区块链概念及比特币基础浅析

0. 为什么中本聪发明了虚拟货币比特币？它有什么价值？

0.1 简述哈希算法

1. 区块链会计原则

2. 什么是比特币？（共2100w）

3. 比特币是如何产生的？它的交易流程是什么

4. 区块链安全：拜占庭将军问题（一个哲学安全问题）（随机数恶性扩散蠕虫）

零为什么发明虚拟货币？它有什么价值？

这里需要简单说一下货币的基本概念：

货币

货币（Currency，CCY）是衡量价格的工具、购买商品的媒介、保值的手段。

——百度百科

货币本身没有价值，它只是一张纸，一个虚无的概念，但当货币存在时，当它对应于某种契约关系时，它就体现了它自身的“象征价值”；

经济学中一个项目的价值最终与它的“必要劳动时间”成正比：

必要的工作时间

必要劳动时间是指劳动者用于生产劳动者及其家庭生活所必需的生活资料的部分劳动时间。在必要的劳动时间内，生产出必要的产品或必要的价值。与“剩余劳动时间”相反。

举个栗子：印度人想从美国买航母，花了4000亿美元，钱给了美国，航母归还；

与中国相比，当我们需要航母时，我们会选择自己建造。假设航母的“成本”是一样的，我们宣布这个城市花了4000亿美元。从这个角度来看，我们和印度没有什么不同，但仔细分析，我们是在建造航母。花的钱，工人的工资，最后都花在了生活的柴米油盐上。柴米油盐都是商品。本国生产者纳税，本国生产者消耗土地资源。建造一艘航母的材料成本，需要数万吨的金属冶炼。金属冶炼原料产自国内，

所以说到底，我们造航母的不是4000亿，而是人民必要的劳动时间和国家的自然资源

通过这个例子，我只想说明货币和价值的对应关系。通过这样的描述，我们应该能够更好地理解为什么会有“虚拟货币”这种东西比特币什么是出来的，以及它所蕴含的价值。（我不是经济学专业的，我只是胡说八道，不要喷，专业的笑一笑）

0.1 哈希算法简介

哈希算法是一种不可逆的加密算法，全称是“hash hash function”。它最大的特点是任意长度的输入通过哈希算法转化为固定长度的输出，输出的值称为“哈希值”；这种转换是信息的压缩映射，散列值的空间很远。从信息论的角度来看，小于输入值的空间会丢失信息量；而输入值的微小变化会导致最终哈希值的巨大波动带来雪崩收益；

这是哈希算法的原始表达式

其中a[n]是一个字符串数组，s是一个随机数，但是通常我们要加密的字符串都是ASCII编码的数据，最大个数是127，因为hash算法的最终结果是一个余数计算, 所以我们在加密时通常取s为大于127的最小素数，即131

我对哈希算法了解不多，我也不太了解。喜欢的朋友可以自己去研究资料。

一种区块链会计原则

Blockchain1.0 指的是不可变的、分布式的、去中心化的账本。没有人是中央注册商，因为每个人都是中央注册商，每个人的账本都写着完全相同的东西。每个人的资产信息

Blockchain2.0 在分布式账本的基础上引入了智能合约的概念，强化了区块链的应用逻辑。这里不再赘述，大家可以参考：

区块链记账会将上一笔交易的账户页信息（交易序号、记账（交易）时间、交易记录）作为原始信息，将哈希后的值与当前账户页信息结合成为一个区块；（这个数据结构类似于链表）

继续推论，下一个区块还会包含本次交易的账户页信息的哈希值，以及下一笔交易的账户页信息。这样，每个区块都包含了之前的账户页面信息。根据哈希算法的雪崩优势和区块链的不可逆递归特性，从而达到区块链本身的设计目标：不可篡改

当一个区块更新时，这个区块会通过互联网将本次交易的所有信息同步到区块链中的每个区块，每个区块会在短时间内同步账本，使得区块链中所有区块的账本都在区块链是一致的，它已经达到了区块链设计的开始：不可否认性

这就是区块链1.0 的工作原理

二、比特币挖矿原理

上一章简单介绍了基于哈希算法的区块链加链原理，所以我们把区块链的每一次加链（加一条链）都变成一个记账；

参考全球最权威的比特币交易中心网站

首先我们需要了解他的奖励机制：

每次记账时，都会给记账的区块所有者一定数量的比特币：

在设计之初，比特币的设计者中本聪制定了以下规则：大约每十分钟，整个区块链中的一个人记录一个账户，每 210,000 个账户后，奖励减半。

第一个区块的奖励是 50 个比特币，第 210001 个区块，25 个比特币，第 420001 个区块，12.5 个比特币.... 以此类推

PS：因为比特币的最小单位是satoshi（没错，就是中本聪的名字），100,000,000 satoshi = 1个比特币，最多只能分割33次才能达到最小单位。因此，全球几乎只有 2100w 个比特币。10分钟一个，最多可以挖到2140个。。. .

我们来看看每个区块的记账是如何“挖”出来的：

这里需要引入一个概念：工作量证明

这是您确实在“挖掘”地雷的间接证明。再来看看比特币的原始规定：大约每十分钟，整个区块链就有一个人开户，每21万次，奖励减半；

所以，我们需要把控这个巧妙的时间点：10分钟左右，要增加记账的难度；

为了提高难度，中本聪在每个区块的hash值中引入了一个十进制数字的随机数，并将hash值改为：hash（最后一个hash，账户页信息，随机数）

通过改变这个随机数，每个块的哈希值的前 18 位都是 0！

我们通过大量穷举哈希运算找到这个随机数的值（大约 10 分钟内）。谁先找到这个随机数，谁就得到这个记账的奖励（比特币）

挖矿的本质是不断枚举这个随机数的值。

因为比特币挖矿的速度与参与挖矿的世界的算力有关，所以在区块链2.0中，在哈希值中引入了一个复杂度参数，用于动态规划每个节点的哈希值哈希。复杂程度，用于精确控制每个比特币的开采速度，大约等于 10 分钟

验证和同步表阶段

当某个区块（我的）第一个挖出这个时间的随机数时，它就会想要传播路由表。这个随机数的值被分散到每个块中，每个块返回到本地对。这个随机数被验证一次。如果验证通过，则停止本轮操作，将验证后的哈希作为下一次操作的基础哈希值，继续进行新一轮的随机数猜测。

截至发稿，最新区块信息：

从上到下：

下面附上最新的交易价格和记账时间，以及记账所有者

三个区块链安全问题

在安全理论中，只要一个系统的复杂度达到一定程度比特币什么是出来的，就会出现安全问题，无论系统设计得多么完善，使用多么牢不可破、不可逆的算法……

这里简单描述一个复杂的逻辑问题：拜占庭将军问题

拜占庭帝国要攻打一个城邦，不包括十军，但城邦理论上可以抵挡五军以下的攻击。所以，在那个书信缓慢而遥远，一生只能爱一个人的时代，要想同时成功派出六支以上的军队，验证信任是一个挑战。

这里假设所有的信件都能成功传达出攻击时间的消息。我们需要考虑的主要问题是叛徒和间谍发送的虚假信息。

中本聪在比特币使用的区块链中提出了工作量证明机制，有效缓解了区块链安全中的拜占庭普遍问题（未解决）

想总结一下

区块链安全存在很多问题，其中大部分与信任机制有关。历史证明，一个永恒不变的复杂协议，根据墨菲定律，总有一天会暴露出漏洞等安全问题（参考TCP/IP协议）。DDOS攻击），所以想要一个复杂的系统永远保持在一个相对安全的状态，就需要不断的优化协议，优化算法，才能最终实现一个相对安全的系统

本文参考：

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事件的复杂和模糊不在于真相本身，而在于知道真相后该怎么做

——《出鞘的利刀》