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中本聰在標題中定義了比特幣:點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)(A Peer-to-Peer Electronic Cash System)。在交易過程中,最純粹的點對點電子現(xiàn)金只涉及交易雙方,不會有第三方金融機構(gòu)參與。然而,如果你想繞過第三方機構(gòu),必須解決雙花(同一筆錢花兩次)的問題。
數(shù)字簽名、時間戳在比特幣網(wǎng)絡中使用,PoW下面將詳細解釋隱藏在比特幣背后的技術。
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在當前的轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)中,即第三方金融機構(gòu)的轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)中,信任問題是不可避免的。事實上,完全不可逆轉(zhuǎn)的交易是不可能的??倳袪幾h,仲裁費用會增加交易成本。同時,由于支付可能逆轉(zhuǎn),企業(yè)應提防客戶,要求客戶提供更多信息,因此必須存在信任。
電子支付系統(tǒng)需要加密證書,而不是基于信任。這樣,雙方就可以直接交易,而無需第三方的參與。
在這個系統(tǒng)中,比特幣是一系列數(shù)字簽名鏈。在轉(zhuǎn)賬過程中,每個人都可以在簽署過去轉(zhuǎn)賬記錄的哈希和下一個接收人的公鑰后宣布所有權(quán)。
在這里,我們來解釋一下公鑰和私鑰之間的關系。私鑰是由256位數(shù)字0和1組成的隨機數(shù)字,將其轉(zhuǎn)換為64位16進制顯示器。因此,比特幣的私鑰2^256數(shù)量與宇宙中可見的所有原子數(shù)相似。公鑰通過橢圓曲線加密算法獲得,比特幣地址通過哈希獲得。
他們嚴格按照私鑰得到公鑰,公鑰得到地址的順序,不能逆轉(zhuǎn)。用私鑰加密的信息可以用公鑰解密,用公鑰加密的信息可以用私鑰解密,地址用于轉(zhuǎn)賬,可以用公鑰確認。
所以交易信息(哈希值)用私鑰簽名后,用公鑰驗證簽名就能確定“比特幣”之前的所有者。由于每次的交易信息都不同,所以每次交易都會有新的簽名信息。
介紹一個特殊的概念,UTXO(Unspent Transaction Output),也就是說,輸出沒有成本。有趣的是,比特幣不是硬幣,它實際上是一種UTXO。比特幣賬簿記錄了一筆交易,轉(zhuǎn)賬必須包括輸入和輸出。如果沒有成本輸出,則該地址的剩余比特幣數(shù)量。除礦工挖掘區(qū)塊獎勵的比特幣外,其他比特幣來自前一個地址UTXO。
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回到最后一個話題,接收者很難驗證這些貨幣是否是雙花,通常引入值得信賴的第三方機構(gòu),或者貨幣制造商來驗證它們是否是雙花。在每次轉(zhuǎn)賬過程中,貨幣制造商回收以前的貨幣并重新發(fā)行新貨幣。新貨幣只由貨幣制造商發(fā)行,因此避免了雙花,但還有另一個問題,每筆交易都必須通過貨幣制造商。
如果要在系統(tǒng)中刪除第三方貨幣制造商,系統(tǒng)中的每個人都應該知道轉(zhuǎn)賬的順序,并披露轉(zhuǎn)賬記錄,參與者應同意唯一的轉(zhuǎn)賬順序。接收人需要證明,在每個轉(zhuǎn)賬過程中,大多數(shù)節(jié)點都同意第一次接收貨幣。
時間戳是為了解決這個問題,給交易一個不可偽造的時間標記,讓每個人都能確認轉(zhuǎn)賬順序。
時間戳是通過報紙或網(wǎng)絡廣播等待時間戳的塊,然后通過報紙或網(wǎng)絡廣播哈希值。時間戳證明了數(shù)據(jù)在那一刻存在,因為只有在那一刻存在,才會得到相應的哈希值。每個時間戳的哈希都包括前一個時間戳,所以形成了一條鏈,每個新的時間戳都在前一個時間戳的后面。
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分布式時間戳服務器需要基于點對點,這里使用PoW(Proof of Word,工作量證明)共識機制。PoW這個過程就是找一個值,讓這個值的哈希值滿足一定的條件,比如用SHA-256算法(SHA-256哈希函數(shù))。哈希值從一堆數(shù)字0開始,隨著數(shù)字0的增加,尋找該值的工作量增加,但只需要一次哈希計算來驗證該值是否符合條件。
實現(xiàn)PoW通過添加隨機數(shù),直到找到一個可以達到這么多0的哈希值,這是由之前塊的哈希值、隨機數(shù)和塊交易決定的。找到合格的哈希值,CPU勞動實現(xiàn)需要花費PoW。除非重新完成這么多工作量,否則不會更改塊。之后,新塊將連接到該塊。如果你想改變,你必須改變之后的所有塊。
PoW如果使用一個決定權(quán),也解決了決定權(quán)問題IP一票的原則有很多IP人們可能會推翻這一切,代表大多數(shù)人。如果是一個CPU算一票,最長的鏈條最能代表大多數(shù),因為它們包含最多的工作量。
大多數(shù)都是由誠實節(jié)點控制的CPU誠實鏈將比其他競爭鏈更長。如果有人想攻擊并修改以前的塊,則需要重復已完成的工作量,并超過誠實鏈的長度。隨著塊的增加,隨著塊的增加,慢攻擊者追趕的可能性會隨著塊的增加而下降。
PoW難度取決于每小時平均輸出區(qū)塊的數(shù)量。如果輸出過多,難度會增加。