注册成为比特币用户时，系统会根据随机数生成私钥，私钥生成公钥，公钥生成地址，其中私钥必须保密，可以存储在硬盘中，也可以记录在大脑中，因为这个私钥是在相应地址使用比特币的唯一标识
比特币是一种电子货币，基于密码学。2008年11月1日，中本聪发布了比特币白皮书，提出了去中心化的电子记账系统。我们平时的电子现金都是银行保管的，因为银行的背后是国家信用。。分散式电子记账系统是参与者共享记账。比特币可以防止主权危机和信用风险。这个层面介绍的文章很多，本文主要从更深层次的技术原理角度进行介绍。
假设有四个人叫ABCD，他们发起三笔交易，a转十个比特币给b，b转C5比特币，c转D2比特币。如果是传统的记账方式，这些交易都会记录在银行'；这个信息会被银行记录下来。我们相信银行不会随意增加、删除、修改一条交易记录，我们也不会去关注有哪些交易。我们只关注我们的账户余额。比特币的记账方式是在ABCD里给每个人保留这样一个账本，账本里记录着上面的交易。如果每个人'；美国的账本是实时一致的，ABCD将不再需要银行。
比特币就是这么做的。每当有人发起交易，就会向全网广播一次交易，全网有人将一段时间的交易打包，分块记录。然后将这些积木一个接一个地连接起来，形成一个链条，这就是所谓的区块链。
那么问题来了
1。我为什么要参加这个系统？为什么我要使用我自己的计算机资源来存储这些信息？
2。谁的记录为准？比如上面的计费顺序，A用户可能是这个顺序，但是B可能是不同的顺序。也许连B都没有'；根本收不到C给D转账的消息。
3。如果比特币有支付功能，保证它属于谁的钱就是谁的钱，只有它的主人才能花。
4。如何防止假冒、篡改、重复支付？打假就是验证每笔交易都是真的有人发的。比如B可能捏造一条消息说有人给我转了一笔钱，这是假消息，或者B说我给某人转了多少钱，实际上他没有'；我没有那么多钱。我该怎么办？。篡改意味着B可能想删除他曾经从区块链给某人转账的记录，这样他的余额就会增加。双重支付是指B只有10个比特币，他同时给C和D转了10个比特币，产生了双重费用。
因为记账有奖励。记账是有费用的，包块的人有系统奖励。奖励方案是每十分钟生成一个区块，每生成一个区块奖励一定数量的比特币，从50BTCs开始，四年奖励25BTCs，四年后减半，以此类推。。这样比特币的数量会越来越少，会趋近一个最大值。计算公式为：506243654(11/21/41/8.)2100万，其中50个比特币初始奖励，每小时6块，每天24小时。一年365天，前四年，之后每四年减半。
另外，记账奖励还包括每笔交易的小额手续费，每笔交易都会附带一定的手续费，这是给记账矿工的。
各节点通过工作量证明机制竞争记账权。他们计算一个非常复杂的数学问题，第一个计算的节点是下一个块的生产者。这道数学题太难了，没人能用脑子算出来。它基于概率方法。矿工们不得不遍历，猜测，试图解决这个未知数。那么这道数学题是什么呢？以下是详细介绍。
4.1哈希函数
哈希函数，又称数字摘要或哈希函数，其特点是输入一个字符串。，可以生成另一个字符串，但是如果输入不一样，输出字符串也一定不一样，不能从输出字符串推断出输入。举个简单的例子，1-100范围内的数字10可以认为是一种哈希方法，比如98=8。66=6，98和66是输入，模10是哈希函数，8和6是输出。在这个模型中，不可能通过6和8推断出输入是66和98，因为它可能是56和88，等等。当然，因为这个例子很简单，所以会发生哈希冲突。也就是66和56的结果都是6，输出结果是一样的。一个优秀的哈希函数可以让输出不一样，哈希冲突的概率几乎为零。常见的哈希函数有很多，比如MD系列和SHA系列等。比特币采用的SHA256算法。输入一个字符串，输出一个256位的二进制数。下面是程序运行的结果。
通过程序结果可以看出，输入的源信息不一样，结果也不一样(为了方便，结果用64位十六进制表示)，即使orange多了一个句号，也会产生完全不同的结果。同时，不能从输出的十六进制字符串中推断出输入。对于比特币只要知道SHA256的功能，有兴趣可以了解一下SHA256的具体算法。需要SHA256c源码消息邮箱或私信。
4.2采矿原理
首先介绍比特币每个块的数据结构，每个块由块头和块体组成。
该块包含矿工收集的大量交易信息。假设块中包含八个事务，所有事务都生成一棵默克尔树。默克尔树是一种数据结构，它将叶节点两两哈希生成上层节点，上层节点再哈希生成上层，直到最后生成一个根，这个根叫做默克尔根。只有根保留在块头中，这样可以节省块头的空间，方便交易的验证。
块头包含父块的hash、版本号、当前时间戳、难度值、随机数和上述的默克尔根。
假设区块链已经链接到了某个块有ABCD的四个节点在前十分钟已经收集了全网的一些交易信息。他们选择了大约4k个事务，对它们进行打包，生成默克尔根，并将信息放在块头中。，即该块的哈希版本号时间戳难度值的随机数构成一个字符串str，通过两个哈希函数得到二进制数256，即SHA256(SHA256(STR))=10010011.总共256位。比特币要求生成结果的前n位必须为0，n为难度值。如果现在生成的二进制数不满足要求，就必须改变随机数的值，重新计算，直到计算出满足条件的结果。假设现在n是5。，生成的二进制数必须是00000.(共256位)。一旦开采成功，矿工们就可以把消息广播到全网，其他矿工会基于这个区块继续开采。下一个块头中父块的哈希值是前一个块生成的数字00000。。解这道数学题全靠运气。理论上，最幸运的矿工可能一次哈希就能算出结果，最倒霉的可能永远也算不出来。但总的来说，如果一个矿工'；的计算能力越大，单位时间的哈希数就会越多。，就越有可能在短时间内挖掘成功。
那么n是怎么确定的呢？比特币的设计者希望平均每十分钟产生一个区块。总体来说，挖矿成功的概率是1/2n，现在假设全世界有1W台矿机。每台矿机的运算能力为14T次/秒=1.410^13次/秒，单位次/秒称为哈希速率，10分钟就是600s，那么10分钟可以做810^19次哈希运算。从概率的角度来说，想要成功挖掘，需要做2n次操作。，可以列出方程2n=810^19，就可以解出n约为66。所以对于这个方法，我们可以'；我们不能让我们的运气变好，我们只能提高我们的计算能力，尽快得出结果。此外需要模拟挖矿过程的c代码可以回复邮箱，代码可以通过调整难度值来控制分块生成的速度，模拟比特币的挖矿算法。
这部分对理解比特币非常重要。
5.1电子签名技术
身份认证技术在生活中非常常见，如人脸识别、签名、指纹等。但这些方法在数字货币中并不安全，因为一旦数字化，就可以通过复制来伪造。所以比特币采用电子签名的方式。
注册成为比特币用户时，系统会根据随机数生成私钥，私钥生成公钥，公钥生成地址，其中私钥必须保密，可以存储在硬盘中，也可以记录在大脑中，因为这个私钥是在相应地址使用比特币的唯一标识。一旦丢失，所有比特币将无法使用。下面是详细的转换过程。如果你不感兴趣，你就别'；不需要看，只要知道随机数的过程-
私钥-
公钥-
钱包地址。其中，私钥可以加密一串字符，公钥可以解密，这就是非对称加密。这些算法的功能大体相同，只是具体算法不同。因为这些算法比较复杂，所以不作为SHA265算法介绍。如果有兴趣，可以详细了解具体的算法，但是对于比特币系统，只需要知道它的功能就可以了。典型的算法是RSA，比特币使用椭圆曲线加密算法。
转换过程(阅读不影响理解)
1。首先，使用随机数生成器生成一个私钥，它是一个256位的二进制数。私钥是不能公开的，相当于银行卡的密码。
2。私钥通过SECP256K1算法生成公钥。SECP256K1是一种椭圆曲线加密算法，其功能类似于RSA算法。公钥是从已知的私钥生成的，但私钥不能从公钥推导出来。
3。与SHA256算法相同。RIPEMD160也是一种哈希算法。公钥的哈希值可以从公钥中获得，但公钥不能从哈希值推导出来。
4。将一个字节的版本号连接到公钥哈希头，然后对其执行两次SHA256操作。，结果的前4个字节用作公钥哈希的校验值，并连接到其尾部。
5。用BASE58对上一步的结果进行编码，得到钱包地址(相当于一个银行账户)。。比如a1ZP1ep5qgefi2dmptftl5SLMV7divFNA
所以通过以上过程，我们可以总结出私钥、公钥、钱包之间的关系如下图。可以看出，所有的值都可以通过私钥推导出来，公钥哈希和钱包地址可以通过BASE58和BASE58解码算法相互转换。
了解了公钥、私钥、地址的概念后防伪验证的过程很好理解。当发起交易时，它对消息进行哈希处理以生成数字摘要，并使用私钥对数字摘要进行加密以生成密码。然后，A将广播该交易消息、公钥和密码。。收到消息的人首先对交易信息进行哈希运算生成摘要1，然后通过公钥解密密码生成摘要2。这样，如果两个摘要相同，就说明消息确实是a发的，所谓的签名就是密文。
5.2余额检查
平衡的概念应该说是根深蒂固的。余额伴随着借贷记账法，这也是目前银行普遍采用的一种算一个人后算出一个余额的方法'；s的交易记录，但比特币没有这个概念。因为它使用了UXTO模型会计方法。例如，A-
B10比特币和B-
C5比特币。对于第二笔交易，B在发起该笔交易时，应注明第一笔交易的信息。这样你就可以知道B收到了A的10个比特币，说明它符合发起第二笔交易的条件。因此，比特币中的余额通过追溯的方法进行检查。
上图描述了两笔交易，交易10001中，B转了10个比特币给c，验证这个交易的流程是：首先解密B'；通过B&签名#039；的公钥，然后与交易的具体内容进行比较(左侧B'；s签名)。如果相同，说明消息是b发的。然后检查10000的交易是否真的存在，以及其内容的真实性。这两点都满足，就意味着交易10001是可以接受的，否则会被拒绝。
其实真实的交易比这个复杂得多。因为有可能是多个交易构成输入，比如B-
C20比特币，是由多个交易A-
b10和D-
b10构成的，之前的交易ID是两个ID，甚至更多。。为了描述简单，这里只列出一个交易。
5.3双重支付
A同时发了两条消息，同时给B和C转了10个比特币。如果他实际上只有10个呢？假设节点D首先接收转移到B10的BTC。，然后收到转C10比特币。通过上面的验证方法，后一种自然会被拒绝。同时，E-node可能会先收到对C10BTCs的转账，再收到对B10比特币的转账，他自然会拒绝后者。至于最终哪笔交易会上线。就看D和E谁先解决问题，挖矿成功。
5.4防止篡改
假设A转账到B10比特币，但是他想把这个信息从区块链删除，这样大家都不知道这个东西存在，可以违约。
首先，让'；让我们来谈谈最长链原则。假设某个区块后面的两个矿工同时挖矿，或者由于网络延迟出现差异。这时候每个节点会根据自己认为对的块随意挖矿，只生产下一块。这时，就会出现两条铁链。但是其中一个很长。比特币规定以链条最长为准。如果一个节点仍然固执地跟随较短的链，那它就违背了大多数计算能力。结果他挖的块不是所有人都认可的，会浪费时间和计算能力。
回到上面的场景，A想赖账，你只能从上一个记录了A-
B10比特币消息的区块重新开始挖掘，创建一个分支链，但实际上这个区块已经前进了很多，所以他只能不停的追赶，同时主链也在前进。他必须比主链移动得更快。如果他的计算能力足够大，理论上真的可以追上很久，他会篡改交易信息。但是，其实这几乎是不可能的，因为就算计算能力很大，平均排块速度也就10分钟，从非技术角度来说。如果一个人掌握了全网一半以上的计算能力，为什么'；他不继续在主链上采矿吗？有钱人不应该甘于做贼。
区块链并不等同于比特币比特币不是区块链。区块链只是比特币应用的一种技术。这项技术可以启发我们。比特币的伟大之处在于应用了前所未有的区块链技术。区块链技术可以应用在哪些领域，我们需要继续探索。
比特币是区块链技术最成功的应用，但比特币本身存在很多问题。它想通过发行货币来挑战主权货币。这个动机有待商榷。此外，由于比特币的匿名性，只需要一个公钥或地址就可以进行交易。为黑色产业提供了很好的平台。另外，比特币不是一个成熟的支付系统，存在吞吐量低、扩展性差的缺点。
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标签：比特币区块链
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