区块链科普系列1——区块链的起源

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区块链的历史

2008年10月31日，密码学极客中本聪在“metzdowd.com（cypherpunk）”网站的邮件列表上发表了一篇论文，题为《比特币：一种点对点电子现金系统》，被誉为“比特币白皮书”。 随即，比特币在极客圈和密码朋克圈掀起了一股热潮。

三年后，比特大陆创始人吴忌寒将比特币白皮书翻译成中文，首次提出“区块链”一词。 此后，人们也用“区块链”来描述比特币的底层技术和设计思想。

经过十多年的发展，区块链技术蓬勃发展。 加拿大Vitalik Buterin于2013年首次提出以太坊概念，并于2014年成功推出支持图灵完备区块链的区块链平台——以太坊比特币交易保密，开发者通过以太坊首次实现了在区块链上发布智能合约的愿景。

2015年12月，在Linux基金会的牵头和牵头下，IBM、英特尔、思科等巨头也宣布成立Hyperledger联合项目。 技术为打造高效的商务网络奠定了基础。

如今，在国家政策的号召下，区块链技术的应用和创新正在加速，区块链的概念正在被更多人所接受，但大多数人并不了解什么是区块链。 而区块链的起源，请继续阅读本文，相信你能找到答案。

比特币白皮书

阅读比特币白皮书（以下简称“白皮书”）是深入理解区块链思想、更好应用区块链技术必不可少的一步。 限于篇幅，这里直接给出某个场景，如下：

A在商场购买B的商品，通过第三方金融机构办理电子发货。

传统交易的问题

上面的场景有什么问题？

交易信任问题：交易的前提是买卖双方都信任第三方金融机构，但在某些场景下，不存在完全信任的第三方机构，此时交易可能不会发生，甚至交易一方受骗 成本问题：一般交易过程只涉及买卖双方，第三方的介入增加了交易成本，如交易时间、交易数量等。交易违约合同：在某些情况下，交易可能存在反悔的可能，例如买家需要退货，或者卖家终止交易。 这时候一方的资源被无故消耗，双方的信任度降低。 交易透明问题：传统交易只发生在三方之间，对外保密，因此存在内部交易等其他问题

因此，中本聪建立了电子支付系统，该系统基于密码学（而非信任），允许任何愿意的双方直接转账，无需第三方干预，且交易不可撤销，将保护卖家的权益防止被骗。 此外，系统应该是完全透明的，任何交易都应该对系统中的其他人可见。 最后，应保证系统安全。

比特币的解决方案

信任问题

比特币在诞生之初是完全开源的。 任何用户都可以通过运行开源代码接入区块链网络，产生交易的代码完全公开透明。

所有的比特币交易都基于密码学，这意味着交易基于物理规则而不是信任，完全隔离了人为因素

交易记录公开透明。 比特币（区块链）的所有交易记录都是公开透明的，每个人都可以在网上查询每一笔交易记录。

交易成本问题（给第三方）

系统中的用户需要遵守一套规则（共识机制）来实现去中心化，系统中的每个人都是平等的，任何用户下线或上线都不会影响运行。

违约问题

区块链的数据结构和运行机制保证了所有数据的真实记录，不可篡改。

**白皮书节选1：** 我们把一种电子币定义成一条数字签名链。
每一个所有者把币转给下一个人的时候，是通过将前一个交易的哈希和下一个所有者的公钥进行数字签名，
并把这些追加在币的后面。收款人可以通过验证数字签名来确认链的所有者。

从上图可以看出，每条记录都与前一条记录相关联，所以之前的历史记录是不可篡改的，而且由于比特币是分布式记账系统，不同节点之间的数据是完全同步的，系统内所有节点不可篡改数据所需的工作量是不可能达到的。

双花问题——共识机制

当一笔交易发生时，有一个无法回避的问题——双花问题：收款人无法验证其中一个所有者是否两次花费了同一个币（双花）。 一种常见的方法是引入受信任的铸币厂。 每次交易后，硬币必须归还铸币厂并重新发行新硬币。 只有铸币厂直接发行的币才被认为没有被双花，但这违背了去中心化的思想。

为了让收款人知道在没有第三方参与的情况下，该货币没有被之前的交易使用过，确认一笔交易是否双花的唯一方法就是知道所有的交易，所以我们需要转账到公共广播。

而我们需要一个共识机制，即公众必须认同一条按照收到交易的先后顺序排列的历史记录，而收款人需要证据表明在每笔交易发生时，大多数节点都同意这笔交易是第一笔时间到了。 （我的理解是，如果存在交易双花问题，那么系统中所有交易的顺序都会不一样，比如一个交易同时到达A和B，经过共识排序后，该交易A 和 B 的列表将不一致）

时间戳服务器——共识机制的前提

我们提出的解决方案从时间戳服务器开始。 服务器的工作原理是为条目所在的块的哈希值加上时间戳比特币交易保密，并广泛传播这些哈希值，例如通过报纸或新闻组邮件。 显然，为了能够进入这个哈希序列，时间戳所证明的数据必须在当时存在。 每个时间戳和之前的时间戳形成一条链，每个额外的时间戳加强之前的时间戳。

这时候每笔发生的交易都有时间戳，就有排序的可能

工作证明 - 实施时间戳服务器

要在对等基础上实现分布式时间戳服务器，我们需要一个类似于 Adam Baker 的 Hashcash 的工作证明系统，而不是报纸或新闻组邮件。 此工作负载包括查找哈希值，例如使用以多个 0 开头的哈希算法 SHA-256。 平均工作量在前导零的数量上呈指数增长，并且验证很简单，只需要执行一次哈希计算。

在我们的时间戳网络中，工作量证明是这样实现的，即在区块中不断增加一个临时值，直到找到一个值，使得区块的哈希值满足开头零个数的要求. 一旦 CPU 花费计算以满足工作证明的要求，除非重新计算，否则区块链将无法修改。 由于后面的区块是不断产生的，如果要改变这个区块，需要重做后面所有区块的工作量。

随着链长的增加，落后的攻击者追上的概率呈指数下降。

网络操作

运行这个网络的步骤如下：

1) 新交易广播给所有节点。

2）每个节点将新交易放入一个块中。

3) 每个节点开始为这个区块寻找对应难度的工作量证明。

4) 当一个节点找到工作量证明时，它会将区块广播给所有节点。

5) 如果区块中的所有交易都有效且未被花费，节点将接受该区块。

6) 节点将本区块的哈希值作为前一个哈希值，开始工作，竞争创建下一个区块。

节点总是认为最长的链是正确的，并不断努力扩展它。 如果两个节点同时广播下一个块，一些节点可能会接受一个，或者另一个。 在这种情况下，他们处理第一个收到的块，但也会保存另一个分支以防它变得更长。 当找到下一个工作负载并且一个分支变得更长时，这将被打破，并且在另一个分支上工作的节点将切换到这个长链。

新的交易广播不一定要广播到所有节点。 只要能到达很多节点，这笔交易就会很快进入下一个区块。 块广播也可以容忍消息丢失。 如果一个节点没有收到一个块，当它收到下一个块时，它会发现自己少了一个块，它会请求获得更少的块。

总结

以上，我就为什么要提出比特币（区块链技术）给出了自己的看法，并借助白皮书简单介绍了比特币的实现。 下一篇文章将继续深入介绍比特币的实现。

顺便说一句，我以前做过区块链实现。 面试的时候和面试官交流的时候，羞于参考，尤其是区块链的基础知识，所以写这篇文章感谢大家。 面试官的教诲！