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深度剖析比特币背后的技术细节

2019年11月10日 文章来源:网络整理 热度:187℃ 作者:刘英

"拥有"一枚比特币究竟意味着什么?

很多人都听说过比特币, 它是一种数字货币,并不需要特定政府发行, 也不依赖银行来管理账户及验证交易, 甚至都没有人真正知晓其发明者,很多人都不知道上面那个问题的答案, 或者说至少不全了解. 要想搞明白,同时也为了让比特币背后的技术细节显得直观, 我们将从你会如何发明自的比特币的过程中一步一步地阐明.

深度剖析比特币背后的技术细节

首先我们从你用于记录你与好友们交易的公共账本开始, 然而你与好友及世界上的其他人的互信开始逐渐降低。 但聪明的你引入了密码学中的某些概念来解决信任危机, 你就创造了一种新事物,叫做"加密货币"。

深度剖析比特币背后的技术细节

比特币只是第一个被广泛应用的加密货币的例子, 而如今有了更多其他的加密货币并与传统货币可以发生交易. 现在从你想要发明你自己的加密货币入手, 能帮助我们理解如今几大主流加密货币的理论基础, 了解其背后在不同方面存在着不同的设计空间.

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事实上我选这个选题是因为在过去一年中针对加密货币有大量的关注、资本投入甚至老实讲还有媒体过分渲染. 我并不会对当前及未来的汇率发表评论及预测, 但我想任何想要购买加密货币的人都应搞明白加密货币究竟是怎么一回事.

我不会含糊地将其与挖矿作类比, 我会直接描述当我们发送、接受、创造加密货币时候, 计算机内部所发生的事情和原理。

我还要强调一点:虽然我们将花一些时间稍深入地了解背后的原理, 但是如果仅仅日常使用的话,我们并不需要了解其详细技术原理, 就像你不需要了解你刷信用卡背后所发生的一切一样. 与电子支付一样,加密货币也有很多方便易用的App可以直接用于发送和接受货币, 而不需要知道是怎么实现的.

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区别在于加密货币的背后并不是某家银行来验证交易, 而是一套基于密码学中某些数学方法的, 来在去中心化的、互不信任的交易下验证交易的可靠。

在开始讲之前,你暂时把加密货币放在一边, 我们先从更基本的概念入手:账本和电子签名。

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如果你和你的朋友们有很频繁的金钱来往, 比如AA支付晚餐的账单等等, 总是用现金总是不方便的. 所以可能会用到一个公共账本: 它记录了未来将要偿还的所有数目, 如Alice支付Bob 20元,Bob支付Charlie 40元等等.

这个账本必须是公开的,每个人都能查阅, 就像一个网站一样,每个人都能查阅并添加新的交易记录. 而到了每个月底大家对交易记录都无异议就会一起把账算清. 如果你入不敷出,就要再掏钱出来. 如果仍有结余,就可以从中拿回自己多付的钱.

所以这个简单体系的设计大概会是如下所述: 每个人都能向账本添加新的交易信息,到月底再用真金白银统一结算。

但这样的公共账本存在一个问题,正因为每个人都能添加交易记录, 应该怎样避免Bob在没有经过Alice同意的情况下偷偷记下:Alice给Bob 100元. (这样月底结算时候, Alice就要为这笔捏造出来的交易付钱出来了).

我们又凭什么相信账本中的记录都准确无误呢, 这里就需要密码学中的电子签名技术. 就像手写签名一样,Alice需能在每笔交易信息边上留下记录, 以证明她了解并且认可这笔交易发生, 而且这个签名不能被他人获取并伪造.

电子签名确保交易的真实性

乍一思索电子签名似乎不太可能实现, 无论电子签名是如何存储的,计算机都可以读取并复制。 那究竟该如何防止伪造呢? 要实现电子签名,每个人都需要生成一对秘钥: 公共密钥及私人密钥。

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每一个密钥其实都是一串 0 或 1 比特串. 私人密钥有时也被叫做"秘密"钥匙, 以便能够缩写成 sk, 公共密钥则缩写成 pk.

正如其名,私人密钥是由你自己保存的, 现实生活中,你本人所签署的所有文件中的签名都是一样的。 电子签名则更进一步,它会随着签署的内容变化而改变。 它看上去就是一串10代码,通常长度是256位。 而任何要加密内容的一个字符的变动都会让这串产生的新的签名变得完全不同。

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正式一点地讲,产生这样的签名需要一个函数 Sign, 它同时要求所签署的内容以及你的私人密钥, 也就是 Sign(签署的内容, 秘钥) → 生成新的签名 .

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