比特币收入如何开合法证明 比特币和加密货币技术

2021-12-04

在这里我们将讨论上一节中简单的加密货币。 比特币的工作原理其实就是比特币如何实现去中心化。 如果你看过上一节1.5 ScroogeCoin，一个简单的加密货币设计实现，你会发现我们已经实现了一个可以工作的加密货币比特币收入如何开合法证明，唯一的缺点是它是由一个中心组织Scrooge控制的，所以这一节讲的是去中心化的原理的比特币，您可以将其用作 Scrooge 的去中心化方式。 当然，如果你没有看过上一节也没关系。

这里我们主要解决以下问题：

审查

我们知道上一节简单的加密货币系统是这样的。 首先，它有一个区块链，也就是一个交易仓库：

每个区块（block）包含很多交易，每个区块的形状像

包含接收方的公钥、币种（呼出）和消费者的币种来源（呼入）和签名。 消耗的货币是合法的，也就是说他肯定没花过。 我们怎么知道他从来没有花过呢？ 简单的说，交易会有一个币池unTxPool，里面存储了源块和未使用币的数量，以及owner ID。 ，这意味着每个 in 来自未消费的货币：

根据这个指针，我们可以找到in的ID，也就是公钥，从而验证签名。 但是谁来验证这笔交易的有效性呢？ 这就是我们在比特币中试图解决的问题。即比特币的去中心化

比特币交易机制

首先，我们想简单说一下去中心化共识（decentralization），它是一种可以在纯去中心化网络中同步数据的机制。 我们说没有办法设计这样的机制。 当前的分布 这些系统都不是纯粹去中心化的。 这都是组合，所以正如你所料，比特币系统中的安全机制并不完全是技术性的，而是一部分是技术，另一部分是激励

为什么这种共识在去中心化系统中如此困难？这里有一些原因

当然这个对于我们了解BTC的交易机制不是很重要

比特币的交易机制就是这样。 首先，P2P网络中的每个节点都有如下数据。 一种是共享区块链，就是我们前面回顾过的简单货币的区块链（以下简称共识链（consensus chain）），每个节点都是一样的，还有一个是每个节点维护未完成的其监控的交易信息（即尚未加入区块链）

那么每笔交易的过程都满足下图的约定（简化版，不完全是）：

首先，对于一笔新的交易比特币收入如何开合法证明，比如 Alice -> Bob 支付，这条消息会广播到全网，并附上他的签名。 由于网络不是一个完整的图，加上网络有延迟等，有些节点可以听到这个消息，有些则不能。

2. 每个节点将收到的新交易添加到自己的区块中（尚未添加到共识链中）

3.每一轮，（BTC约10分钟）随机选出一个节点（这里假设我们有办法随机使用不少于50%' role="presentation">50%50%的概率找到一个诚实的节点（遵守BTC协议），其实后面我们会看到，这跟BTC挖矿有关。）提出下一个区块，也就是将他做的区块广播给全网

4. 当且仅当其中的所有交易都有效时，其他节点才接受该区块。

5. 表示接受的节点只需将这个块的哈希值添加到他们创建的下一个块中。

有两个地方需要注意：

可见，在BTC系统中，只有最长的链才会被作为共识链，也就是说只有最长链中的交易区块才会被最终确认为有效交易。 区块的提交是完全匿名的，即提交节点不需要公布自己的位置或IP地址。 整个系统是无身份的。 如前所述，您只需要创建一对公钥和私钥即可进行交易。 第二，将公钥发布给一个人以接收对方的付款。

让我们看看系统是否安全

安全

我们做如下假设，假设有一个敌手，我们来看看他能做的攻击方式。

偷币，假设alice想偷别人的比特币，比如bob，他唯一能做到的就是广播bob支付给Alice的交易消息。 但是，我们知道这条消息中肯定有 bob 的签名，这个签名是不可伪造的，所以这笔交易是无效的，会被诚实节点拒绝。 拒绝服务攻击 假设Alice 和bob 有敌意，他能不能在Alice 听到bob 的交易信息后，拒绝加入到Alice 创建的区块中？ 答案是肯定的。 但是，我们说这是没有意义的，因为网络中的其他人也会收到这个消息，只要有诚实节点在下一轮提交区块就可以了。 然而，根据我们的假设，这是 50%' role="presentation">50%50% 的概率存在。所以它有效，但没有意义

双花 这是 BTC 系统最大的问题。 也就是说，我们假设现在Alice从Bob的网站上买了一个软件，用BTC支付，然后他用这个BTC在其他地方支付。 这能成功吗？

也就是说，如上图所示，同一个BTC用于两次支付。 这行得通吗？ 从密码学的角度来看，这两笔付款显然是有效的，因为它们没有任何顺序（可以理解基于网络延迟或其他原因），并且都有 Alice 自己的签名，即这两次付款在密码学上是有效的。 验证完全有效。 最终是否有效，关键是看哪个区块最终能进入共识链。 让我们从商人鲍勃的角度来看这个问题。

Bob可以等到他发现包含BTC给他的交易进入共识链后，再让Alice下载。 由于共识链是最长的链，他只需要等到有足够多的确认（后面还有几个）之后，他认为他必须能够进入共识链才允许Alice下载，选择in BTC 系统，并在交易完成时进行 6 次确认。 也就是说，BTC不具备保证双花的技术手段。 但是随着确认次数的增加，不进入共识链的概率会呈指数下降，所以这还是一个很好的保证。

接下来说一下我们刚才做的假设，如何随机选择一个节点，这就涉及到激励。

激励和工作量证明

前面我们提到，BTC一部分靠技术，一部分靠激励政策。这一节我们就来说说BTC的激励机制

区块奖励

如何激励这些节点遵循bTC协议规定的方法？ 惩罚提交错误的节点？ 这当然是不可能的，因为我们不知道他们的地址。 同样的，奖励那些运行正确的节点也会有这样的问题，而我们不知道他们的地址。 BTC 系统就是这样做的。 每创建一个区块，就会产生一个区块奖励（block reward），并将这笔钱（即BTC）发送到创建者填写的地址。 这是系统产生新货币的唯一途径。 这笔钱不是恒定的，每210,000个区块（约4年）就会减半，所以BTC最多2100万（在现行规则不变的前提下）。

以下为btc供应图

这当然会产生问题？ 然后每个人都想要这个区块奖励。 如果我们被选为提议下一个区块的节点，那不是很划算吗？ 这太不健康了。 于是这就产生了BTC挖矿系统。

比特币挖矿

不同的加密货币系统的工作方式不同，有的采用持币方式，有的采用工作量方式，即谁的算力最强，谁就更有可能获得下一个区块的提案权。

BTC系统使用了我们前面提到的Hash Puzzle，即提交者需要不假思索地计算出一个随机数。

具体来说，每个提议下一个区块的人都需要计算一个随机数，使得：

H(nonce||prevHash||tx||...||tx)<target' role="presentation">H(nonce||prevHash||tx||...||tx) targettarget为哈希算力整个P2P Relevant，也就是说每两周自动调整一次target，所以，你说hash算力越强，你越有机会找到这个随机数。 这就是 BTC 挖矿，参与者被称为矿工。

交易费

但是从前面的知识我们知道，这个BTC会产生，到2140就没了，没了之后怎么操作呢？ 这里还有一个激励，就是交易费，就是你付给别人的钱。 花掉的钱和花掉的钱之间的差额也会成为矿工的收益

总结

首先，我们不得不说BTC是一个bootstrap系统

首先我们看看在什么情况下，会有人傻到做出这种耗费资源的事情？ 必须满足，挖矿的成本必须是盈利的。即BTC衡量的美元价值大于挖矿所花费的价值

即BTC的币值决定了挖矿系统的稳定性，是什么让人认为BTC有价值？ 当然，BTC越安全，它的价值就越高； 显然，投资挖矿的人越多，BTC 的价值就越高。 安全。 所以这是一个自举系统。

51%攻击

让我们看看某人如果拥有 50%' role="presentation">50%50% 的挖矿资源可以做什么。

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