个人理解的比特币

最近几天，看了一下有关比特币的介绍，再此做一下笔记。

比特币的的基本介绍

1.诞生

2008年11月1日，世界金融危机爆发，一位名叫"中本聪"的极客发表《比特币：一种点对点式的电子现金系统》的文章（称之为"白皮书"),提出了比特币的概念和比特币协议，从而标志着比特币的诞生。

2.中心思想：一种去中心化记账系统

现在主流的记账系统为中心化记账系统，比如银行，生活在一个群体里的每个人都不需要知道其他人的账户信息，记账这一工作交由银行来进行。
比如，在一个群体里，有A、B、C、D四个群体，A付给B10个BTC(比特币)，这个记账信息不必传给C和D，只用将记账信息传递给银行，由银行来进行管理记账信息。

而比特币是一种去中心化记账系统，它的形象理解如下图所示：

当A给B十个BTC后，没有银行这个中心记账系统，A需要将这个交易信息广播给这个群体里的每一个人。

比特币的三个基本问题

1.为何记账？
2.以谁为准？
3.如何防伪？

1.为何记账？

在比特币交易系统中，没有银行这个中心记账系统，为什么群体中的人要浪费时间和精力给你记账呢？
答案：不是白记账，有好处——记账奖励；规定用户的其它人记账会得到一定比率的手续费 ，而且还会有打包奖励

1.1 关于打包和区块链

如果在群体中A给B10BTC，B给C5BTC，C给D2BTC,这个时候它会生成一个账单，这时我们将记账信息打包成一个"区块"，如下图所示：

然后将此打包好的记账信息与之前的记账记录的区块连接起来，就形成了区块链。

而这个用户群体里面的哪一个用户完成了对当前交易记录的打包，形成了区块，并与之前的交易记录连接起来，就形成了区块链，就会得到打包奖励，并向全网传播此次完成的区块链。

1.2 挖矿原理

比特币设计者设计平均每10min打一个包，打包奖励首四年是一次50个比特币，然后后面的一个四年为25个，又后面一个四年就是12.个，按此每四年打包奖励减少一半，总共比特币的数量为2100万个。而打包的这个过程就是所说的"挖矿过程"。

那么如何挖矿呢？
相关函数：哈希函数：sha256加密：将一个输入转换成256为二进制数，加密方法特点:正向容易，反向困难。

如上图所示，一个新的账单信息需要打包，此时又A、B、C三个人在尝试打包。

挖矿过程就是一个解数学题的过程，具体步骤如下：
1.字符串：前块头部+账单信息+时间+随机数
区块包含一个头部和信息。，而此时用户打包时，需要解的字符串格式如上式所列，前四项是确定的，我们只有通过不断地改变随机数这一项来进行解密。（故要求电脑运行性能计算能力快)

2.将上述字符串通过sha256加密算法加密，得到256位二进制数hash

3.要求前n(难度等级）位必需是0，若A、B、C三个人如果有人通过改变随机数项完成了要求，算出了规定的字符串就形成了一个头部，完成打包，获得打包奖励，挖矿成功。

1.3 难度等级n的设置？

n越大，难度越高，矿越不容易挖，但比特币设计者规定平均每十分钟可以打包出一个块，所以难度等级n并不是一成不变的，而是根据当前算力在进行变化，故要想提高挖矿效率，就需要有更多算力的设备来挖矿，这样从理论上讲，提高了挖矿成功率。

2.以谁为准？

这么多人进行打包，那么最终形成的区块链以谁为准呢？
答：规定以最先完成打包的人形成的区块链为准

3.如何防伪？

1.身份认证

传统的身份认证方式有：人脸、签名、指纹
而比特币采用电子签名，示意图如下：

首先用户注册，系统会生成随机数，并形成私钥(注意这个需要保密),私钥用于加密信息，然后通过私钥可以计算出公钥(通过公钥推不出私钥，非对称加密),公钥用于解密私钥加密的信息。最后还会有地址。

别人给你钱：只需要你的地址
你给别人钱：需要公钥和地址

eg：A给B十个BTC

首先A给B十个BTC通过加密获得摘要，然后摘要通过私钥加密得到密码。
然后A将此交易信息广播出去，如何判断消息真伪，首先记录信息是已经公开的，通过HASH加密，获得摘要1，然后还可以通过公钥和密码解密出摘要2，将摘要1和摘要2进行对比，看起是否相同就可以查出此条信息的真伪。

2.双重支付

1.余额检查
由于用户的账单信息区块链是公开的，所以可以通过回溯用户的区块链来获得该用户的余额信息。

2.双重支付
问题：A给了10BCT给B，同时A又给10BTC给C,由于信息传递速度不同，其他用户接受到两条消息的顺序也不同，如何确认那一条信息为真，并作为区块链呢？
答：等到其他用户有一个幸运儿成功打包交易信息，并形成区块链，则以此用户的消息为准，其他正在尝试打包的用户，放弃打包此条消息。

3.防止篡改

1.原则:最长链原则
用户已最长的区块链为准，并在此区块链上继续打包，使其不断延长。

2.关于篡改

如图，若当A给B10BTC后，A进行篡改信息，从当前交易信息之前开始打包出新的一条区块链，由于最长链原则，其他用户都在A给B10BTC这条打包信息后进行打包，而A则单独在另一条链上进行打包，此时A就相当于与全世界做对抗，若A新开辟的区块链长于其它用户共同打包的区块链后，则表明篡改成功，但逻辑告诉我们，此时A拥有全世界超过50%的算力，完全可以沿着长的区块链进行运算，而不会去做出篡改数据这种吃力不讨好的工作，效益不高。

至此，比特币介绍完毕