2008 年 10 月，以中本聰 (Satoshi Nakamoto) 為名的個人或團體發(fā)布了比特幣白皮書，為全球支付執(zhí)行方式的根本性變革以及整個行業(yè)的數據管理轉型奠定了基礎。

• 比特幣作為一種數字貨幣在一篇名為《比特幣：一種點對點電子現金系統(tǒng)》的論文中被介紹給世界
• 比特幣白皮書只有九頁，是一項關于無信任電子交易系統(tǒng)的提案
• 比特幣網絡創(chuàng)建了一種無需可信第三方作為中介的支付結構
• 比特幣白皮書試圖用簡單的語言將復雜的技術概念翻譯成易于理解的術語

在本文中，我們將對比特幣白皮書中概述的技術基礎進行簡單的解釋。

比特幣白皮書最初于2008年10月31日由一位或一群自稱中本聰的人在一個名為Metzdowd的平臺的密碼學郵件列表中發(fā)布。圍繞比特幣創(chuàng)始人的真實身份，存在著各種各樣荒誕的理論和傳聞——許多加密貨幣界知名人士都聲稱自己是中本聰，或者認識中本聰。

比特幣背后的概念基于密碼學、安全通信技術的研究以及防止公眾或第三方閱讀私人信息的協(xié)議的開發(fā)。

摘要

比特幣白皮書第一頁的開頭是出版物的摘要，其中包含描述白皮書內容和目的的摘要。

從根本上講，比特幣的目的是開發(fā)一種計算機技術，使多方能夠直接在線相互支付（“點對點現金系統(tǒng)”），而無需銀行等金融機構的介入。首先，毋庸置疑，此類交易的底層系統(tǒng)需要滿足一系列安全要求。

由于擬議的交易將以非現金形式在線執(zhí)行，因此需要解決雙重支付問題。雙重支付是數字現金系統(tǒng)的一個潛在弱點——如果有人復制或偽造代幣，同一價值單位（代幣）可能會被重復使用。

這種去中心化現金系統(tǒng)運作的先決條件是

• 系統(tǒng)運行各方的合作（網絡結構）
• 確保以前的記錄永遠不會被改變（不變性）
• 根據一定的規(guī)則對交易的有效性達成一致（共識）

換句話說：各方需要就規(guī)則達成一致，并按照這些規(guī)則進行合作，同時確保記錄根據這些商定的規(guī)則有效且不可更改。

簡介——比特幣從何而來？

比特幣白皮書的引言部分概述了比特幣創(chuàng)始人為何認為需要一個無需信任的現金系統(tǒng)。其主要原因是，在商業(yè)環(huán)境中通過銀行等金融機構運作的傳統(tǒng)支付系統(tǒng)存在諸多缺陷。

首先，傳統(tǒng)支付通常涉及高昂的交易和調解成本，如果交易出現爭議（例如需要撤銷交易），則可能產生這些成本。

其次，傳統(tǒng)支付系統(tǒng)容易出現欺詐；第三，它們始終需要可信的第三方。比特幣白皮書提出了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，第三方（如有）例如為主要交易方提供的托管服務，可以輕松實現，但僅在需要時通過觸發(fā)某種編碼操作來實現。

交易

電子貨幣本質上是由數字簽名組成的鏈條。電子貨幣實際上是一行行受保護的計算機代碼，它們與前一行代碼存在關聯(lián)。電子貨幣不像傳統(tǒng)貨幣那樣握在手中，它們只存在于線上。

假設一位比特幣持有者想要進行一筆交易。如果該持有者激活交易，將比特幣轉移給下一位持有者，那么這筆比特幣的價值就會被廣播到網絡中。

所有者通過對上一筆交易的哈希值（即唯一的數字指紋）進行數字簽名來加密，從而激活將比特幣轉移給下一位所有者的流程。比特幣背后的加密機制使用兩個數學上相關的密鑰——公鑰和私鑰。它們相互關聯(lián)，但并不完全相同。

公鑰用于加密交易，私鑰則用于創(chuàng)建數字簽名——它類似于銀行賬號，而私鑰類似于銀行賬戶的訪問代碼。因此，公鑰也是比特幣所有者想要發(fā)送比特幣的接收者的地址。

需要公鑰來加密交易，并使用所有者的私鑰來創(chuàng)建數字簽名。

此信息被添加到硬幣的“末端”。

當然，下一個所有者——接收者——希望確保發(fā)送給他們的金額未在先前的交易中被使用過。唯一的方法是讓網絡按照交易發(fā)生的順序對所有之前進行的交易進行確認。

網絡中所有交易的有效順序必須公開宣布，以便每個人都知道什么是有效的，為此，網絡需要就什么是有效的規(guī)則達成一致。

每個交易接收者都希望得到證明，即在他們收到交易時，網絡的大多數人都同意該接收者是第一個收到此交易的接收者，并且之前沒有其他接收者收到過相同的交易。

網絡中所有交易的有效順序必須公開宣布，以便每個人都知道什么是有效的，為此，網絡需要就什么是有效的規(guī)則達成一致。

時間戳服務器

比特幣白皮書的這一部分描述了中本聰提出的比特幣網絡如何使用“分布式時間戳服務器”來證明交易的生成順序。這是什么意思？

比特幣網絡運行在一個分布式計算機系統(tǒng)上。網絡中的所有計算機進程都在分布于世界各地不同國家的成百上千臺計算機（即節(jié)點）上同時運行。所有這些計算機都相互連接，任何擁有合適設備的人都可以設置一臺計算機加入。

網絡中的計算機越多，記錄的副本就越多，系統(tǒng)就越安全。顯然，同時從數千臺計算機上竊取或銷毀記錄幾乎是不可能的。因此，只要操作計算機的大多數參與者共同同意最長的數據記錄“鏈”——“有效”區(qū)塊鏈，系統(tǒng)就是安全的。

交易被打包成塊，每個塊包含多筆交易以及前一個塊的信息。時間戳服務器（一種軟件）會同時在網絡中成千上萬臺計算機上將時間戳添加到區(qū)塊的哈希值中。

時間戳提供了數據在此時顯然存在的證據，并且每個時間戳的哈希值都包含前一個時間戳。這樣，就形成了一個鏈條，每個新增的時間戳都強化了它之前的時間戳。想象一下俄羅斯套娃的比喻——一個小娃娃套著一個大娃娃，大娃娃又套著另一個大娃娃，以此類推——這就是比特幣交易的樣子。

時間戳服務器（一種軟件）會同時在網絡中成百上千臺計算機上將時間戳添加到區(qū)塊的哈希值中。

有效區(qū)塊

工作量證明

事實上，中本聰在最初的比特幣白皮書中建議的通用時間戳網絡是作為點對點計算機網絡實現的，該網絡在稱為比特幣挖礦的過程中使用工作量證明算法來創(chuàng)建幾乎不可更改的交易歷史記錄。

廣義上，“工作量證明”是指計算機用戶在其計算機上解決一項中等難度的任務。該任務滿足某些設定的要求，并且本質上很難執(zhí)行。最初，工作量證明作為一種方法被發(fā)明出來是為了遏制垃圾郵件的發(fā)送。通過要求電子郵件發(fā)送者在發(fā)送電子郵件之前執(zhí)行一些小任務（“工作”），這樣做是為了確保不會發(fā)送大量垃圾郵件。

在比特幣網絡中，這項中等難度的任務演變成了解決一個密碼難題。多筆交易被打包成一個區(qū)塊。每個區(qū)塊包含數據——索引、時間戳、交易列表、證明、前一個區(qū)塊的哈希值以及其他信息。一個稱為隨機數（nonce，一個“一次性使用的數字”）的數字被添加到這個區(qū)塊中，用于對其進行哈希運算。

比特幣網絡中的節(jié)點（計算機）——“礦工”——現在開始每秒掃描、測試和丟棄數百萬個隨機數，以找到一個符合網絡在區(qū)塊生成（交易分組）時設定的目標隨機數。他們不斷重復這項“工作”，直到找到一個值，使區(qū)塊哈希達到所需的難度級別：一個以多個零位開頭的隨機數。

一旦礦工找到這樣的值，它就會被廣播到網絡中的其他節(jié)點，經過驗證后，一個有效的新區(qū)塊就被創(chuàng)建并添加到區(qū)塊鏈中。除非需要重做，否則無法對區(qū)塊進行任何更改。

一個區(qū)塊包含數據——索引、時間戳、交易列表、證明、前一個區(qū)塊的哈希值以及其他信息。

新區(qū)塊的生成速度取決于網絡中參與驗證的參與者數量，或者所使用的計算能力。如果一小時內生成的區(qū)塊過多，則會增加任務的復雜性——“難度”，以故意延遲新區(qū)塊的生成。

有效的區(qū)塊鏈是誠實的網絡參與者在該鏈上投入的計算能力最長的鏈。

網絡

比特幣白皮書的下一部分概述了交易過程。

發(fā)送者發(fā)送一筆交易，該交易會被廣播給網絡中的所有參與者（盡管并非所有交易都需要到達所有節(jié)點）。每個參與節(jié)點將新交易收集到一個區(qū)塊中，并嘗試為其找到工作量證明。

一旦找到并確認該交易之前未被花費（即雙重支付），新的區(qū)塊將再次廣播到比特幣網絡，并被其他計算機接受為有效（或拒絕），這些計算機將使用最后一個有效區(qū)塊的哈希值創(chuàng)建新的區(qū)塊。區(qū)塊鏈中最長的鏈被視為正確的鏈。

可能會發(fā)生兩個節(jié)點同時向比特幣網絡廣播下一個區(qū)塊的不同版本的情況。因此，其他節(jié)點要么先收到一個版本，要么先收到另一個版本。在這種情況下，節(jié)點將切換到最長鏈。如果一個節(jié)點沒有收到某個區(qū)塊，它會在意識到丟失該區(qū)塊后立即請求該區(qū)塊。

激勵

為了鼓勵計算機節(jié)點參與網絡，中本聰提出，如果提供計算能力的節(jié)點是第一個創(chuàng)建區(qū)塊的節(jié)點，就應該獲得獎勵。比特幣網絡的用戶將支付交易費，當流通中的比特幣達到一定數量時，這筆費用將成為唯一的獎勵。

由于欺騙網絡需要大量的算力，因此節(jié)點保持誠實的可能性比欺騙網絡的可能性更大。原因在于，投入算力進行挖礦和生成新幣比投入資金控制網絡更有利可圖。請記住，沒有任何一家公司或個人負責運營比特幣網絡。它是由一個龐大的獨立計算機社區(qū)運營和驗證的。

回收磁盤空間

由于比特幣區(qū)塊鏈不可篡改，因此其規(guī)模必然會不斷增長，最終需要大量內存進行存儲。比特幣白皮書中假設，一個不包含任何交易的區(qū)塊頭大小約為 80 字節(jié)。

為了解決所需內存的問題，中本聰提出，一旦交易被“埋”在足夠數量的區(qū)塊下，就可以“丟棄”之前使用的交易，以節(jié)省磁盤空間。

為了確保加密結構（哈希值）不會被破解，白皮書建議將所有交易減少為單個哈希值（根哈希值），這可以通過使用 Merkle 樹有效地完成。

Merkle 樹或哈希樹，以科學家 Ralph Merkle 的名字命名，是密碼學和計算機科學中一種基于哈希的數據結構。該結構將數據分配給密鑰。一個簡單的例子就是電話上的快速撥號——每個電話號碼都通過基于哈希的結構分配給每個密鑰。在比特幣網絡中，Merkle 樹用于數據驗證，由于使用哈希值而不是完整的信息文件，因此效率更高。

Merkle 樹或哈希樹以科學家 Ralph Merkle 的名字命名，是密碼學和計算機科學中基于哈希的數據結構。

Merkle 樹通常采用二叉樹結構，這意味著每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，但也可以使用更高級別的輸出。根哈希是基于哈希的數據結構中最頂層的哈希，也是區(qū)塊頭的一部分。它用于確定哪些交易是存在的。

2008年比特幣白皮書發(fā)布時，估計每年至少需要4.2MB（兆字節(jié)）的內存存儲空間。這是基于每十分鐘生成一個區(qū)塊，每個區(qū)塊等于80字節(jié)的假設。每小時，這相當于80乘以6，然后乘以每天的成本，再乘以每年的成本，即相當于800億乘以（6X24）乘以365。

2008 年，典型的計算機系統(tǒng)配備 2GB（千兆字節(jié)）的 RAM，當時摩爾定律預測每年的增長速度為 1.2GB，而比特幣白皮書則認為，即使將區(qū)塊頭保存在內存中，存儲也不會成為問題。

簡化付款驗證

通過構建依賴于連接到可信完整節(jié)點并僅下載區(qū)塊頭的比特幣實現，無需用戶在網絡上運行完整節(jié)點，即可驗證比特幣網絡中的付款。

下載完成后，客戶端計算機將驗證鏈頭的連接是否正確，以及是否具備足夠的難度，以確保其為正確的區(qū)塊鏈。最后，將提供交易副本以及將其鏈接到各自正確區(qū)塊的 Merkle 分支，作為包含證明。

只要誠實節(jié)點控制著網絡，并且您連接到已知可靠的節(jié)點，這種驗證就是可靠的。然而，為了確保交易不會被攻擊者在無效鏈上偽造，中本聰建議使用比特幣進行頻繁支付的企業(yè)應該運行自己的節(jié)點，以提高速度和安全性。

簡單來說，這意味著你不需要整個鏈的記錄來驗證交易是否正確。你只需要下載默克爾樹的一個分支，并檢查它是否具有相同的根哈希值。

合并和拆分值

比特幣背后的經驗教訓也適用于包含多個輸入和輸出的交易——例如，如果你需要花費 35 美分，你需要將 20 美分、10 美分和 5 美分合并起來。在比特幣網絡中，交易可以包含多個輸入和輸出，從而允許價值的拆分和合并。

隱私

傳統(tǒng)銀行通過將交易信息限制在交易各方（包括第三方中介）的范圍內來確保交易的隱私性。而比特幣網絡則公開所有交易。每個人都可以看到有人在發(fā)送交易，但交易無法與任何人關聯(lián)，因為沒有人知道交易的執(zhí)行方是誰。

用戶使用公鑰向網絡驗證身份，但需要私鑰才能訪問交易。因此，比特幣白皮書建議每筆交易都使用新的密鑰對，以確保交易無法被追溯或關聯(lián)到同一所有者。

計算

最后，中本聰想要說明比特幣網絡不太可能被欺詐者成功攻擊。白皮書的這一部分包含一些計算，以表明攻擊者創(chuàng)建一條與有效鏈競爭的新鏈是多么復雜。由于誠實節(jié)點不會接受匹配的交易，欺詐者需要與有效鏈競爭，并利用大量的計算能力來追趕，而他們最終實現盈虧平衡的可能性微乎其微。

結論

比特幣是一個點對點的、無需信任的電子現金轉賬系統(tǒng)，它使用工作量證明（PoW）來記錄交易的公開歷史。只要誠實節(jié)點控制大部分算力，它就具有極高的安全性，能夠抵御攻擊。該網絡由幾乎不需要協(xié)調的節(jié)點組成，這些節(jié)點可以隨意加入和離開，并且基于共識機制只接受有效區(qū)塊，拒絕無效區(qū)塊。

到此這篇關于比特幣從何而來？一文詳解比特幣白皮書的文章就介紹到這了,更多相關比特幣白皮書詳細介紹內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持腳本之家！

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