阮一峰:如何自学区块链入门教程

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章鱼星球和区块链

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  这一次,我们将有机会成为世界的引领者,我们所期盼的信任革命正在到来。

比特币入门教程

  比特币的原理是什么?

  为什么这个无人管理的体系可以成功运作?

  比特币交易的流程是怎么回事?

  它与区块链又是什么关系?

  下面,我尝试回答这些问题,希望帮助大家理解比特币。抛开技术细节,还是很容易解释的。

  有一点说明,本文只讨论技术问题,不涉及如何投资比特币,更不会预测价格走势。事实上,我也不知道,如果我知道怎么发财,可能就不会在这里写博客了。

  一、非对称加密

  首先,理解比特币,必须理解非对称加密。

  你可能听说过这个词,所谓非对称加密,其实很简单,就是加密和解密需要两把钥匙:一把公钥和一把私钥。

  

  公钥是公开的,任何人都可以获取。私钥是保密的,只有拥有者才能使用。他人使用你的公钥加密信息,然后发送给你,你用私钥解密,取出信息。反过来,你也可以用私钥加密信息,别人用你的公钥解开,从而证明这个信息确实是你发出的,且未被篡改,这叫做数字签名(更详细的介绍请看《什么是数字签名》)。

  现在请设想,如果公钥加密的不是普通的信息,而是加密了一笔钱,发送给你,这会怎样?

  首先,你能解开加密包,取出里面的钱,因为私钥在你手里。其次,别人偷不走这笔钱,因为他们没有你的私钥。因此,支付可以成功。

  这就是比特币(以及其他数字货币)的原理:非对称加密保证了支付的可靠性。

  由于支付的钱必须通过私钥取出,所以你是谁并不重要,重要的是谁拥有私钥。只有拥有了私钥,才能取出支付给你的钱。(事实上,真实的交易流程稍有不同,私钥保证的不是取出支付给你的钱,而是保证只有你能把这些属于你的钱支付出去,详见后文。)

  二、比特币钱包

  对于比特币来说,钱不是支付给个人的,而是支付给某一把私钥。这就是交易匿名性的根本原因,因为没有人知道,那些私钥背后的主人是谁。

  所以,比特币交易的第一件事,就是你必须拥有自己的公钥和私钥。

  你去网上那些比特币交易所开户,它们会让你首先生成一个比特币钱包(wallet)。这个钱包不是用来存放比特币,而是存放你的公钥和私钥。软件会帮你生成这两把钥匙,然后放在钱包里面。

  

  根据协议,公钥的长度是512位。这个长度不太方便传播,因此协议又规定,要为公钥生成一个160位的指纹。所谓指纹,就是一个比较短的、易于传播的哈希值。160位是二进制,写成十六进制,大约是26到35个字符,比如 1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2。这个字符串就叫做钱包的地址,它是唯一的,即每个钱包的地址肯定都是不一样的。

  

  你向别人收钱时,只要告诉对方你的钱包地址即可,对方向这个地址付款。由于你是这个地址的拥有者,所以你会收到这笔钱。

  由于你是否拥有某个钱包地址,是由私钥证明的(具体的证明方法稍后介绍),所以一定要保护好私钥。这是极其重要的,如果你的私钥被偷了,你的比特币也就等于没了,因为他人可以冒用你的身份了,把钱包里面的钱都转走。

  同样的,你向他人支付比特币,千万不能写错他人的钱包地址,否则你的比特币就支付到了另一个不同的人了。

  三、交易过程

  下面,我把整个流程串起来,看看比特币如何完成一笔交易。

  一笔交易就是一个地址的比特币,转移到另一个地址。由于比特币的交易记录全部都是公开的,哪个地址拥有多少比特币,都是可以查到的。因此,支付方是否拥有足够的比特币,完成这笔交易,这是可以轻易验证的。

  问题出在怎么防止其他人,冒用你的名义申报交易。举例来说,有人申报了一笔交易:地址 A 向地址 B 支付10个比特币。我怎么知道这个申报是真的,申报人就是地址 A 的主人?

  比特币协议规定,申报交易的时候,除了交易金额,转出比特币的一方还必须提供以下数据。

  上一笔交易的 Hash(你从哪里得到这些比特币)

  本次交易双方的地址

  支付方的公钥

  支付方的私钥生成的数字签名

  验证这笔交易是否属实,需要三步。

  第一步,找到上一笔交易,确认支付方的比特币来源。

  第二步,算出支付方公钥的指纹,确认与支付方的地址一致,从而保证公钥属实。

  第三步,使用公钥去解开数字签名,保证私钥属实。

  经过上面三步,就可以认定这笔交易是真实的。

  四、交易确认与区块链

  确认交易的真实性以后,交易还不算完成。交易数据必须写入数据库,才算成立,对方才能真正收到钱。

  比特币使用的是一种特殊的数据库,叫做区块链(blockchain),详细的介绍请看《区块链入门教程》。本文只讨论交易如何写入区块链。

  首先,所有的交易数据都会传送到矿工那里。矿工负责把这些交易写入区块链。

  根据比特币协议,一个区块的大小最大是 1MB,而一笔交易大概是500字节左右,因此一个区块最多可以包含2000多笔交易。矿工负责把这2000多笔交易打包在一起,组成一个区块,然后计算这个区块的哈希。

  

  计算哈希的过程叫做采矿,这需要大量的计算。矿工之间也在竞争,谁先算出哈希,谁就能第一个添加新区块进入区块链,从而享受这个区块的全部收益,而其他矿工将一无所获。

  一笔交易一旦写入了区块链,就无法反悔了。这里需要建立一个观念:比特币不存放在钱包或其他别的地方,而是只存在于区块链上面。区块链记载了你参与的每一笔交易,你得到过多少比特币,你又支付了多少比特币,因此可以算出来你拥有多少资产。

  五、矿工的收益

  交易的确认离不开矿工。为什么有人愿意做矿工呢?

  比特币协议规定,挖到新区块的矿工将获得奖励,一开始(2008年)是50个比特币,然后每4年减半,目前(2018年)是12.5个比特币。这也是比特币的供给增加机制,流通中新增的比特币都是这样诞生的。

  你可能看出来了,每4年奖励减半,由于比特币可以分割到小数点后八位,那么到了2140年,矿工将得不到任何奖励,比特币的数量也将停止增加。这时,矿工的收益就完全依靠交易手续费了。

  所谓交易手续费,就是矿工可以从每笔交易抽成,具体的金额由支付方自愿决定。你完全可以一毛不拔,一分钱也不给矿工,但是那样的话,你的交易就会没人处理,迟迟无法写入区块链,得到确认。矿工们总是优先处理手续费最高的交易。

  目前由于交易数量猛增,手续费已经水涨船高,一个区块2000多笔交易的手续费总额可以达到3~10个比特币。如果你的手续费给低了,很可能过了一个星期,交易还没确认。

  一个区块的奖励金12.5个比特币,再加上手续费,收益是相当可观的。按照目前的价格,可以达到100万~200万人民币。想想看,运气好的话,几分钟就能挖到一个区块,拿到这样一大笔钱,怪不得人们对挖矿趋之若鹜。

  六、区块的扩容

  《区块链入门教程》说过,比特币协议规定,平均10分钟诞生一个区块。区块的大小只有 1MB,最多只能包含2000多笔交易。也就是说,比特币网络每10分钟,最多只能处理2000多笔交易,换算一下,就是处理速度为3~5笔/秒。

  全世界的比特币交易这么多,可是区块链每秒最多只能处理5笔,这已经成为制约比特币发展的一个瓶颈。

  很早就有人呼吁,改革比特币协议,提升处理速度。这件事在2017年8月有了一点眉目,当时区块链发生了一次分叉,诞生了一个新协议,称为 Bitcoin Cash(简称 BCH)。这种新货币其他方面都与比特币一致,就是每个区块的大小从 1MB 增加到了 8MB,因此处理速度提升了8倍,手续费也低得多。该协议是对原有区块链的分叉,因此当时持有比特币的人,等于一人获赠了一份同样数量的 BCH。

  

  BCH 等于创造了一种新货币,还有人提议,原始比特币的区块大小提升到 2MB,这称为 SegWit2x 。这个建议原定于2017年11月实施,但是最后一刻由于缺乏共识,就被取消了,目前还在讨论中。

  七、点对点网络

  比特币是一个全世界的开放网络,只要你有服务器,就能加入这个网络,成为一个节点。每个节点都包含了整个区块链(目前大概 100多 GB),并且节点之间时刻不停地在同步信息。

  

  当你发生了一笔支付,你所在的节点就会把这笔交易告诉另一个节点,直至传遍整个网络。矿工从网上收集各种新发生的交易,将它们打包写入区块链。一旦写入成功, 矿工所在节点的区块链,就成为最新版本,其他节点都会来复制新增的区块,保证全网的区块链都是一致的。

  最后,你所在的节点也拿到了最新的区块链,从而得知你早先的那笔交易,已经写在里面了,至此交易确认成功。

  八、还有一个问题

  写到这里,我就介绍完了比特币的基本知识,希望你已经明白了比特币是怎么回事。但是还有一个根本的问题,我没有回答:比特币的本质到底是什么?

  说到底,比特币只是区块链的一条记录,是凭空生成的,为什么可以当钱用?举例来说,矿工获得12.5个比特币的奖励,其实就是区块链有一个记录:"xxx地址获得12.5个比特币"。正是这行记录,导致该矿工获得了大笔金钱。如果区块链突然增加了一条记录,记载你的地址获得了1000个比特币,你就真的会有1000个比特币。这到底是为什么?

  这篇文章已经够长了,这个问题就留到下次再谈,欢迎关注本系列的最后一篇文章《加密货币的本质》。

  九、参考链接

  How Bitcoin works , by Timothy B. Lee

  Bitcoins the hard way: Using the raw Bitcoin protocol, by Ken Shirriff

黑马区块链教程百度云下载

  ├─第一章

  │ 1.课程规划介绍

  │

  ├─第三章

  │ 1.比特币诞生背景

  │ 2.中心化与去中心化介绍

  │

  ├─第二章

  │ 1.人类交易历史介绍

  │

  ├─第五章

  │ 1.区块链定义及特点介绍

  │ 2.区块链发展阶段介绍

  │ 3.区块链协议(上)

  │ 4.区块链协议(下)

  │ 5.区块链分类

  │ 6.区块链相关概念介绍

  │ 7.区块链应用介绍

  │

  └─第四章

  ├─第四章第一部分

  │ 1.比特币与区块链关系

  │ 2.比特币交易流程简单介绍

  │ 3.哈希算法介绍

  │ 4.对称加密介绍

  │ 5.非对称加密(上)

  │ 6.非对称加密(下)

  │ 7.base64编码介绍

  │ 8.P2P网络介绍

  │ 9.梅克尔树介绍

  │ 10.工作量证明POW介绍

  │ 11.比特币区块结构介绍

  │ 12.比特币交易内容初步讲解

  │ 13.举例详细说明交易流程

  │

  ├─第四章第二部分v1

  │ 1.基础原型0-v1版本思路分析

  │ 2.基础原型1-区块定义及创建

  │ 3.基础原型2-完成SetHash函数

  │ 4.基础原型3-完成v1编写和演示

  │

  ├─第四章第二部分V2

  │ 1.工作量证明0-v2版本思路分析

  │ 2.工作量证明1-创建pow结构

  │ 3.工作量证明2-Run函数编写(上)

  │ 4.工作量证明2-Run函数编写(下)

  │ 5.工作量证明3-演示

  │ 6.工作量证明4-Isvalid演示

  │ 7.工作量证明5-绘制v2版本导图

  │

  ├─第四章第二部分V3

  │ 1.持久化0-v3版本思路分析

  │ 2.持久化1-bolt数据库介绍

  │ 3.持久化2-NewBlockChain重构

  │ 4.持久化3-区块序列化和反序列化编写

  │ 5.持久化4-AddBlock重写

  │ 6.持久化5-编译演示当前效果

  │ 7.持久化6-迭代器编写

  │ 8.持久化7-cli(上)

  │ 9.持久化8-cli(下)

  │ 10.持久化9-绘制v3版本导图

  │

  └─第四章第二部分V4

  1.地址介绍及非对称加密演示

  2.多种交易形式及UTXO介绍(重要)

  3.绘制UTXO生成消耗过程导图

  4.引入UTXO交易结构0-v4版本授课思路

  5.引入UTXO交易结构1-命令行创建blockChain数据库(上)

  6.引入UTXO交易结构2-命令行创建blockChian数据库(下)

  7.引入UTXO交易结构3-交易结构定义

  8.引入UTXO交易结构4-block添加Transaction以及创建coinbase

  9.引入UTXO交易结构5-锁定脚本与解锁脚本编写

  10.引入UTXO交易结构6-FindUTXOTransactions函数编写(重要)

  11.引入UTXO交易结构7-GetBalance命令实现

  12.引入UTXO交易结构8-创建普通交易(上)

  13.引入UTXO交易结构8-创建普通交易(下 )

  14.引入UTXO交易结构9-实现send命令

  15.引入UTXO交易结构10-HashTransactions实现

  链接: https://pan.baidu.com/s/15yQdPMWAv_iUOND9-hu0cA

  密码: 37h5

区块链挖矿是什么意思

  什么是比特币挖矿机?

  比特币挖矿机,就是用于赚取比特币的电脑,这类电脑一般有专业的挖矿芯片,多采用烧显卡的方式工作,耗电量较大。用户用个人计算机下载软件然后运行特定算法,与远方服务器通讯后可得到相应比特币,是获取比特币的方式之一。

  简单讲:这个是一种计算为主要性质的硬件设备,用来进行比特币的生成计算。进行这种计算就叫"挖矿"。

  怎么挖矿呢?

  这种计算非常消耗资源,因为比特币的生成计算难度很高,而且是变化的,全球统一,全球每生成2016个数据块之后,难度变化一次,每个数据块包含大约25个左右的比特币。按照当前比特币的生成计算难度,一台i5CPU处理器2.5GHz,需要将近2200年才能生成一个比特币。所以,才会出现挖矿机,这是一种利用硬件加速能力,专门针对比特币生成计算算法而优化制造的机器。现在一台每秒能处理600GHash数据的挖矿机,能够在大约10天的时间生成一个比特币。

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