比特币如何运作？

比特币

金融交易系统一直建立在信任之上。需要一个可信的机构来证明每个人的财富价值和每笔交易的正确性。你不能说你有多少钱。你不能随便拿别人的钱。不要谎报你给了别人多少。交易系统需要足够的个人身份信息来确认一个账户的所有者，比如银行必须知道哪个账户属于哪个人。

比特币逆转了两者。

数学和密码学概念公钥和私钥

这是非对称密码学的基础。公钥是每个人都知道的，而私钥只有你自己知道。非对称密码用于加密系统和认证系统。

加密系统的用例是：当有人想在公共场合告诉我一些私密的事情时，每个人都可以听到，但我希望只有我能理解。

在加密系统中，公钥对明文进行加密以生成密文。私钥解密密文并恢复明文。任何人都知道公钥。如果有人想对我耳语，他会用公钥加密一段数据并广播出去。其他人可以收到密文，但不能解码明文。只有拥有私钥的人才能解密。

认证系统的使用场景是：我经常公开发布公告，但有人会冒充我的身份发送公告。希望大家能有办法识别出那些真正由我发布的公告。

在身份验证系统中，私钥对数据进行加密，生成签名字符串。公钥结合原始数据和签名字符串进行解密。当有人收到通知时，他们使用公钥来验证通知中的原始数据和签名。如果计算成功，说明签名是用我的私钥生成的，就认为这真的是我的通知。

ECDSA 椭圆曲线签名算法

使用椭圆曲线密码术 (ECC) 模拟数字签名算法 (DSA)。与大多数签名算法的原理类似，私钥用于签名，公钥用于验证。使用过程是：

创建CngKey对象
生成密钥CngKey.Create
可以从秘钥中导出公钥，从密钥中导出私钥
使用私钥，对数据字符串签名
使用公钥，结合原数据字符串和签名串进行验证

比特币协议使用这种算法来签署交易。

摘要算法

摘要算法也可以称为散列算法或散列算法。它是一个精细的数学函数 y=f(x)。在函数中输入一个值 x 并得到一个值 y。这简单。但是对于逆运算，给你一个值a，问你f(?)=a，这比上天还难，只能遍历世界上所有的数字来试试。典型的摘要算法有 MD5、SHA256 等。

数学工作证明

比特币设计了需要大量计算的问题，并且需要足够的工作才能得到结果。大量的工作意味着需要足够的时间。要想缩短时间，就必须提高计算机的计算能力。

并且解决这个计算问题的验证过程是非常快的。

比特币协议中的题目大致是找一个随机数，使得SHA256摘要算法生成的数字的前n位连同新区块的交易信息全部为0，其中n是控制随机数的参数问题。困难。由于摘要算法是不可逆的，显然这个问题只能一一尝试，直到找到合理的解决方案。并且验证解决方案的正确性非常快。

计算机系统概念客户端/服务器架构系统

客户端/服务器架构和浏览器/服务器架构长期以来一直是绝大多数网络系统的架构。客户端位于个人机器上，功能简单，通过访问服务器获取主要数据源；服务器位于组织承担的专用服务器上，该服务器执行复杂的功能以为每个客户端提供数据。

这是一个一对多的网络系统。从安全的角度来看，中央服务器不仅是数据的提供者，也是仲裁者。客户端信任服务器提供的数据和信息。客户端有好人和坏人，坏人会试图欺骗服务器，要么冒充好客户端联系服务器，要么伪造虚假数据欺骗服务器。因此，服务器必须确保其绝对可信、安全、诚实，并且能够识别真实性。

P2P架构系统

点对点架构是一种创新的网络系统架构比特币是怎么交易的，它是去中心化的，不需要中央服务器来为公众服务。系统的所有成员都具有与客户相同的角色。典型的 P2P 系统包括电驴、BT 种子下载和比特币网络。

对于这样的系统，单个客户端所需的数据必须从其他客户端获取。从安全的角度来看，网络协议需要解决的问题有：

比特币系统和协议比特币系统比特币协议块（Block）

一个块包含比特币系统中的交易记录。

一个block也是一个有数学工作量证明的单元，可以理解为block中一个超难数学问题的答案。

根据比特币协议的设计，区块的总数是有限的，2100万。但比特币的最小单位可以无限小。

一个区块还应该包括新生比特币的交易，这是特殊交易（没有付款人），收款人是计算该区块的矿工。

区块链

区块链是使用加密方法生成的一系列数据块。它是按时间顺序排列的比特币交易公开记录。区块链由所有比特币用户共享。它用于验证比特币交易的持久性，并防止单笔支付给多人。

比特币系统中的矿工会努力计算一笔交易对应的数学问题，第一次计算出正确解的人有资格将自己生成的区块加入区块链。

区块链存在于每个用户的机器中，所有在线机器的区块链都是一样的，这意味着每个人都拥有所有账户的所有记录。

比特币账户地址

比特币地址是通过用户的公钥用SHA-256再用RIPEMD-160哈希得到的比特币是怎么交易的，长度固定为160位。

比特币账户公钥

公钥可以从私钥推导出来。

比特币账户私钥

私钥是账户安全密钥。掌握了私钥，就相当于掌握了存储在其对应地址中的比特币。

增加总财富的方法 - 采矿

交易不能增加比特币的总数。系统建立的时候，比特币的总数应该是0。新的人民币是人民银行印的，那么比特币是怎么增加的呢？

挖矿是比特币协议中最重要也是最奇怪的概念。为什么叫挖矿？因为比特币在这方面有点像黄金。我们知道黄金是货币，那么黄金是如何添加的呢？那就是去旷野挖金子。

新生的比特币也是通过“挖矿”产生的。而采矿活动是非常“耗能”的事情。在比特币协议中，挖出一粒金子就像解一个超难的数学方程，非常难解。对于一个解，将其代入方程可以快速判断该解是对还是错。

挖矿协议的设计

与黄金开采不同，比特币开采的难度是在协议中设计的。为了保证出块率维持在每十分钟一次左右，比特币协议必须保证挖矿数学题的难度可以自动调整，让第一个矿工总能在十分钟内计算出答案。

早期矿工数量比较少，矿工整体计算水平不高，问题不能设计太难。当越来越多的人加入成为矿工时，矿工的整体计算水平变得非常高，问题将难以调整。因此，对于所有矿工来说，每次挖矿第一名的出现时间基本相同。但对于个体矿工来说，挖矿难度在不断增加。

由于比特币的总价值是有限的，不能让新的比特币通过挖矿层出不穷，所以协议设定的挖矿获得的新币数量会逐渐减少。

该设计还允许以约定的速率生成新硬币。

比特币是如何交易的

交易必须由付款人发起。付款人用私钥对交易进行签名，每个人都用公钥来验证交易是否真的是你发起的。您将账单广播给所有人，矿工收到账单后开始为您计算区块。当矿工计算并生成新区块并获得所有人的批准时，新区块将被添加到区块链中。

如何确保交易报表真实有效？

如何在没有信任中心的系统中验证事物的真实性？这里有个假设，好人多于坏人，即整个系统中超过 50% 的人会严格遵守比特币协议的规则。比特币对交易是由矿工确认的，这意味着我们认为好的矿工比坏的矿工多，好的矿工会拒绝错误的账单。那么坏人就无法伪造或篡改它。

比特币交易认证包括两件事：一是各个矿工对新区块的数学问题的解，二是所有同志验证解出答案的矿工的答案。

挖矿难度设计为基本固定的十分钟​​时间。当你提出一笔交易时，比特币系统会在接下来的十分钟内验证你的交易申请，看你是否有这笔交易。钱。矿工们会努力解决问题，第一个计算结果的人会播报结果，让大家判断对错。如果它是正确的，每个人都会批准交易。

票据的确认实际上是尝试在区块链上增加一个新的区块，也就是计算一个新的区块。

如何防止坏人伪造他人身份？

通过非对称加密签名，当矿工发现账单没有被付款人合法签名时，自然会拒绝。

如何防止自己制作虚假账单？

如果是交易账单，不是根据自己之前的账本，肯定和别人算出来的解不一样，不会被大家认可。如果您想退回以前的付款，则计算更加困难。

有假比特币吗？

比特币系统的财富全部由交易账单计算。区块链中的交易面额都是真钞，通过挖矿获得的传入交易也是真钞，所以没有假钞的概念。

比特币的神秘发明者

比特币的发明者一直是个谜。2009 年，一位名叫中本聪的人在密码学邮件列表上发表了一篇论文，描述了这种不依赖信任关系的金融交易系统，随后中本聪开发了第一个比特币系统。但是没有人知道他的真实身份，他故意隐藏了所有的身份信息。无数技术专家试图通过各种方式寻找这位天才黑客数学家的蛛丝马迹，但都以失败告终。

目前，我们不知道他是一个人还是一个团队，我们不知道他的地区和时区，我们只知道他精通英语、数学和计算机。

经济问题

本文主要从技术角度了解比特币系统和比特币协议的设计，不从经济角度判断比特币的优劣。而从经济理论去理解比特币肯定是另外一个内容。

为什么比特币有价值？

腾讯接受Q币为会员，人们愿意用人民币兑换Q币，所以Q币是有价值的。当越来越多的人相信比特币是有价值的，而比特币稀缺且难以获得时，人们愿意用它来支付和交易其他货币，所以比特币才有价值。

比特币的价格是如何确定的？

这应该是经济学的基础。比特币的价格取决于比特币的数量和其中流通的法定货币。比如目前比特币的总量是100万，而世界上人们目前总共花费了100万美元购买比特币，所以1比特币的当前价格是1美元。也就是说，用真钱购买比特币的人越多，比特币的价格就会越高。

比特币和通货紧缩螺旋

通货紧缩与我国当前的通货膨胀相反。这意味着物价水平下降，货币购买力上升，所以人们认为货币在升值，宁愿存钱也不愿花钱或投资，因此市场成交率下降，企业利润下降。这反过来又导致国民收入下降，形成恶性循环。

比特币总量是有限的，如果价格持续上涨，就会出现通货紧缩。比特币的购买力一直在增强，人们倾向于存比特币而不是花钱，这就构成了通货紧缩。

参考

官方网站

比特币维基

中本聪维基

最原始的纸

比特币协议说明