的态度。2.安全性如何得到保证，被盗了谁来给你找回？11年MyBitcoin遭遇黑客攻击，7.8W比特币至今下落不明。3.总量有限决定了比特币极具投机色彩，价格犹如失控的过山车。10年比特币仅为数美分一个，13年3月突破45美元/个，13年11月突破800美元/个。4.山寨币是否对比特币的生态造成威胁？山寨币层出不穷，目前发展的比较好的山寨币有LTC（莱特币）。5.比特币本身机制是否存在未发现的致命漏洞？比特币机制从目前来看似乎是“精妙绝伦、无懈可击、堪称神作”，但它毕竟仅存在了不到5年（09-13）。比特币的技术原理2020/3/5张小秋——[e-mail]308年，一个名为“中本聪”的人在网络上发表了一篇论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》（Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem）“中本聪”是谁？“中本聪”是个匿名，无人知道其背后的真人是谁。“中本聪”本人在完成了比特币的基本构建后就从网络上销声匿迹了，在偶尔的时候会出来冒个泡（比如有人呼吁维基解密应当接受比特币捐款时，“中本聪”说“不，不要这样。”利用比特币进行的第一笔交易是在10年，一名用户通过发送10000枚比特币购买了一个披萨。比特币的技术原理（交易）2020/3/5张小秋——[e-mail]4如何交易：每一位所有者（A）利用他的私钥对前一次交易T1和下一位所有者（B）的公钥（俗称：地址）签署一个随机散列的数字签名，A将此数据签名制作为交易单T2并将其（交易单T2)广播全网，电子货币就发送给了下一位所有者。要点：1.交易发起者的私钥：私钥为个人所知，他人无从知晓。2.前一次交易：前一次交易数据说明了该次交易的货币的来源（这部分货币是怎么到当前发起人这里来的）。3.下一位所有者的公钥：即交易接收方的地址，此数据说明了当前交易的目标是谁。4.数字签名：发起方将前一次交易数据和接收方公钥连接起来并对其求Hash值x，再利用自己的私钥对x加密，便得到了这份数字签名。比特币的技术原理（交易）2020/3/5张小秋——[e-mail]5比特币的技术原理（交易）2020/3/5张小秋——[e-mail]6验证交易：1.利用交易T2中交易的发起方A的公钥对签名进行解密，得到整数x。2.将T1交易数据和B的公钥连接起来，用同样的Hash算法计算Hash值y。3.若x==y，说明：a.这笔交易确实是A本人发起的，因为只有A本人的私钥才可以生成此签名（A同时也无法否认自己曾签署了此份交易）。b.交易的目的方确实是B。c.发起方确实是打算把交易T1中A获得的货币发送给B。比特币的技术原理（交易单与Block）2020/3/5张小秋——[e-mail]7交易单记录一笔交易的具体信息，比如付款人（交易发起方的公钥）、收款人（交易接收方的公钥）、付款金额（上一笔交易信息）、付款人签名（加密后的Hash值）等。比特币虽然是电子货币，但比特币系统中并没有特定的数据结构用来单纯代表货币。本质上，比特币的存在是通过交易单来提现。通俗的来讲，现实生活中我们有实在的纸张来代表我们的货币（比如面值10块的RMB纸张代表着10块钱RMB），当我们去银行核对财务时银行也提供对账单来表示我们的货币去留。比特币的提现依托于交易单，交易单类似于银行的对账单，其通过记录货币的去留来证明你有多少货币，而不是提供给你具体的货币单元。比特币的技术原理（交易单与Block）2020/3/5张小秋——[e-mail]8Block(块、账簿）：记录交易单的数据单元叫做Block，一个Block上会记录很多交易单。Block有很多份，每个Block只记录比特币全网10分钟内的交易信息，每约10分钟产生一个新的Block。截止2013年11月24号10:24,全网已有27192个Block被生产出来。生产Block的过程，被形象的称为“挖矿”，生产工也被称为“矿工”。比特币的技术原理（Block的产生——挖矿）2020/3/5张小秋——[e-mail]9Block怎么来的：通过复杂的密码学计算产生，计算过程即“挖矿”。钱（比特币）怎么来的：一个Block被创建后，这个Block里初始就有钱(归创建这个Block者所有）第0个–第21万个Block,每个Block里有50个比特币第21万-第42万个Block，每个Block里有25个比特币依次递减，最后比特币全网中只会有2100万个比特币等比数列求和公式：比特币总数=21W*Sn=21W*50/0.5=2100W币,（lim(1–q^n)=0）最后比特币的实际可用个数应少于2100W，因为会有部分币随着拥有者的密钥丢失而永远的无法流通（尽管记录这些币的交易单还在，但谁也无法使用它）比特币的技术原理（Block的产生——挖矿）2020/3/5张小秋——[e-mail]10Block的产生细则：全网每十分钟（算法动态调节至约十分钟产生一个）产生一个新的Block，每个新的Block含有的一定数额的比特币归创建者所有，此规则称为“激励”。比特币体系的设计要求：Block应由那些最诚实最勤劳的节点产生，因而引入工作量证明机制。比特币体系倾向于认为：一个节点在提供信息之前付出了巨大的工作量，那么他可能是诚实的概率比较高（他提供的Block中数据最有可能没有问题，当然无论如何其他节点也是会对其进行检查的）。具体产生原理：节点尝试寻找一个随机数（又称“幸运数”），使得将最后一个Block的hash值、当前世界中尚未被加入到任何Block的交易单、随机数三部分组织起来送入SHA256算法计算出散列值X（256位），如果X满足一定条件（比如前20位均为0），那么该节点初步获得创建Block的权利。比特币的技术原理（Block的产生——挖矿）2020/3/5张小秋——[e-mail]11SHA256简介（密码学范畴）：SHA256是一种求Hash值的算法，将任何一串数据输入到SHA256将得到一个256位的Hash值（散列值），相同的数据输入将得到相同的结果。输入数据只要稍有变化（比如一个1变成了0）则将得到一个千差万别的结果，且结果无法事先预知（雪崩效应）。正向计算（由数据计算其对应的Hash值）十分容易。逆向计算（俗称“破解”，即由Hash值计算出其对应的数据）极其困难，以至于在当前科技条件下被视作不可能。比特币的技术原理（Block的产生——挖矿）2020/3/5张小秋——[e-mail]12挖矿过程实际上就是反复去尝试寻找一个随机数，该随机数加上其他数据后，SHA256算法计算它们的Hash值X，该X必须满足特定条件。矿工为寻找该随机数而付出的劳动被看成是为生产新的Block而付出的工作量，通常需要反复尝试上亿次才能成功找到一个满足条件的随机数（小道消息：据说全世界至少有500台超级计算机被低调的拿来干这事)。比特币的技术原理（Block的产生——挖矿）2020/3/5张小秋——[e-mail]13如何破解摩尔定律？比特币体系要求平均10分钟才可产生新的Block，但是在计算机硬件日新月异的今天，如何做到这点？戈登·摩尔（Inter创始人之一）指出（摩尔定律）：集成电路上可容纳的电晶体数目，约每隔24个月便会增加一倍。通俗的理解是：计算机的性能，每隔18个月会提高一倍。摩尔中本聪比特币的技术原理（Block的产生——挖矿）2020/3/5张小秋——[e-mail]14工作量证明难度系数：对于每个Block存在一个难度系数，此系数可以转换为一个256位的整数，挖矿计算出的Hash值X必须小于该整数，此条件作为寻找随机数的附加条件。当某时刻网络检测到新Block的产生速度不符合约10分钟一个时，将调解该系数（加大或者缩小），从而使下一个Block的产生速度符合预期。全网每2周检测一次Block产生速度并依此对难度系数进行调节使得Block产生速度符合预期。每个Block会记录其本身产生时的难度系数数值，因此每个节点都可以根据历史Block计算出当前的难度系数。比特币的技术原理（Block的组织方式:Block链）2020/3/5张小秋——[e-mail]15Block链：所有的Block以双向链表的方式链接起来，且每个Block都会保存其上一个Block的Hash值（这样Block之间的顺序一旦确定就无法更改）。只有一个Block无上一节点，即：创世Block（第一个Block)。Block链全网唯一，每个节点都有相同的备份。Block链一旦有更新则全网通知。比特币的技术原理（Block链的那些事儿）2020/3/5张小秋——[e-mail]16Block链的更新：每当节点（矿工）计算出了一个符合条件的随机数时，它仅仅获得了创建临时Block的权利，它立即将相关数据打包好作为一个临时Block并广播全网。每10分钟内全网不止一个节点能计算出幸运数字，即十分钟内会有多个节点在网络中广播它们各自打包好的临时Block（都是合法的）。通过谁先计算出谁后计算出来决定接受谁的临时Block转正显然很难做到，因为所有节点的时间不可能严格一致（而且可以任意被调节），而且网络传输有快有慢。Block链分支：某一节点若收到多个针对同一前续Block的后续临时Block，则该节点会在本地Block链上建立分支，多个临时Block对应多个分支。比特币的技术原理（Block链的那些事儿）2020/3/5张小秋——[e-mail]17全网唯一的Block链是那支付出最大计算力的分支，也即最长分支。节点总在它认为最有可能成为最长分支的分支上继续工作（否则一旦当前工作的分支被其他分支淘汰，那么当前做的计算工作会前功尽弃）。节点按照以下原则决定在哪条分支（最大期望分支）上继续工作：1.不同高度的分支，总是接受最高的分支。2.相同高度，接受难度最大的。3.否则接受先收到的。每当Block链高度增加，则重新选取最大期望分支（以分支的实际增长速度为准），当某分支的高度稳定的高于其他分支时，其他分支将会被网络彻底抛弃。比特币的技术原理（Block链延伸）2020/3/5张小秋——[e-mail]18按照上述原则工作的节点被称为“诚实节点”，换言之，节点可以不按照上述原则工作（比如死守自己创建出的分支）。分支博弈：假设所有节点均独自挖矿不理会其他节点，且当分支出现时死守对自己有利的分支。那么算力最强的节点（节点群）挖得的分支必然是最长的。对于某个节点而言若其收益存在不被认可的风险（其工作的分支被其他节点抛弃），那么必然导致众多节点联合起来成为节点群共同挖某一分支，以尽可能使