比特币的诞生

作者:变革之子

2008年11月1日,中本聪在密码学邮件组里大胆宣称:“我正在开发一种新的电子货币系统,采用完全点对点形式,而且无需受信任何第三方介入。”署名:中本聪(satoshi Nakamoto)。

中本聪在白皮书中提出:“本文提出了一种完全通过点对点技术实现的电子现金系统,它使得在线支付能够直接由一方发起支付给另一方,中间不需要通过任何的金融机构。

2009年1月3日,中本聪在赫尔辛基的小型服务器上创建、编译、打包了第一份开源代码。正常运行了SHA256运算、RIPEMD-160运算、写入版本类型、Base58编码、在UTC(世界协调时间)2009年1月3日18点15分创建了比特币世界的第一个区块(block),这一天中本聪通过“挖矿”获得了50枚比特币,block chain上有了创世区块block #0。

在中本聪的创世区块里,Number of Transactions表示交易数量;Height表示区块高度;Difficulty表示挖矿难度;Timestamp交易时间确认,即时间戳;size代表区块大小;Version表示交易数据结构版本号;Block Reward表示挖矿奖励;Nonce表示一种随机值,起到验证哈希的作用。

Hash表示区块的哈希值,是随机数,也是区块唯一编号;Previous Block表示前一个区块的哈希值,Next  Block表示下一个区块的哈希值,哈希首尾相连形成链式结构,即为区块链。

Merkle Root是默克尔根,Merkle Root哈希值存在每个区块的头部,通过Root值连接着区块体。Merkle Tree是标识比特币系统内每笔交易的唯一哈希值的分支节点。Root头连接着区块中每一笔交易的分支节点Merkle Tree。

区块里还记录了每笔交易的详情,每笔交易的转出方、收入方、金额及转出方的数字签名,这是每个区块上记录的主要内容。

比特币的区块链,是基于密码学原理而非基于信用的点对点的电子现金系统Bitcoin。整个系统主要包括以下内容:

①交易Transactions;②时间戳服务Timestamp server;③工作量证明Proof-of-Work;④网络Network;⑤激励机制Incentive;⑥回收硬盘空间Reclaiming Disk Space;⑦简化支付认证Simplified Payment Verification;⑧组合和分割价值Combining and Spliting  Value;⑨隐私Privacy;⑩计算Calculations

长久以来,通过第三方解决信任问题一直存在,而区块链通过密码学原理来解决信任,经济学人把区块链技术誉为产生信任的机器,在比特币区块链系统中,将一枚电子货币定义为一串数字签名:每一位所有者通过对前一次交易和下一位所有者的公钥(Public key)签署一个哈希散列的数字签名,并将这个签名附加在这枚电子货币的末尾,电子货币就发送给了下一个所有者。而收款人通过签名进行检验,就能够验证该链条的所有者。

在中心化系统中,为了解决双花问题,通常引入铸币厂或金融机构,但在区块链系统中,为了解决点对点交易,不依靠任何第三方的情况下完成这个事,所有交易必须被公告,并且我们需要让所有的参与者在一个单链顺序历史上达成一致共识。

同时利用时间戳服务器,把所有的交易数据形成的区块的哈希散列值加盖上时间戳,向全网广播。以此来保证时间的先后顺序,也就是确保单链顺序历史。时间和区块挂钩,区块与Hash挂钩,保证了时间戳不可篡改。

Proof-of-work简称POW工作量证明,POW是为了实现一个基于P2P的时间戳服务器。在时间戳网络中,我们补增一个随机数(Nonce),这个随机数要使得该给定区块的Hash散列值出现了所需要的那么多个0。我们通过主动找到这个随机数,直到找到为止。这样我们就构建了一个工作量证明机制。POW的精妙之处就在于其证明难度是随着整个系统难度的提升而提升的。但从目前来看,算力中心化程度越来越高。现在比特币出现了两大权力中心,一个是以代码开发和维护的码农Bitcoin Core团队技术权力中心,一个是以矿工为代表的算力权力中心,这引起了整个社区的焦虑。

在比特币的世界里,信息一直在膨胀,区块链系统不断产生区块,这关系到硬盘空间回收问题。巧妙的是比特币的区块链不存储交易,而使用Merkle  Hash Tree的方式存储Root Hash,达到“0知识证明”。Merkle  Tree大多用来进行完整性验证处理,在分布式网络环境中进行这样的验证时,会大大减少数据的传输量和计算的复杂度。

简化支付验证,是一场存储与安全的博弈。只需要Hash链,只要持有了Hash作为标识,无论什么节点总是能向其他节点请求到原始信息。用户只需要保存最长的那条工作量证明链的区块头的拷贝,就可以通过网络节点和Merkle  Tree分支追溯到所需要的交易信息。这是存储与安全便捷博弈的结果。

在比特币的白皮书里,中本聪用数学和算力构建起了一个关于Bitcoin的神奇世界。从白皮书可以看出,中本聪不止是一个数学大咖,加密专家,经济学者还是一个心理学专家。

基于区块链技术的比特币,加密技术是其基础。加密技术之原起于20世纪80代,诸如:

①1982年,大卫乔姆提出了不可追踪的密码学支付系统,还发明了乔姆盲签名。

②1991年Stuart Haber和Scott Stornetta发表论文How  to time-stamp a Digital Document,提出用时间戳确保数位文件安全的协议。

③1997年亚当·拜克发明了一种哈希现金算法机制。

④1998年戴伟,提出了匿名,分布式的电子加密货币系统B-money。

可以这么说,中本聪巧妙的把已知的各类技术融合到了一起,采各家之长为我所用,最终一蹴而就。

2011年4月,中本聪发布最后一项公开声明,宣称自己“已经开始专注于其他事情”,从此,在未现身。

至此,区块链技术从此开启了人类社会新的纪元。

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