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深度解析:比特币核心技术原理

2019-4-4 01:35| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网


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摘要: 比特币历史2008年11月1日,中本聪在“metzdowd.com”网站的密码学邮件列表中发表了一篇论文,题为《比特币:一种点对点式的电子现金系统》。论文中详细描述了如何创建一套去中心化的电子交易体系,且这种体系不需要创建在交易双方相互信任的基础之上。很快,2009年1月3日,他开发出首个实现了比特币算 ...

比特币历史

2008年11月1日,中本聪在“metzdowd.com”网站的密码学邮件列表中发表了一篇论文,题为《比特币:一种点对点式的电子现金系统》。论文中详细描述了如何创建一套去中心化的电子交易体系,且这种体系不需要创建在交易双方相互信任的基础之上。很快,2009年1月3日,他开发出首个实现了比特币算法的客户端程序并进行了首次“采矿”(mining),获得了第一批的50个比特币。这也标志着比特币金融体系的正式诞生。

2010年12月5日,在维基解密泄露美国外交电报事件期间,比特币社区呼吁维基解密接受比特币捐款以打破金融封锁。中本表示坚决反对,认为比特币还在摇篮中,禁不起冲突和争议。七天后的12月12日,他在比特币论坛中发表了最后一篇文章,提及了最新版本软件中的一些小问题,随后不再露面,电子邮件通讯也逐渐终止。

中本聪是一个伟大的集成者,之所以这样说是因为比特币很多的核心技术并不是中本聪发明的,而是中本聪巧妙地把他们结合在了一起……

比特币有哪些核心技术:

1、非对称加密技术

2、点对点传输技术

3、哈希现金算法机制

非对称加密技术

说到非对称加密技术我们就不得不提一下对称加密技术,百度是这样解释的:所谓对称加密(也叫私钥加密)指加密和解密使用相同密钥的加密算法。有时又叫传统密码算法,就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来,同时解密密钥也可以从加密密钥中推算出来。

而在大多数的对称算法中,加密密钥和解密密钥是相同的,所以也称这种加密算法为秘密密钥算法或单密钥算法。

它要求发送方和接收方在安全通信之前,商定一个密钥。

对称算法的安全性依赖于密钥,泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密,所以密钥的保密性对通信的安全性至关重要。

是不是看的很懵懂,没关系,我们来举一个小例子:假设特工甲给特工乙发送这样一段密函“明天按照B计划进行任务”,由于对称加密使用同一个密码,所以他们必须提前沟通好密码是什么。

但这样会产生了问题,既然加密和解密是同一串密码,那么特工甲和特工乙在传输密码过程中被人监控了怎么办?密码泄露了怎么办?于是,非对称加密技术应运而生。

1976年,美国学者Whitfield Diffie和Martin Hellman发表了“New Direction in Cryptography”论文,为解决信息公开传送和密钥管理问题,提出一种新的密钥交换协议,允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息,安全地达成一致的密钥,这就是“公开密钥系统”,开创了密码学研究的新方向。

非对称加密技术和对称加密技术最大的不同就是有了公钥和私钥之分。非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(publickey)和私有密钥(privatekey)。公开密钥与私有密钥是一对,如果用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密。公钥是公开的,私钥是保密的。


由于不涉及私钥的传输,整个传输过程就变得安全多了。后来又出现了具备商业实用性的非对称RSA加密算法以及后来的椭圆曲线加密算法(ECC),这些都奠定了加密算法理论的基础,但是美国国家安全局NSA最初认为这些技术对国家安全构成威胁,所以对这些技术进行了严密的监控,知道20世纪90年代末NSA才放弃了对这些技术的监控,这些非对称技术才最终走入了了公众的视野。

说到这里我们就要膜拜一下中本聪了。2013年9月,斯诺登事件告诉大家NSA暗地里偷偷控制加密国际标准,偷偷地监视着大家……所幸中本聪并不信任NSA公布的加密技术,所以使用的并不是NSA的标准,而是一条鲜为人知的曲线,全世界只有极少数的程序躲过了这一漏洞,而比特币就是极少数程序的其中之一。

这项技术对应到比特币场景中就是比特币的地址和私钥。

点对点传输技术

让点对点传输技术走进公众视野的是创立Napster的Shawn Fanning和Sean Parker,事情发生在1998年。18岁的Shawn Fanning刚刚入学美国波士顿东北大学,有一天Shawn的室友跟他吐槽“在网络上太难找到音乐了”,这句话触动了不安分的Shawn,他在朦胧中想到了P2P点对点交换音乐服务的概念,人们的电脑硬盘上有很多的音乐资源,而网络上可创造机会让喜欢音乐的人互相交流,于是Nspster诞生了。

Nspster可以把音乐作品从CD转换为MP3格式,同时可供用户上传、检索和免费下载作品。

Shawn对于这个点子十分有把握,于是辍学创业,这时候Shawn和Sean Parker相遇并一拍即合。Sean Parker也不是平庸之辈,他是后来Facebook的联合创始人之一。

但是Nspster的火爆严重影响了唱片公司的利益,1999年五大唱片公司联合起诉Nspster,最终Nspster败诉。虽然Nspster输给了唱片公司,但是它的尝试使得P2P软件成功的走入了大众的生活。

点对点传输技术顾名思义,就是无需中心服务器、个体之间可以相互传输信息的技术,P2P网络的重要目标就是让所有客户端都能提供资源,包括宽带、存储空间和计算能力。

对应到比特币网络中就是利用点对点的技术实现真正的去中心化。


哈希现金算法机制

1997年,Adam Back发明了哈希现金(HashCash)算法机制,主要是用于防止拒绝服务攻击和反垃圾信息,那么怎么防止垃圾信息呢?

比如我们在日常生活中肯定接受到特别多的垃圾邮件,比如各种各样的广告和各种各样的诈骗信息……其实本质上来说垃圾邮件的制造者就是那些给很多人同时群发信息的人,如何避免邮件不被垃圾邮件占领呢?

答案就是让那些制造垃圾邮件的人付出相应的代价!发送者需要付出一定的工作量,比如说哈希运算,几秒钟时间对于普通用户不算什么,但对于垃圾邮件的发送者每封邮件都要花几秒钟的时间,这样的成本是没有办法负担的。同时每次运算都会盖上一个独一无二的时间戳,这样就能保证邮件发送方不能重复使用一个运算结果。

对于比特币而言也是同样的道理,如何保证一笔数字货币没有被多次消费(Double Spending),就类似于验证一封邮件没有被多次发送,所以就要保证每一笔交易顺利完成,必须要付出一定的工作量(proof of Work),并且在完成交易时盖上一个时间戳表示交易完成的时间。

中本聪将哈希现金机制改造成了比特币的发行机制,用户贡献算力进行哈希运算,作为回报比特币网络就会将比特币赠予首个挖出区块的矿工,这就是比特币挖矿。




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