区块链1.0应用——比特币学习

区块链1.0应用——比特币学习

比特币的概念

比特币是一份数字文件，里面记录着账户和金额，也就是数字账本。文件的副本被保存在比特币网络的每一台电脑中。单独看这些数字文件不具有任何价值，它之所以具有价值，是因为人们信任比特币，人们自愿用它交易真实货物或者购买服务。

比特币系统解决的问题

• 比特币是高度自治的，不受单个政府控制
• 比特币系统能够提高跨国贸易效率
• 比特币具有不可串改性
• 比特币可以保证账户隐私安全

去中心模型

去中心化： decentralization， 在一个分布有众多节点的系统中，每个节点都具有高度自治的特征。节点之间彼此可以自由连接，形成新的连接单元。
任何一个节点都可能成为阶段性的中心，但不具备强制性的中心控制功能。节点与节点之间的影响，会通过网络而形成非线性因果关系。

比特币引用了一个去中心化的模型

• 中心化的记账方式特点：由某一个人统一记账。
• 去中心化的记账方式：可能由节点中的任何一个人记账，记账的结果会和大家共享，这种方式公正，不会出现信任危机，比特币也正是选用了这么一种记账方式。

比特币系统中采用点对点通信

点对点（peer to peer） 通信没有经历中心化的服务器。

账本隐私和快速对账

比特币系统使用 hash 算法对交易的隐私数据进行加密

hash 算法能够提取事物的特征，输出一段 16 进制的数字，称为 hash值。就以人的一张脸来进行分析，每个人的瞳距，脸宽，鼻子大小，嘴大小都不一样，那所谓的提取事物特质，在这里你就可以理解成，提取了人脸的特质。

比特币系统使用 hash 算法实现快速对账

比特币系统通过比对 hash 值，实现快速对账。

账本一致性

比特币中会出现双花问题（双重支付），比特币系统通过工作量证明来解决，保证账本一致性（即最长链作为可信任的链）。

工作量证明

比特币中的交易，并不是谁想记录就能记得，想记账的人，他得先拿到记账权，拿到记账权以后他才可以生成区块，也就是将交易信息打造成新的区块。 最后还需要将交易结果告诉比特币系统中的其他用户，做完这一系列事情的人，我们就称之为比特币系统中的矿工。在成功记账，并且对外发布后，比特币系统会给这位矿工一些奖励。

• 记账权的获取，选用了工作量证明的算法（Proof of Work） ， 简称 pow算法，这个算法在比特币网络中的应用场景是这样的。
  
• 在这张图片中可以看到， 2 部分的输入信息， 1 个跳出条件，区块数据和nonce 作为输入条件，目标 hash 作为运算结束的跳出条件。
• 区块数据其实就是比特币系统中的交易信息， nonce 是一个由 1 开始往上递增的整数。把区块数据连同 nonce 进行一个 hash 计算，当 hash 计算的结果，大于比特币系统提供的 hash 值，则说明本次计算失败，需要将 nonce 值+1，重复之前过程，直到计算出一个 hash 值，小于比特币系统给出的目标hash 值。通过变换 nonce，重复计算小于目标 hash 的过程，我们称之为挖矿，而整个算法，我们把他称为工作量证明。

记账权是由算力决定的

在 pow 算法中，算力的体现就在于同一时间段内， nonce 值的尝试次数。 比如我的电脑在 1 秒钟内，尝试了 1 万次 nonce值，也就是 nonce 从 1 尝试到了 10000，而算力较弱的电脑在 1 秒钟内，仅仅尝试了 1 千次 nonce 值，也就是从 1 尝试到了 1000，算力强的电脑计算得出小于目标 hash 的速度就会更快，所以在这里算力强的电脑更容易拿到记账权，从而去增添区块，延长比特币系统的链条。

比特币系统的分叉

硬分叉（hard fork）

• 比特币的分叉通常是不同的矿工，使用了不同版本的比特币系统进行挖矿， 而导致的，这是矿工在比特币系统协议层面上产生了分歧。
• 扩容就涉及到了比特币系统的更新，想要使用大容量区块的矿工，就必须更新自己电脑上的比特币软件。
• 扩容并不是所有的矿工，都做了比特币系统的更新，有少部分的矿工，不认可比特币系统的扩容，所以他们依然使用了旧版本的比特币软件，这样会带来分叉问题。
  

永久的分叉，并且无法将两条链无法合并，这就是硬分叉

软分叉（soft fork）

有可能合并回来的分叉，就叫软分叉。

总结：硬分叉由比特币系统更新导致，不可合并。
软分叉由区块被篡改导致，后续有可能合并。

比特币系统总结

比特币系统中运用到了很多的技术，主要分别是

• 分布式数据存储
  比特币系统就是一个分布式的账务系统，账本在每个参与者电脑上备份，也就是把账本的数据，存储在全球的多个参与者的电脑上，除此之外，这个账本还需要实时同步和对账，比特币系统做到了足够的公开透明，但也因此降低了系统的效率。
• 点对点传输
  比特币的账本分布在全球各地，它们通过点对点数据传输，即点对点通信，实现对账，相互备份。简单来说点对点通信就是 A 和 B 在通信过程中，不经过一个用于记录通信数据的中心服务器。
• 共识机制
  比特币系统的主链容易出现短暂的分叉，短暂分叉并不会影响比特币的正常工作，因为这个分叉最终是会合并到主链上去的。比特币中用 pow 算法保证了账本的一致性，也让比特币系统变得更加安全可靠。
• 加密算法
  加密算法在比特币系统的方方面面都运用到了，比如，对用户个人信息的加密，转账过程中的签名授权，账本一致性校验，挖矿算法的目标 hash 等。

这些技术统称区块链1.0技术。