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精讀白皮書(shū)系列1

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每天啃一點(diǎn)白皮書(shū)。這個(gè)系列以閱讀理解各種項(xiàng)目的白皮書(shū)為主，結(jié)合每天學(xué)到的區(qū)塊鏈零碎知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際。可樂(lè)自己的學(xué)習(xí)筆記。可能做不到日更，但一定持續(xù)輸出。

精讀白皮書(shū)系列（1） | 比特幣白皮書(shū)學(xué)習(xí)筆記之遇見(jiàn)比特幣

前言：學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈，最好的方法是讀白皮書(shū)。看各種文章、視頻音頻只是簡(jiǎn)單的入門(mén)，要想深入理解區(qū)塊鏈，還是得靠自己閱讀白皮書(shū)來(lái)學(xué)習(xí)。就好像是搞科研要閱讀大量的論文一樣，且不管身處哪個(gè)行業(yè)，都得通過(guò)閱讀大量論文來(lái)獲取最前沿的知識(shí)，雖然白皮書(shū)對(duì)剛?cè)腴T(mén)的小白來(lái)說(shuō)有些晦澀難懂，但慢慢啃下來(lái)，收獲還是很大的。下面，我就和大家一起啃比特幣的白皮書(shū)。

《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng) 》

《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》

作者：Satoshi Nakamoto  中本聰

比特幣白皮書(shū)的作者是Satoshi Nakamoto，中文名叫中本聰，這是一個(gè)很傳奇的人物，傳奇到大家根本不知道他到底是誰(shuí)，是否真的存在。原因無(wú)外乎幾乎沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)中本聰本人，而中本聰也很少透漏自己的真實(shí)信息，能查的到的一些信息也都被人懷疑。區(qū)塊鏈歷史上疑似中本聰?shù)娜艘渤霈F(xiàn)過(guò)，但也相繼被推翻，甚至還有人打著中本聰?shù)钠焯?hào)做著不可說(shuō)的勾當(dāng)?？傊?，中本聰之于比特幣，之于區(qū)塊鏈都可以說(shuō)是神一樣的存在。在2008年11月1日中本聰發(fā)表了比特幣白皮書(shū)的論文，隨后2009年1月3日發(fā)行了比特幣，并通過(guò)首次挖礦獲得了獎(jiǎng)勵(lì)的50個(gè)比特幣。

題目就已經(jīng)恰到好處的解釋了比特幣的含義：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，比特幣就是一種電子現(xiàn)金，是數(shù)字貨幣，數(shù)字貨幣也曾出現(xiàn)在我們的生活，比如游戲幣、Q幣，但比特幣為什么獨(dú)獨(dú)能夠脫穎而出，給大家?guī)?lái)這么大的震撼呢？原因就是它是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，那么問(wèn)題來(lái)了，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)是幾個(gè)意思？原文中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)用的是這個(gè)詞：peer-to-peer（P2P），通俗的翻譯就是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者端對(duì)端，在學(xué)術(shù)中通常翻譯成對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，是一種在對(duì)等者（Peer）之間分配任務(wù)和工作負(fù)載的分布式應(yīng)用架構(gòu)。當(dāng)下主流的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是客戶(hù)端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，就是有一個(gè)中心服務(wù)器來(lái)主導(dǎo)著所有的工作，為客戶(hù)端服務(wù)。而P2P網(wǎng)絡(luò)，則是所有的客戶(hù)端既是客戶(hù)端又是服務(wù)器，這樣一個(gè)角色。

未來(lái)已來(lái)，

只是尚未流行。

區(qū)塊鏈

摘要里提到了幾個(gè)名詞，這里有必要簡(jiǎn)單解釋一下：

數(shù)字簽名（Digital Signatures）：A要給B發(fā)信息，首先用A的私鑰對(duì)原始信息加密，這個(gè)過(guò)程就叫做數(shù)字簽名，然后再用B的公鑰做第二層加密。這是P2P網(wǎng)絡(luò)中解決通信問(wèn)題的過(guò)程。私鑰公鑰是一個(gè)比較大的概念，之前的每天學(xué)一點(diǎn)區(qū)塊鏈系列里有提到過(guò)，私鑰是用于比特幣支付時(shí)的交易簽名；公鑰用于接收比特幣。私鑰和公鑰是非對(duì)稱(chēng)加密算法中的一對(duì)密鑰。比特幣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是密碼學(xué)，非對(duì)稱(chēng)加密算法是密碼學(xué)中信息傳輸?shù)挠行Ы鉀Q方法。

雙重支付（double-spending）：又叫雙花。指多次花費(fèi)同一比特幣。這在**中是很容易避免的，因?yàn)橐粡?*有唯一的編碼，花出去就是花出去了，不可能再在另一場(chǎng)合花費(fèi)同樣的**（造**除外）。而在虛擬貨幣中，所謂虛擬貨幣不過(guò)是一堆數(shù)字而已，你感受不到它的任何實(shí)體存在，一串?dāng)?shù)字從A的賬戶(hù)劃走，出現(xiàn)在B的賬戶(hù)，同樣也可以出現(xiàn)在C的賬戶(hù)，所以，數(shù)字貨幣中最需要解決的問(wèn)題就是雙重支付。而中心機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)就解決了雙重支付的問(wèn)題，第三方相當(dāng)于銀行，有他們做背書(shū)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，但在去中心化的區(qū)塊鏈中，解決雙重支付就是一個(gè)比較困難的問(wèn)題了。該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)隨機(jī)散列對(duì)全部交易加上時(shí)間戳，將它們合并入一個(gè)不斷延伸的基于隨機(jī)散列的工作量證明（proof-of-work）的鏈條作為交易記錄，除非重新完成全部的工作量證明，形成的交易記錄將不可更改。這是中本聰大大提供的在比特幣網(wǎng)絡(luò)中解決雙重支付的方法，就是通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的相互驗(yàn)證、共識(shí)機(jī)制以及采用哈希算法組成的樹(shù)狀交易信息保證了每個(gè)區(qū)塊內(nèi)交易數(shù)據(jù)的不可篡改，從而解決了雙重支付。

隨機(jī)散列（hashing）：哈希算法。一種單向加密算法，可以保證信息傳輸?shù)陌踩院蜏?zhǔn)確性，但更多是用來(lái)進(jìn)行傳輸結(jié)果的準(zhǔn)確性驗(yàn)證。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，哈希算法是對(duì)給定的數(shù)M，很容易算出X=F（M），但反過(guò)來(lái)給你X，就很難推算出M，這是哈希算法的準(zhǔn)確性所在。

時(shí)間戳（timestamps）：時(shí)間戳用于記錄當(dāng)前區(qū)塊的生成時(shí)間，是一個(gè)字符串。獲得記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)把當(dāng)前區(qū)塊連接到區(qū)塊鏈時(shí)要在當(dāng)前的區(qū)塊頭中加蓋時(shí)間戳，此后每個(gè)區(qū)塊都如此，形成一個(gè)由時(shí)間證明的鏈條，保證了該區(qū)塊鏈的不可篡改性。

工作量證明（proof of work）：簡(jiǎn)稱(chēng)POW，是一種節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)進(jìn)出的共識(shí)機(jī)制。區(qū)塊鏈?zhǔn)遣恍枰谌絹?lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，那么怎么做到不用第三方背書(shū)呢，就是靠的共識(shí)機(jī)制，就是大家都相信且有效的一種機(jī)制。工作量證明是指通過(guò)有效計(jì)算得到的一小塊數(shù)據(jù)，礦工必須在滿(mǎn)足全網(wǎng)目標(biāo)難度的情況下，求解SHA256算法（一種哈希算法），即對(duì)區(qū)塊頭和一個(gè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行哈希運(yùn)算，找出給定數(shù)量前導(dǎo)0的哈希值的過(guò)程，不斷地遍歷嘗試，直到找到這個(gè)解，就相當(dāng)于挖到了一個(gè)區(qū)塊，同時(shí)也獲得了10分鐘內(nèi)的全網(wǎng)交易記錄的打包記賬權(quán)，并將挖到的新塊連接至主鏈中，而后所有節(jié)點(diǎn)切換至新的區(qū)塊后繼續(xù)進(jìn)行工作量證明的計(jì)算。這種依靠工作量來(lái)爭(zhēng)奪記賬權(quán)達(dá)成共識(shí)的方式叫做工作量證明。工作量證明機(jī)制節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出，可以說(shuō)是完全的去中心化。比特幣依靠POW機(jī)制維護(hù)區(qū)塊鏈的整體運(yùn)行，因此會(huì)消耗大量的算力和電力。

區(qū)塊鏈：區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，由一連串區(qū)塊有序連接而成。說(shuō)白了就是一個(gè)分布式的記賬系統(tǒng)。每個(gè)人都可以在賬本上記賬，而不是傳統(tǒng)的只有第三方金融機(jī)構(gòu)才能記賬的模式，這個(gè)賬本是完全公開(kāi)透明的，每一筆交易的金額、去向都被記錄下來(lái)，不可篡改。比特幣是每10分鐘出一個(gè)塊，10分鐘之內(nèi)的所有交易信息都被打包在這個(gè)塊上，由算出SHA256算法的礦工進(jìn)行打包并鏈接到之前的區(qū)塊上，區(qū)塊相連成為區(qū)塊鏈。

在摘要中，作者也簡(jiǎn)單解釋了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的含義，就是不需要第三方金融機(jī)構(gòu)，直接由一方轉(zhuǎn)賬給另一方。這或許對(duì)我們普通大眾來(lái)說(shuō)感知并不是那么明顯，比不上互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的改變那么明顯，就好像我們現(xiàn)在有了支付寶以后對(duì)傳統(tǒng)銀行帶來(lái)的改變，以前A想要轉(zhuǎn)賬給B要怎么做呢，去銀行的柜臺(tái)，支付寶出現(xiàn)后，A不用去銀行了，直接動(dòng)動(dòng)手就能把錢(qián)轉(zhuǎn)給B了，區(qū)塊鏈帶來(lái)的改變對(duì)A和B來(lái)說(shuō)本質(zhì)上沒(méi)有什么變化，同樣是動(dòng)動(dòng)手，但對(duì)支付**說(shuō)可是天翻地覆，A和B之間不再需要支付寶，或者銀行就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)人的轉(zhuǎn)賬了。任何的信用背書(shū)在區(qū)塊鏈的世界里沒(méi)有意義，人們可以放心地用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)賬交易，這是區(qū)塊鏈技術(shù)帶來(lái)的革命，同樣也是認(rèn)知的革命。

至于區(qū)塊鏈中的信息為什么不可篡改，這就有勞工作量證明機(jī)制以及區(qū)塊鏈本身的特性了。因?yàn)楣ぷ髁孔C明機(jī)制消耗了大量的算力，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)想要篡改他的交易記錄，那么他需要把之前的所有區(qū)塊上的交易信息都改了，這將是一項(xiàng)巨大的工程，且不說(shuō)他能不能完成的問(wèn)題，就算他有強(qiáng)大的算力篡改了，那么他會(huì)發(fā)現(xiàn)他已經(jīng)掌握了全網(wǎng)至少50%以上的算力，那么他完全可以利用這個(gè)算力進(jìn)行挖礦來(lái)獲得挖礦的獎(jiǎng)勵(lì)，而不是費(fèi)盡心思地區(qū)篡改一個(gè)數(shù)據(jù)。這就是摘要中的只要大多數(shù)的CPU 計(jì)算能力都沒(méi)有打算合作起來(lái)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行攻擊，那么誠(chéng)實(shí)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)生成最長(zhǎng)的、超過(guò)攻擊者的鏈條。

簡(jiǎn)介給我們講了互聯(lián)網(wǎng)上的交易依靠第三方的形勢(shì)的弊端。因?yàn)榈谌浇鹑跈C(jī)構(gòu)的存在，所以不可避免的會(huì)增加交易的時(shí)間成本以及金錢(qián)成本，比如轉(zhuǎn)賬需要手續(xù)費(fèi)，且還要避免工作日。互聯(lián)網(wǎng)上依靠第三方的貿(mào)易對(duì)賣(mài)家來(lái)說(shuō)是一種損失，對(duì)買(mǎi)家來(lái)說(shuō)是一種欺詐。怎么說(shuō)呢？假如買(mǎi)家B從賣(mài)家A手里買(mǎi)了一個(gè)蘋(píng)果，咬了一口發(fā)現(xiàn)不好吃， 于是想退貨，你說(shuō)你吃都吃了怎么退啊，這是一種極端的例子，更常見(jiàn)的是服務(wù)，比如授課，服務(wù)本身是不好退貨的，退貨就成了對(duì)賣(mài)家的損失，而比特幣的不可篡改性就解決了這一問(wèn)題。對(duì)買(mǎi)家來(lái)說(shuō)，需要提供各種身份信息，以證明自己是愛(ài)國(guó)守法的好公民，不然賣(mài)家是不會(huì)相信他并賣(mài)他東西的，這樣做會(huì)讓一些賣(mài)家鉆空子欺詐買(mǎi)家。所以比特幣的優(yōu)勢(shì)又來(lái)了，大家是基于工作量證明的，不會(huì)讓你提供個(gè)人信息，安全多了。

所以，作者提出了基于密碼學(xué)原理的比特幣作為替代第三方機(jī)構(gòu)的交易系統(tǒng)。 基于區(qū)塊鏈發(fā)行的數(shù)字貨幣可以有效解決雙重支付的問(wèn)題，且區(qū)塊鏈?zhǔn)前踩行У摹?/p>

總結(jié)一下：

1、摘要告訴了我們什么是比特幣；

2、比特幣的共識(shí)機(jī)制是工作量證明（POW）；

3、比特幣交易的不可篡改性；

4、誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)挖礦大于攻擊的問(wèn)題；

5、簡(jiǎn)介告訴了我們?yōu)槭裁匆帽忍貛?，以及比特幣相?duì)于傳統(tǒng)交易系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

本文參考于：

書(shū)籍《區(qū)塊鏈技術(shù)指南》

書(shū)籍《比特幣：一個(gè)虛幻而真實(shí)的金融世界》

書(shū)籍《區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)與實(shí)例》

精讀比特幣白皮書(shū)1     作者：大魚(yú)

下一節(jié)內(nèi)容：精讀白皮書(shū)系列（2）——《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》

注：學(xué)習(xí)筆記系列，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明作者：可樂(lè)。

完結(jié)撒花！

我是可樂(lè)，在學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈的道路上前行

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