科普 | 比特币的提出念头是什么?能够解决什么问题?_首码对接各大

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文章有点长,但看完一定能让你明晰比特币的三生三世,其中包罗提出比特币的念头能够解决什么问题要害组件设计方案在这篇文章中展现的淋漓尽致。

有一个乡村名叫叫“比特村”,他们的买卖方式就是以物易物。为什么会是以物易物呢?而不是像我们一样直接用钱去买?

1、初始,以物易物的日子很知足

比特村与世隔绝,过着自给自足的生涯,村民们没有举行过大规模的买卖流动,只围绕着鸡鸭鹅兔等商品之间直接交流,而没有中心流通介质,也就是说没有钱币流通。

2、实物钱币应运而生

老张不想拎着重重的面粉再去换老李的羊了,他想用一个中心的流通介质取代面粉,直接去老李家买羊。要不怎么说社会的生长都是由“懒人”推动的,经由人人配合商议决议支解一些有数的金属或者贝壳来充当和货物等值流通介质,这个历程需要细分,例如,1g黄金即是1袋面粉。比特村就此进入了实物钱币时代。

3、进一步生长为符号钱币

好景不长,金属磨损过于严重、丢失有意囤积而导致总量消耗严重的情形,早先10g的黄金经由100次买卖以后,原本能买10袋面粉,现在只能买9袋,但中心的这个损失却不知道由谁来负担。

这个时刻村长提出来“纸质黄金”,由村里多位德高望重的人团体在纸上写上10g黄金,那这张纸就能代表10g黄金,而且造假的难度很大,不会泛起通货膨胀,人人再次杀青共识。

若是磨损严重人人就可以找到村长一干人等重新再写一张,之前的作废。此时,比特村进入了符号钱币(纸币)时代。而老村长就负担了政府和银行的角色。

4、中央系统虚拟钱币

日子没过几年老村长操劳过度去世了,由儿子二狗子担任新一任村长。年轻人总有许多新想法,他将村民的纸币所有收上去若是有人要举行买卖就要经由他的记账,人人的通识再次杀青。

由二狗子担任中心记账者的角色,例如老张要拿1克金子向老李换1只羊,他俩需要一起给二狗子打电话,说明要将老张的1克金子划归老李,二狗子拿出账本,看看老张名下是否有1克金子,若是有就在老张的名下减掉1克,在老李的名下加上1克,此时老李在电话中听到二狗子确认转账完成,就可以放心让老张把羊牵走了。

此时比特村进入了中央系统虚拟钱币时代。每个村民都不需要用实物支付,支付历程酿成了二狗子维护账本上数字的调换

5、分布式虚拟钱币

二狗子最先有野心了,他最先觊觎村民账本上的金子,二狗子私下将老张账上的10g金子划给了自己。这个账本是可以被村民查阅的,老张发现自己账上少了10g金子,二狗子没想到老张竟然也有记账的习惯,老张用自己的账本和二狗子的账本举行对比发现了那笔未经老张审核的转账。

东窗事发!比特村炸开锅了。二狗子被人人弹劾下台。不外人人也发现了账本集中在一小我私家手里的坏处:

· 这个系统完全依赖于账本持有人的小我私家信用,若是这小我私家不守礼貌,随意窜改账本,那么整个钱币系统就会溃逃

· 若是这小我私家家里失火或者账本失贼,同样也会为整个系统带来毁灭性的袭击

6、比特币的虚拟钱币系统

由于问题出来的慌忙,村里早已乱成一锅粥,人人纷纷守好自己的钱袋子不再信托任何人。

这时刻村里一个叫中本聪的宅男科学家走上了台,告诉人人他已经设计了一套不依赖任何中央处理人的叫比特币的虚拟钱币系统,可以解决上述问题。然后他徐徐讲述了自己的方案。我们先来看看他的方案详细是什么样的?

一、基础设施搭建

1、账簿公然机制

中本聪首先说明,要对现有账簿举行如下革新:

1. 账簿上不再纪录每户村民的余额,而只纪录每一笔买卖。即纪录每一笔买卖的付款人、收款人和付款金额。只要账簿的初始状态确定,每一笔买卖纪录可靠并有时间作为依据,当前每小我私家持有多少钱是可以推算出来的。

2. 账簿由私有改为公然,只要任何村民需要,都可以获得当前完整的账簿,账簿上纪录了从账簿确立最先到当前所有的买卖纪录。

公然账簿让村民无法接受,为什么自己的资产数目要让别人知道,这样隐私不就完全露出了吗?鉴于村民们的种种忧郁和疑虑,中本聪说了一个方式就是身份与署名机制(公钥加密系统)。

2、身份与署名机制(公钥加密系统)

在这套机制下,任何人都不使用真实身份买卖,而是使用一个唯一的代号买卖

他展示了手里神奇的器械,说这两件器械分别叫保密印章印章扫描器。后面他会给村里每一户发一个保密印章和一个印章扫描器。两者的作用如下:

· 保密印章可以在纸上盖一个章,每个印章盖出的章都隐含了一个全村唯一的一串字符,然则凭肉眼是看不出来的。也无法通过考察来制造出响应的印章。

· 印章扫描器可以扫描某个已经盖好的章,读出隐含的信息,并在液晶屏上显示出一串字符。

有了这两个神奇的器械,人人就可以在不露出真实身份的情形下举行买卖了,而印章隐含的那一串字符就是这户人家的代号。

4、确立虚拟矿工组织(挖矿群体)

中本聪面向全村招募虚拟矿工,招募要求如下:

· 矿工以组为单元,一组可以是单独的一户,也可以是几户联合为一组

· 成为矿工不影响正常使用钱币

· 矿工天天要花费一定时间从事比特币“挖矿”流动,然则差别于挖金矿,虚拟矿工不需要拿着工具去野外作业,在家里就可以完成事情

· 矿工有一定可能性获得待遇,在挖矿流动中支出的越多获得待遇的可能性越大

· 矿工可以随时退出,也可以随时加入新的矿工

很快,大约有1/5的村民加入比特币矿工组织,共分成了7个组

二、确立初始账簿(创世块)

中本聪说,将二狗子手里的账簿看成依据,把抵押的所有黄金按账簿纪录的余额退还给每位村民,然后彻底销毁这本账簿。

再用一本新账簿,在账簿的第一页上纪录了一些买卖纪录,与之前差别的是,这些纪录的付款人一栏全都是“系统”,而收款人分别是每个印章对应的隐含字符。

代表初始时刻,系统为每一户默认分配了一定数目比特币,然则数目异常少,都只有几枚,甚至有些不幸的村户没有获得比特币。

接着中本聪示意,由于当前市面上比特币异常少,人人可以先回到用黄金做钱币的时代,由于我不是村长,我也没有权力强迫人人一定要认可比特币,人人可以自行决议要不要接受比特币。

不外随着比特币的流动和矿工的流动,比特币会逐步多起来。

三、支付与买卖

接下来我们以老张付给老李10个比特币为例来详细看一下这个买卖的流程。

1、付款人签署买卖单

为了支付10个比特币,老张首先要询问老李标识字符串,例如是“ABCDEFG”,而老张也有一个标识字符串例如是“HIJKLMN”,转账的票据就出来了,内容为“HILKLMN支付10比特币给ABCDEFG”老张用自己的保密印章盖章(珍爱自己的隐私),然后将这张票据交给老李

为了便于追溯这笔钱的泉源,还要在票据里注明这笔钱的泉源记在哪一页。

例如老张的10比特币来自确立账簿时系统的赠予,纪录在账簿第10页。

2、收款人确认票据签署人

老李拿到票据需要确认是否来自“HIJKLMN”这小我私家(也就是老张)签署的,这个并不难题。

由于票据上必须有保密章,老李拿出印章扫描器便可验证,若是液晶屏显示出的字符和付款人字符是一致的(这里是“HIJKLMN”),就可以确认票据确实是付款人签署的。

3、收款人确认付款人余额

之前的中央虚拟钱币系统中,二狗子卖力检查付款人的余额,并通知收款人买卖是否有用,现在二狗子被开了,谁来卖力记账确认每笔买卖有用性呢?

这个系统是分布式钱币系统不依赖任何中央人物,因此不会有一个或少数几小我私家卖力这件事,最终负担这份事情的是矿工组织

四、矿工的事情

矿工的事情是整个系统的焦点,也是最复杂性最高的地方。我们来看一下矿工的事情内容和目的。

1、矿工的工具

比特币矿工不用铁撅、铁锨和探照灯等工具,不外也要有一些必备的器械。

初始账簿。每个组首先自己复制一份初始账簿,初始账簿只有1页,纪录了系统的第一次赠予

空账簿纸。每个小组有若干账簿纸,每一页纸上仅有账簿结构,没有填内容,详细如下:

编码天生器(哈希函数)。中本聪向矿工组织的每个组分发了若干编码天生器,这个器械可以将一页账簿填好内容的账簿纸放入这个机械,机械会在账簿纸的“本账单编号”一栏自动打印一串由“0”和“1”组成的编号,共256个。最神奇的是,编号天生器有如下功效:

· 天生的编号仅与账簿纸上填入的内容有关,与填写人字体、填写时间等因素均无关

· 内容相同的账簿纸天生的编号总是相同,然则若是内容哪怕只改一个字符,编号就会面目一新

· 编码天生器在打印编码时需要将所有填入账簿纸的买卖单放入,机械会扫描买卖单和填入买卖单的一致性,尤其是保密印章,若是发现保密印章和付款人不一致,会拒绝打印编码

· 将一张已打印的账簿纸放入,机械会判断编号是否是有用的机械打印,而且判断编号和内容是否一致,这个编号无法伪造

· 买卖单收件箱。每个矿工小组需要在门口挂一个箱子用于网络买卖单。

· 通告板。每个矿工小组同样需要一个通告板公示一些信息。

有了上面的工具,矿工组织就可以开工了!

2、网络买卖单

中本聪划定,每笔买卖的发起人,不只要将买卖单给到收款人,还要同时复制若干份一模一样的买卖单投递到每个矿工小组的收件箱里。

矿工小组的人定期到自己的收件箱里把网络到的买卖单一并取出来。

3、填写账簿

此时小组的人拿出一张空的账簿纸,把这些买卖填写到“买卖清单”一栏,同时找到当前账簿最后一页,将最后一页的编号誊录到“上一张账单编号一栏”

注重另有个“幸运数字”,可以随便填上一个数字,如12345。然后,将这样账簿纸放入编号天生器,打印好编号,一张账簿就算完成了。

若是你以为矿工的事情就这么简朴,那就大错特错了,中本聪有个反常的划定只有编号的前10个数均为0,这页账簿纸才算有用。

凭据之前对编号天生器的形貌,要修改编号,只能修改账簿纸的内容,而“买卖清单”和“上一张账簿纸编号”是不能随便改的,那么只能改幸运数字了。

若是编号的每一个数字都是随机的,那么平均写1000多张幸运数字差别的纸才气获得一个有用的编号

于是为了天生有用的账簿纸,小组里的矿工就不停誊录账簿纸,但每张纸的幸运数字都差别,然后不停的重复将纸放入编码器,若是天生的编号不符合划定,这张纸就算废了,重复这个历程直到天生一串有用的编号。

还记得之前说过矿工有待遇吧,这就是矿工的动力了。

中本聪划定:每一张账簿纸的买卖清单第一条买卖为“系统给这个小组支付50个比特币”。也就是说,若是你天生了一张有意义的账簿纸,而且被所有挖矿小组接受了,那么就意味着这条买卖也被接受了,你的挖矿小组获得了50个比特币

这就是这些矿工为什么要拼命干这看似无意义的事情的缘故原由了。

例如下面是一个挖矿历程,这个小组的公共比特币帐号为“UVWXYZ”

幸运数字实验到“533”时,系统天生了一页有用账簿。

4、确认账簿

当某挖矿小组幸运的天生了一张有意义的账簿,为了获得奖励,必须马上请其它小组确认自己的事情。

前面说过,当前村里有7个挖矿组,以是这个小组必须将有用账簿纸誊抄6份马不停蹄送到其他6个小组请求确认。

中本聪划定,当某个小组接到其他小组送来的账簿纸时,必须立刻停下手里的挖矿事情举行账簿确认。

需要确认的信息有三个

1. 账簿的编号有用

只要将送来的账簿纸放入编码天生器举行验证,若是验证通过,则编号有用。

2. 账簿的前一页账簿有用

需要将账簿页上的“上一页账簿纸编号”这个小组现在保留的有用账簿最后一页编号比对。

若是相同则确认;若是差别,需要顺着已有账簿向前比对,直到找到这个编号的页

若是没有找到指定的“上一页账簿纸编号”对应的页,这个小组会将此页丢掉。不予确认。

3. 买卖清单有用

就是要确认当前每笔买卖的付款人有足够的余额支付这笔钱。

买卖信息里包罗这笔钱是如何来的,还包罗了纪录泉源买卖的账单编号。

例如,HIJKLMN要给ABCDEFG10个比特币,并注明晰这10个比特币来自之前OPQRST支付给HIJKLMN的一笔买卖。确认时首先要确认之前这笔买卖是否存在,同时还要检查HIJKLMN在这之前没有将这10个比特币支付给别人

这一切确认后,这笔买卖有用性就被确认了。

若是完成了所有了上述验证并所有通过,这个小组就认可了上述账簿纸有用,然后将这张账簿纸并入小组的主账簿,舍弃现在正在举行的事情,后面的挖矿事情会基于这本更新后的主账本举行

5、账簿确认反馈

对挖矿小组来说,当账簿纸送出去后,若是后面有收到其他小组送来的账簿纸,其“上一页账簿纸编号”是自己之前送出去的账簿纸,那么就示意他们的事情乐成被其他小组认可了,由于已经有小组基于他们的账簿纸继续事情了。此时,可以以为已经获得了50个比特币。

以上就是整个比特币的支付系统。

我们来剖析一下这个系统为什么可以事情下去,和这个系统可能面临的风险

五、焦点问题答疑

第一个问题:若是同时收到两份正当的账簿页怎么办?

各个挖矿小组是并行事情的,因此完全可能泛起这样的情形:某小组收到两份不一样的账簿页,它们都基于当前这个小组的主账簿的最后一页,而且内容也都完全正当,怎么办?

关于这个问题,中本聪说,小组不应该以线性方式组织账簿,而应该以树状组织账簿。任何时刻,都以当前最长分支作为主账簿,然则保留其它分支。举个例子,某小组同时收到A、B两份账簿页,经核算都是正当的,此时小组应该将两页以分叉的形式组织起来,如下图所示:

玄色示意当前账簿主干。此时,可以随便选择一个页作为当前主分支,例如选择A:

此时若是有一个新的账簿页是基于A的,那么这个主干就延续下去:

若是这个主干一直这么延续下去,示意人人基本都以A为主干,B就会被遗忘。然则也有可能溘然B酿成更长了:

那么我们就需要将B分支作为当前主干,基于这个分支举行后续事情。

从局部来看,虽然在某一时刻各个小组的账簿主干可能存在不一致,但大方向是一致的,那些偶然由于差别步发生的小分支,会很快被淹没在历史中。

第二个问题:若是挖矿小组有人伪造账簿怎么办?

只要挖矿组织中大多数人是老实的,这个系统就可靠,详细分几个方面:

首先,基于保密印章机制,没有人能伪造他人身份举行付款,由于编码天生器在打印编码时会核对所有买卖单的保密印章,印章和付款人不一致会拒绝打印。

而且老实的矿工也不会认可不正当的买卖(如某笔买卖付款方余额不够)。

以是只有一种可能的攻击行为,即在收款人确认收款后,从另一条分支上确立另外的买卖单,作废之前的付款,而将统一笔钱再次付款给另一小我私家(即所谓的double-spending问题)。下面同样用一个例子说明这个问题。

先假设有一个攻击者拥有10个比特币,他准备将这笔钱同时支付给两名受害者A和B,并都获得认可。

第一步,攻击者准备从受害者A手里买10比特币的黄金,他签署买卖单给受害者A,转10个比特币给受害者A。

第二步,这笔买卖在最新的账簿页中被确认,并被各个挖矿小组通告出来。受害人A看到通告,确认比特币到账,给了攻击者10个比特币等值的黄金。

第三步,攻击者找到账簿,从包罗适才买卖的账簿页的前一页做出一个分支,天生更多的账单页,跨越适才的分支。由于此时适才攻击者制造的分支酿成了主干分支,而包罗受害者A获得钱的分支酿成了旁支,因此挖矿组织不再认可适才的转账,受害者A获得的10比特币被作废了。

第四步,攻击者可以再次签署买卖单,将统一笔钱支付给受害者B。受害者B确认钱到账后,支付给攻击者等值黄金。

至此,攻击者将10个比特币花了两次,从两名受害者那里各购得等值黄金。攻击者还可以如法炮制,作废与受害者B的转账,将统一笔钱再支付给其他人。

中本聪注释道,之前设定反常的编号规则,正是为了防御这一点。

若是某账簿页包罗你收到钱的确认,而且在后面又延续了6个,那么攻击者想要在落伍6页的情形下从另一个分支赶超当前主分支是异常难题的,除非攻击者拥有异常多的人力,跨越其他所有老实矿工的人力之和。

而且,若是攻击者有云云多人力,与其花这么大气力搞这种攻击,还不如做良民挖矿来的收益大。这就从念头上杜绝了攻击的形成。

第三个问题:比特币会一直增添下去,岂不是会严重通货膨胀?

中本聪说,我给矿工组织的操作细则手册会说明,刚最先我们协议每天生一页账簿,奖励小组50个比特币,后面,每当账簿增添21,000页,奖励就减半,例如当到达210,000页后,每天生一页账簿奖励25个比特币,420,000页后,每天生一页奖励12.5个,依次类推,等账簿到达6,930,000页后,新天生账簿页就没有奖励了。此时比特币全量约为21,000,000个,这就是比特币的总量,以是不会无限增添下去。

第四个问题:没有奖励后,就没人做矿工了,岂不是没人协助确认买卖了?

矿工的收益会由挖矿所得变为收取手续费。例如,你在转账时可以指定其中1%作为手续费支付给天生账簿页的小组,各个小组会挑选手续费高的买卖单优先确认。

第五个问题:矿工若是越来越多,比特币天生速率会变快吗?

不会。中本聪注释,虽然可以随便加入和退出矿工组织,导致矿工人数转变,每个矿工也会拿到一个编码天生器,不外我已经在编码天生器中加入了调控机制,当前事情的编码天生器越多,每个机械的效率就越低,保证新账簿页天生速率稳定。

比特币的原理及运作机制就是这样,比特村也越来越富有了,中本聪的泛起无疑不是比特村的福星。

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