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一文透彻了解比特币网络背后的运行逻辑

许多人熟悉区块链的入门通道、区块链应用鼻祖——比特币网络,信赖许多小伙伴对它都不生疏。但你真的领会比特币网络背后的事情原理吗?比特币系统不属于任何一小我私家或任何一家公司/组织,也没有员工、老板和股东来维持它的运转。换言之,比特币系统不受任何人的控制。那全世界这么多的节点和介入者凭什么信托它呢?又若何制止比特币被非法复制呢?

本次万向区块链小课堂将系统性地先容比特币的事情原理,以及比特币的底层手艺——区块链在数字钱币以外的商业应用潜力,保证“说人话”、言简意赅、通俗易懂,诚邀人人细品~

缺少银行这类治理中央的买卖系统通常会面临以下3大挑战:

· 资产确权

· 防止买卖信息造假

· 确定买卖纪录的可靠性和权威性

然而比特币在没有金融机构这样的第三方治理中介下,却能应对这三大挑战。看懂比特币若何应对这3大挑战,自然就能明白比特币的事情原理了。下面我们就来详细看看比特币是若何攻克这3大难关的。

挑战一:资产确权

当有人向比特币区块链宣布一笔买卖纪录时,若何确定这笔买卖确实是由比特币的所有者提议的而不是骗子在意图造假呢?这就要用到计算机加密手艺。

非对称加密

比特币接纳的是非对称加密手艺,需要用到一对密钥。经由其中一个密钥加密的数据可以用另一个密钥解密。使用历程中,公然一个密钥,即公钥,另一个非公然的密钥就对应地成为私钥(公钥类似互联网里的账号,私钥类似登陆密码)。

若何用这对密钥来发送信息呢?假设《银河护卫队》里的星爵想给格鲁特发送一条新闻说:“哈喽,格鲁特”,但又要确保超级大反派灭霸不能读取这条新闻,该怎么办呢?我们可以让格鲁特建立一对密钥,把公钥交给星爵,自己保管私钥。星爵可以用公钥加密信息,经由加密的信息看上去就像在胡言乱语,只有格鲁特用私钥解密之后才气知道星爵到底说了什么。

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数字签名

比特币还会反向运用这对密钥来验证数据建立者的身份,即把密钥看作用户的数字签名。我们照样请银河护卫队来帮演绎这个情景。假设格鲁特想向星爵发送一条新闻说“我是格鲁特”,但星爵若何确定这条信息真的来自格鲁特,而不是其他人冒充格鲁特发的呢?格鲁特可以用私钥加密这条信息,星爵收到信息后用对应的公钥解密信息,就可以读取“我是格鲁特”这条信息了。而且由于公私密钥的对应关系存在唯一性,星爵用公钥乐成解密信息就能证实信息确实是由私钥持有者格鲁特发出的,否则星爵是不能能解开这条信息的。

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挑战二:防止买卖信息造假

若是有人一个月前举行了一笔比特币买卖,现在又忏悔了,想悄悄撤回买卖,比特币这一去中央化系统里又缺少权威的治理者,怎么才气让这种信息造假的阴谋无法得逞呢?这就要用到哈希算法。

哈希算法

哈希算法可以用于验证数据的真实完整性。任何信息可以通过哈希函数运算获得一个哈希值,然则原始信息发生丝毫改变都市让获得的哈希值变得完全不一样。

假设星爵想将“12345”这串数字传给格鲁特,又忧郁被灭霸中途截获,窜改信息。他可以算出这串数字哈希值:FE100DDA6D28B2280B34FC228ADAB42E,然后将这串数字和他的哈希值同时传给格鲁特。格鲁特在获得这串数字后同样举行哈希运算,看看获得的哈希值跟星爵告诉他的是否一致。若是一致,说明格鲁特和星爵拥有的原数字是一样的,这串数字在传输历程中没有遭到窜改或发生损坏。若是灭霸悄悄干预了数字传输历程,把原数字串改成了“12346”,再把错误数字传给格鲁特,格鲁特算出的哈希值就会是:1761420899A8F0B731A2EE56A6F71567,与星爵给他的截然差别,自然就会发现数据被窜改了。

一文透彻了解比特币网络背后的运行逻辑

区块链环环相扣

比特币中,牢固时间段内的买卖会被打包成一个区块。每个区块里都储存着前一个区块的哈希值。这些区块通过哈希值前后相连,形成链条状结构,也就是常说的区块链。

下图中3个区块纪录了买卖1到买卖9的信息。

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若是删除掉第一个区块中的买卖3,那第2个区块中的哈希值就会发生变化,证实第1个区块中的买卖信息被窜改了。

一文透彻了解比特币网络背后的运行逻辑

那可不能以实验修改第2个区块,让它储存的哈希值呼应被窜改后的第1个区块中的信息呢?这也行不通。由于修改第2个区块中的信息后,第3个区块中的哈希值又无法与第2个区块的信息对应了,让人一眼就能知道第2个区块被窜改了。

一文透彻了解比特币网络背后的运行逻辑

由此可见,区块链上的信息是不能窜改的。随便改动一个区块中的信息,就会使其与后一个区块中的哈希值发生矛盾。只有逐个修改之后每个区块中的信息才气掩护最初这个信息窜改动作,这样一来原区块链的信息就会被彻底改变,相当于发生了一条新链。

挑战三:确定买卖纪录的可靠性和权威性

假设真有人窜改了每个区块中的信息,建立了一条新链,我们应该选择信赖新链照样旧链呢?若何才气确定两者的可靠性和权威性呢?

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事情量证实(Proof of Work)

这就要用到事情量证实。电脑会将前面讲过的哈希值转换成一串由“0”和“1”组成的数字:

0010111011110100000001000001101010010010001011101111100001001010

我们可以划定只有哈希值以0开头的区块才气上链,这样就有50%的概率获得一个符合要求的区块。

0XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

同理,我们若划定只有哈希值以“00”开头的区块才气上链,概率就是25%。

00XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

如划定哈希值必须以32个“0”开头的区块才气上链,那概率也许就只有40亿分之一了。

00000000000000000000000000000000XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

比特币区块链也设置了这样的划定。然则链上每个区块的哈希值都是恒定稳定的,若何确保在输入牢固信息的情形下能获得一个符合划定的哈希值呢?这就需要在每个区块中随机加入随便一个数值,也称为“随机数”(nonce)。

举行哈希运算的时刻要将随机数与区块中的数据相连系。比特币区块链中遍布全世界的计算机要从大量的随机数中找到谁人与现有区块连系后能算出以特定数目“0”开头的哈希值的随机数,才气让这个区块上链。这个寻找随机数的历程就是事情量证实。

这个历程会消耗大量算力,完成时间也难以估量。在比特币区块链中,平均10分钟会发生一个新区块。但由于该区块链中的整体算力水平一直在不停提高,为了增添找到随机数的难度,比特币区块链也在不停增添划定哈希值开头部门 “0”的个数。

最长链原则

事情量证实这一规则有用限制了新区块发生的速率,那区块数目越多、长度越长的链存在的时间也就越久。因此,小我私家是不能能制造比官方比特币区块链更长的链的,除非这小我私家拥有的算力跨越该系统中其他所有人算力的总和。

基于以上缘故原由,当系统中泛起多条链时,比特币用户只认可区块数目最多,存在时间最长的这条链,并信赖这条链上的信息是权威可靠的。

区块链潜在的应用场景

除了比特币,区块链另有哪些应用远景?

我们在上文中从3方面简要注释了比特币区块链的事情原理:

· 用数字签名确权比特币

· 用哈希验证链上买卖的真实完整性

· 用事情量证实制止虚伪区块上链

由此可见,比特币就是一小我私家人都可以信托的去中央化账本。然则这个账本除了纪录钱币买卖信息之外,还可以纪录其他多种信息,让其他机构也能实现去中央化的信息分享。现在已在以下领域获得应用。

防止产物造假:生产商可以给每件产物贴上二维码,并把二维码编号纪录到区块链中,该区块链就可以纪录产物的流通信息,辅助消费者追踪产物是否来自可靠的生产商,是否是真品。现在药品生产行业造假情形日益严重,危及病人康健,亟需这样的区块链解决方案。

防止物流信息造假:许多供应链重大庞大的公司同样面临信息造假的困扰。他们可以通过打造私有链来追踪供应商的物流信息。私有链所有者有权决议区块链的介入方,供应链中的中央企业可以在私有链中给各个供应商设置差别权限。对于货物从小型供应商流转到中型供应商再流转到大型供应商最终进入生产商手中的多层级供应链来说,区块链有助于优化整个流程的治理。在这种多层级供应链中,小型供应商端稍有差错就会给生产商造成损失,但区块链手艺可以使整个流程中的信息变得公然透明,利便所有介入方实时发现问题解决问题。万向区块链的供应链金融服务平台就是一个典型的应用案例。

促进协同互助:汽车保险理赔通常需要多家保险公司共享数据、协作解决。运用区块链治理相关信息和数据可以让这些保险公司放心地信托链上数据和信息的真实性,不需要再花费人力检查验证数据和信息,从而为保险公司降低人力成本,同时提高理赔解决效率,提升车主满意度。

区块链商业挑战和时机

近年来,区块链的观点被炒得很热,其中有许多强调的身分。对于企业来说最要害的是要思量是否有能力用好区块链。

另外,谁来为投资区块链买单也是一个问题。企业一定会有这样的挂念:凭什么要我花钱来打造一个区块链,利便行业里其他公司互助共赢?花钱的是我,效果利益却被人人瓜分了。这就体现了私有链和同盟链的优势,花钱打造私有链或同盟链的一方有权治理这个区块链,确保自身收益最大化。

只管困难重重,但区块链蕴含的商业价值照样十分可观的。区块链的特征就是让互不信托甚至互为竞争对手的人或是企业能够放心地交流信息。以是要找到商业中信息交流不畅引发的问题,有的放矢,运用区块链加以解决,就能让介入方各取所需,实现多方利益的最大化。

参考文章:

The Bitcoin Blockchain Explained

https://medium.com/swlh/the-bitcoin-blockchain-explained-b4529c78e6af

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