【科普】浅谈比特币原理

比特币 (BitCoin) 是一种分散的电子加密货币，其概念首次出现在中本聪 2008 年的一篇论文中。 与传统货币不同，比特币的发行不依赖任何机构或任何人。 太棒了，对吧？ 下面，本文将用通俗易懂的语言简单介绍一下比特币的运行原理。

比特币标志

事实上，比特币交易记录在一种“公共账本”上。 在这样一个特殊的账本上，任何人都可以向其中添加内容。 因此，为了防止伪造，保证安全和真实，引入了“电子签名”这样的东西。

在“电子签名”的概念中，每个人都有两把钥匙——公钥和私钥。 顾名思义，公钥是对所有人公开的，任何人都可以查询别人的公钥； 而私钥是私密的，需要我们自己保管。 其中，公钥和私钥之间存在一定的对应关系。

当我们在那个“公共账本”上记账时，我们需要用私钥来确认是我们做的，使用这样一个签名程序：

私钥+信息>>签名程序=电子签名（其中“>>”代表输入，“=”代表程序输出）

其中，由于每次输入的信息不同（包括时间等其他数据），生成的电子签名具有唯一性，不同于传统的手写签名。

当其他人需要验证其真实性时，有这样的验证程序：

电子签名+私钥>>验证者=有效或无效

通过“电子签名”机制（即私钥签名、公钥验证），很好地保证了公共账本上信息的真实性。

以下是电子签名的应用示例：（用于验证代码是否为本人提交）

到目前为止，我们还没有讨论那个“公共账本”的所有权。 如果有这样一个电子公共分类账，它位于何处以及由谁保管？

这似乎是十个棘手的问题。 但是，我们可以让每个交易者保留一份分类帐副本。 但是这样的话，如何实现账本数据同步呢？ 这就涉及到比特币的核心——区块链。 比特币系统规定我们只信任拥有最长区块链的账本。

所谓区块链就是一种由区块连接起来，可以不断延伸的链式结构。 区块是交易信息的载体。 说白了就是每个区块中存储一定数量的交易信息（比如50条），它们以一定的方式首尾相接，形成一条区块链。 然而，区块不仅仅包含交易信息，它还包括一系列特殊的数字。 由于加入了这一系列的数字，这个区块计算出的哈希值非常不寻常。

说到哈希值，就不得不提到哈希函数和SHA家族。 SHA 是由国家安全局 (NSA) 设计并由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 发布的一组密码哈希函数。 简而言之，它等同于以下程序：

任何信息 >> SHA = 哈希值

散列，看起来像这样：f4faadc111908e1824607b2015dbae37e0895444748cfe5835de733667afd8cf

就是这么一串乱七八糟的字符串。 但是，需要了解 SHA 函数的几个特性。

首先，SHA函数可以接受任意长度任意种类的信息，并为该信息随机生成哈希值。 这些哈希值有2到256种可能，这是一个超级天文数字。

其次比特币的产生原理，如果你改变哪怕是一点点的输入信息，得到的散列值也会有很大的不同。 但是相同的信息总是对应相同的哈希值。

此外，SHA 函数是一种密码函数。 如果只知道哈希值，就无法反推原始信息。 （除非你在 2256 种可能性中随机猜测）

下面是一个例子：（echo是用来传递信息的，可以忽略）

相同的信息对应相同的哈希值

好吧比特币的产生原理，回到关于块的讨论。 刚才说了，里面有50条交易信息+一串特殊数字。 如果，由于加入了这个特殊的数字，这个区块计算出的哈希值，前20位全为0（这里是二进制）。 你认为找到这串数字的概率是多少？ 由于哈希值是随机生成的，要想找到这串数字，唯一的办法就是随机猜测。 如果你真的有幸找到这串数字，那么就会产生一个新的区块。 同时，根据比特币系统的规定，你可以“凭空”获得50枚比特币。 找到那个特殊号码的过程就是“挖矿”，进行“挖矿”并获得收益的人被称为“矿工”。

刚才包含一系列数字的块只是第一个块。 在第二个和随后的区块中，情况有所不同。 第二个块的头部和尾部都有那个特殊的数字，但头部的字符串是第一个块末尾的字符串； 末尾的特殊数字需要矿工随机寻找，仍需满足刚才的原则（使第二个区块计算出的哈希值，前20位全为零）。 一旦找到这串数字，第二个区块就诞生了，矿工将它广播出去，链接到别人的区块链上。 随后的块遵循相同的规则，被创建......链接......无休止。

看：

后记：

这是我第一次尝试写科普文章。 我没有经验。 有些语言可能不合适，概念可能不准确。 欢迎评论和更正。