蓑衣网2022比特币原理详解(什么是比特币及挖矿原理)
比特币是一种电子货币，一种基于密码学的货币。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，因为银行背后是国家信用。分散式电子会计系统是参与者常用的会计系统。比特币可以防止主权危机和信用风险。它的好处就不细说了，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的角度来介绍它们。
二。问题介绍假设有四个人叫ABCD，他们发起了三笔交易，A转入B10比特币，B转入C5比特币，C转入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的系统里，这些信息都会被银行记录下来。我们相信银行不会随意增加、删除或修改一条交易记录，我们也不会关注有哪些交易。我们只关注自己的账户余额。比特币的记账方式是在ABCD中为每个人保留这样一个账本，记录上面的交易。如果大家的账本实时一致，ABCD就不再需要银行了。
比特币就是这么做的。每当有人发起交易，他就会向全网广播。全网有人会把一定时间内的交易打包记录在一个块上，然后把这些块一个个按顺序链接起来，这样就形成了一个链条。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？比如上面的账单订单，A用户可能是这个订单，但是B可能是另外一个订单，甚至B可能根本收不到C转账给D的消息。
3。如果比特币执行支付功能，保证了谁的钱都属于它，只有它的主人才能消费。
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可能会捏造一条消息说某某给我转了一笔钱，这是一条虚假消息，或者B说我给某人转了多少钱，实际上他没有那么多钱。我该怎么办？防篡改意味着B可能想要删除他曾经从区块链转账给某人的钱的记录，这样他的余额将增加。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。
三。为什么要记账？因为记账有奖励，记账有手续费收入，包块的人有系统的奖励。奖励方案是每十分钟生成一个区块，每生成一个区块将奖励一定数量的比特币。一开始是50 BTCs，4年后奖励25 BTCs，再4年减半，以此类推。这样的比特币会越来越少，越来越接近一个最大值。计算公式为：506243654(1 1/2 1/4 1/8…)2100万，其中50个比特币初始奖励，每小时6块，每天24小时，每年365天。前四年就是这样。
另外，记账奖励每笔交易都有一笔不小的手续费。每笔交易发起都会附带一定的手续费，给记账矿工。
四。谁会占上风？各节点通过工作量证明机制争夺记账权。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。这是一种基于概率的方法。矿工们不得不遍历，猜测，并试图解决这个未知数。那么这道数学题到底是什么呢？以下细节。
4.1 Hash函数
Hash函数又称数字摘要或Hash函数，其特点是可以输入一个字符串生成另一个字符串，但如果输入不同，输出的字符串也会不同，不能从输出的字符串推导出输入。 举个简单的例子，1-100中的数字模块10可以被认为是一种哈希方法。例如，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，因为这个例子比较简单，所以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SHA256算法，就是输入一个字符串，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，不同的输入源信息导致不同的结果(为方便起见，结果以64位十六进制表示)。就算橘子多了一个句号，也会完全不一样。同时，通过输出的十六进制字符串，无法推导出输入。对于比特币，只要知道SHA256的功能就可以了。如果有兴趣可以详细了解SHA256的具体算法。SHA256 C源代码消息需要邮件或私信。
4.2挖掘原理
首先介绍一下比特币各个区块的数据结构。每个块由块头和块体组成。
块包含采矿者收集的大量交易信息。图中假设块中包含8个事务，所有事务生成一棵默克尔树。默克尔树是一种数据结构，将叶节点成对哈希生成上层节点，上层节点再次哈希生成上层，直到最后生成一个根，这个蓑衣网小编2022根叫做默克尔根。只有根保留在块头中，这样可以保存块头。
块头包含了父块的hash，版本号，当前时间戳，难度值，随机数和上面提到的默克尔的根。
五、如何防止伪造、篡改和重复支付。
这部分是理解比特币的重要部分。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，都可以通过复制来伪造。所以比特币采用电子签名的方式。当你注册成为比特币用户时，系统会根据随机数生成一个私钥，私钥生成一个公钥，进而生成一个地址。私钥一定要保密，可以保存到你的硬盘上，也可以记录在你的脑子里，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，所有比特币都将无法使用。下面是具体的转换过程。不感兴趣的话可以不看。只要知道随机数-私钥-公钥-钱包地址的过程，其中私钥可以加密一串字符而公钥可以解密，这就是不对称加密。这些算法的功能大体相同，只是具体算法不同。由于这些算法比较复杂，不如SHA265算法介绍的多，有兴趣可以多了解一下具体的算法。然而，对于比特币来说，很难找到答案。典型的算法是RSA，比特币使用椭圆曲线加密算法。转换过程(可选阅读，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，secp 256k 1算法是一种椭圆曲线加密算法。其功能类似于RSA算法。通过一个已知的私钥，生成一个公钥，但是不能从公钥推导出私钥。3。和SHA256算法一样，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hash的头部，然后对其进行两次SHA256运算，将结果的前四个字节作为公钥hash的校验值连接到其尾部。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a1 ZP 1 EP 5 qgefi 2 DMP TTL 5 SLM V7 div FNA
所以，通过上面的过程，我们可以总结出如下图所示的私钥、公钥、钱包之间的关系。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、地址等概念后，防伪验证的过程就很好理解了。当发起交易时，它对消息进行哈希处理以生成数字摘要，并用私钥对数字摘要进行加密以生成密码。之后，A将广播此交易消息、公钥和密码。消息的接收方首先散列交易信息以生成摘要1，然后用公钥解密密码以生成摘要2。这样，如果两个摘要相同，就说明这条消息确实是a发的，所谓的签名就是密文。
回到上面的场景，如果A想违约，只能从之前记录A-B10比特币消息的区块重新挖，做一个分支链。但是实际块已经前进了很多，他只能不停的追赶，同时主链也在前进。他一定比主链快。但是，几乎不可能，因为就算计算能力再大，平均出块速度也就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，为什么不继续在主链挖矿？有钱人不应该甘于做贼。
六。总结