比特幣
一直以來，金融交易系統(tǒng)都是建立在信任基礎之上的。需要一個可信機構，來認證每個人擁有的財富值，認證每筆交易的正確性。不能你個人說自己有多少錢就有多少錢。不能隨隨便便拿走別人的錢。不能謊稱自己給過別人多少錢。交易系統(tǒng)要需要足夠的個人身份信息來確認一個賬戶的所有者，比如銀行肯定得知道哪個賬戶屬于哪個人。
而比特幣卻顛覆了這兩點。
- 比特幣系統(tǒng)不需要信任機構作為中心。
- 比特幣系統(tǒng)具有不可追蹤性，即不能根據賬戶地址而逆推出所有者身份。
數學和密碼學概念
公鑰和私鑰
這是非對稱密碼學的基礎。公鑰讓所有人知道，私鑰只讓自己知道。非對稱密碼適用于加密系統(tǒng)和認證系統(tǒng)中。
加密系統(tǒng)的使用場景是：在公開場合有人想給我說私事兒，所有人都能聽到這話，但希望只有我能聽得懂這話。
在加密系統(tǒng)中，公鑰對明文進行加密，產生密文。私鑰對密文進行解密，恢復回明文。公鑰被任何人知道。如果有人想跟我說悄悄話，那么他拿著公鑰把一份數據加密，然后廣播出去，其他人都能收到密文但不能解出明文。只有唯一擁有私鑰的我可以解密。
認證系統(tǒng)的使用場景是：我經常在公開場合發(fā)布通告，但有人會冒充我的身份發(fā)通告，我希望大家能有辦法辨別出那些通告真的是我發(fā)出的。
在認證系統(tǒng)中，私鑰對數據進行加密，產生一個簽名字符串。公鑰結合原數據和簽名字符串進行解密。當有人收到通告后，使用公鑰對通告里的原數據和簽名進行驗證，如果能夠計算成功，說明簽名是使用我的私鑰生成的，則認為這真的是我發(fā)出的通告。
ECDSA 橢圓曲線簽名算法
使用橢圓曲線密碼（ECC）對數字簽名算法（DSA）的模擬。
和大多數的簽名算法的原理類似，使用私鑰進行簽名，使用公鑰進行驗證。
使用過程就是：
創(chuàng)建CngKey對象
生成密鑰CngKey.Create
可以從秘鑰中導出公鑰，從密鑰中導出私鑰
使用私鑰，對數據字符串簽名
使用公鑰，結合原數據字符串和簽名串進行驗證
比特幣協(xié)議使用該算法對交易進行簽名。
摘要算法
摘要算法又可以叫哈希算法，又可以叫散列算法。它是一種精心設計的數學函數y=f(x)。輸入一個值x到函數，得到一個值y。這很容易。但對于逆運算，給你一個值a，問你f(?)=a，這比登天還難，你只能遍歷世上所有的數進行嘗試。典型的摘要算法有MD5，SHA256等。
數學工作量證明
比特幣設計了需要極大計算量的題目，需要足夠的工作量才能得到結果。工作量大意味著需要足夠的時間。想要縮短時間，必須加大計算機的計算能力。
而對這一計算問題求解正確與否的驗證過程是很快的。
比特幣協(xié)議中的題目大致是要尋找一個隨機數，使得這個數字與新區(qū)塊的交易信息一起輸入SHA256摘要算法后產生的數字前n位都是0，其中n是參數，來控制這道題的難度。由于摘要算法具有不可逆性，很明顯這道題只能一個一個試，直到試出合理的解。而驗證解的正確性非?？臁?/p>
計算機系統(tǒng)概念
Client/Server架構系統(tǒng)
客戶端/服務器架構 和 瀏覽器/服務器架構 一直以來是絕大多數網絡系統(tǒng)的架構?？蛻舳宋挥趥€人的機器上，其功能簡單，主要的數據來源是通過訪問服務器獲得到的；服務器位于機構組織假設的專有服務器上，其實現了復雜的功能，來為每一個客戶端提供數據。
這是一對多的網絡系統(tǒng)。從安全角度去看，中心服務器不僅僅是數據提供者，還是仲裁者?？蛻舳耸切湃畏掌魈峁┑臄祿托畔⒌?。客戶端有好人有壞人，壞人會想辦法欺騙服務器，要么冒充好人客戶端去跟服務器接觸，要么偽造假數據欺騙服務器。因此服務器要保證自己絕對可信、安全，清正廉潔且有能力鑒別真?zhèn)巍?/p>
P2P架構系統(tǒng)
peer-to-peer架構是創(chuàng)新式的網絡系統(tǒng)架構，去中心化，不要中心服務器來服務大眾。所有系統(tǒng)中的成員都是一樣的角色即客戶端。典型的P2P系統(tǒng)有電驢、BT種子下載以及比特幣網絡。
對于這樣的系統(tǒng)，單個客戶端所需要的數據必然是從其他客戶端得到的。那么從安全角度看，需要網絡協(xié)議解決的問題有：
- 怎么判斷一個信息是真是假？大家都是普通老百姓，我該相信誰？
- 怎么讓所有客戶端所掌握的信息是同步且一致的？怎么防止大家手頭的消息不一致？
比特幣系統(tǒng)和協(xié)議
比特幣系統(tǒng)
- 典型的點對點系統(tǒng)，沒有中心服務server節(jié)點，任何節(jié)點都是client。
- 廣播系統(tǒng)，任何人發(fā)出的消息都是廣播給所有人的。
- 以賬單作為比特幣系統(tǒng)的單元，任何交易都是交易賬單，任何人都可以看到所有的交易賬單；任何賬戶的資產都是由賬單計算出來的。
- 所有賬單公開，也就意味著所有賬戶的資產情況都是公開透明的。但你無法知道一個賬戶是屬于誰的。
- 每個人都可以記賬，然后將這個賬單廣播出去。
- 一筆交易賬單上的信息：
交易時間，付款人，收款人，交易金額。 - 一個人比特幣賬戶是一個公鑰。
- 比特幣目前設定的最小交易單位是
0.00000001 比特幣。
比特幣協(xié)議
區(qū)塊(Block)
一個區(qū)塊含有比特幣系統(tǒng)一筆交易的記錄。
區(qū)塊還是一個具有數學工作量證明的單元，可以理解為區(qū)塊內含有一個超難解的數學題的答案。
根據比特幣協(xié)議的設計，區(qū)塊的總數是有限的，2100萬個。但比特幣的最小單位是可以無限小的。
一個區(qū)塊還應包括新出生比特幣的交易，它是特殊的交易（沒有付款人），收款人是計算出該區(qū)塊的礦工。
區(qū)塊鏈（Blockchain）
區(qū)塊鏈是一串使用密碼學方法產生的數據塊。它一個按時間順序排列的比特幣交易公共記錄。塊鏈由所有比特幣用戶共享。它被用來驗證比特幣交易的永久性并防止一筆錢付給多個人。
比特幣系統(tǒng)中的礦工們會努力計算一筆交易對應的數學題，首次計算出正確解的人才有資格將自己生成的這個區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈中去。
區(qū)塊鏈存在于每個用戶的機器里，所有在線機器的區(qū)塊鏈都是一樣的，也就是說每個人都存有所有賬戶的所有記錄。
比特幣賬戶地址
比特幣的地址是由用戶的公開密鑰經過 SHA-256 散列運算后，再通過 RIPEMD-160 散列運算而得，其長度固定為 160 個比特(bits)。
比特幣賬戶公鑰
公開密鑰是可以通過私密密鑰推算出的。
比特幣賬戶私鑰
私鑰就是賬戶保險柜鑰匙。掌握私密密鑰就等于掌握其對應地址中存放的比特幣。
總財富的增加方式 - 挖礦
交易是不能使比特幣總數增加的，在系統(tǒng)建立之時，比特幣的總數應該為0。新的人民幣是中國人民銀行印出來的，那么比特幣是如何增多的呢？
挖礦是比特幣協(xié)議中最重要也最匪夷所思的概念。為什么叫挖礦呢？因為這一點上比特幣有點像黃金。我們知道黃金是貨幣，那么黃金是如何新增呢？那就是去荒郊野外挖金礦了。
新出世的比特幣也是通過“挖礦”產生的。并且挖礦事件很“消耗精力”的事情。在比特幣協(xié)議里，挖到一粒黃金像是解一道超級難的數學方程，求解很難。對于一個解，代入方程進去可以很快判斷這個解是對是錯。
- 挖礦這件事本身是計算機做的數學計算難題，需要極大的計算量來尋找一個計算題答案。
- 挖礦這件事實際上是在對某筆比特幣交易進行確認。
- 挖礦這件事的結果出了對別人的比特幣交易進行了確認，而且挖礦者可以獲得
若干新出世的比特幣。 - 當有一筆交易廣播出去等待認證，就會有許多礦工進行這個數學計算，有的礦工算得快，有的算的慢，最先算出答案的礦工會廣播出去自己的答案，表明自己是
第一名。這個時候接到這個答案的節(jié)點都會去確認這個答案是否正確。如果正確的話，那其他礦工就可以停止工作了，本次解題的第一名已經確認出現了。 - 比特幣交易是有手續(xù)費的，所以礦工除了獲得新出世的比特幣之外還會獲得手續(xù)費。
協(xié)議對挖礦的設計
和挖金礦不同，比特幣挖礦的難度是協(xié)議中設計好的。為了保證區(qū)塊產生的速度維持在大約每十分鐘一個，比特幣協(xié)議要保證挖礦數學題的難度能夠自動調整，總使得礦工第一名能在十分鐘計算出答案。
早期的時候，礦工的數量比較少，礦工的整體計算水平都不高，所以題目不能設計的太難。而當越來越多的人加進來當礦工時，礦工的整體計算水平變得很高，題目就會調整的很難。因此，對于全體礦工來講，每一次挖礦第一名的出現時間是基本一致的。但是對于礦工個人來講，挖礦的難度在不斷增長。
由于比特幣總值是有限的，所以不能允許無窮無盡的通過挖礦來新增比特幣，所以協(xié)議設定的挖礦所得新幣數目會逐漸減少。
該設計也使得新幣是按照約定速率而產生的。
比特幣如何交易
- 收錢只需要地址就可以了。這使得別人不知道你是誰就可以給你付款。
- 花錢是需要私鑰的。這使得別人不能劃走你的錢。
交易一定是付款人發(fā)起的。付款人用私鑰簽名這筆交易，大家用公鑰認證這筆交易是否真的是你本人發(fā)起的。你將這筆賬單廣播給所有人，礦工收到之后就開始給你這筆賬單計算區(qū)塊。等到有礦工計算生成新區(qū)塊，并且得到大家的認可之后，新區(qū)塊就會被加入到區(qū)塊鏈中。
怎么確保一份交易賬單真實有效？
如何在一個沒有信任中心的系統(tǒng)中認證一個事情的真假？這里有個假定，就是好人比壞人多，即整個系統(tǒng)內百分之五十以上的人會嚴格遵守比特幣協(xié)議的規(guī)則。比特幣對交易是由礦工來確認的，也就是說我們認為好礦工比壞礦工多，對于錯誤的賬單，好礦工都是會拒絕的。那么壞人就無法進行偽造、篡改。
比特幣的交易認證包含兩個事情：一是各路礦工對新區(qū)塊數學難題的求解，一是全體同志對求解出答案的礦工的答案進行驗證。
挖礦的難度設計出了一個基本固定的十分鐘時間，當你提出一筆交易，接下來這十分鐘時間內比特幣系統(tǒng)對你的這筆交易申請進行驗證，看看你是不是有這筆錢。礦工們會努力進行求解，第一個算得結果的人會把結果廣播出去，讓大家來評判對錯，如果對的話，大家就會認可這筆交易。
賬單的確認實際上是在試圖向區(qū)塊鏈添加新的區(qū)塊，也就是要計算出新的區(qū)塊。
如何防止壞人偽造他人身份？
通過非對稱密碼簽名，當礦工發(fā)現這個賬單不是付款人合法簽名的賬單，自然會拒掉。
如何防止本人制造虛假賬單？
如果是是不依賴于你自己以前的賬面為基礎而進行的交易賬單，那肯定和別人計算出的解不同，不會被大家認可。
如果你想要反悔以前你的某次付款，那計算量更是比登天還難。
比特幣有沒有偽鈔？
比特幣系統(tǒng)的財富全部是依賴交易賬單計算的，區(qū)塊鏈中的交易面額都是真鈔，挖礦得到的進賬交易也是真鈔，所以就不存在偽鈔這個概念了。
比特幣的神秘發(fā)明人
比特幣的發(fā)明人一直是個迷。2009年一個網名叫中本聰的人在密碼學郵件列表里發(fā)了一篇論文，講述了這種不依賴于信任關系的金融交易系統(tǒng)，隨后中本聰開發(fā)了第一款比特幣系統(tǒng)。可是沒人知道他的真實身份，他有意隱藏自己的一切身份信息。無數技術牛人試圖通過各種方式尋找這個天才黑客數學家的線索，都沒能如愿。
目前來講，我們不知道他是一個人還是一個團隊，不知道他所在的地區(qū)和時區(qū)，只知道他精通英語、數學、計算機。
經濟學問題
這篇文章主要是從技術角度來認識比特幣系統(tǒng)和比特幣協(xié)議的設計，并沒有從經濟學角度去評判比特幣的優(yōu)劣。而從經濟學理論來認識比特幣，一定是又一番內容。
為什么比特幣會有價值？
騰訊接收Q幣充會員，人們愿意用人民幣去兌換Q幣，于是Q幣就具有了價值。當越來越多的人認為比特幣有價值，加上比特幣稀缺且難以獲得，人們愿意用它來支付和交易其他貨幣，于是比特幣就有了價值。
比特幣的價格是怎么定的？
這應該是經濟學基礎。比特幣的價格是由比特幣的數量和其內的流通法定貨幣共同決定的。比如當前比特幣的總數為100萬個，當前世界上人們總共用了100萬美元去買比特幣，那么當前1個比特幣的價格就是1美元。也就是說，越多人用真錢去買入比特幣，比特幣的價格就會越高。
比特幣和螺旋式通貨緊縮
通貨緊縮和當前我國的通貨膨脹情況相反。指的是物價水平下降，貨幣的購買力上漲，于是人們認為錢在升值，更傾向于存錢而不是消費或投資，于是市場交易率下降，企業(yè)利潤下降。這又反過來導致國民收入下降，產生惡性循環(huán)。
比特幣的總量有限，價格如果一直上漲，就會出現通貨緊縮。比特幣購買力一直升高，人們傾向于存著比特幣不花，構成通縮。
