比特幣中的區塊、賬戶驗證和記賬_區塊鏈:區塊鏈技術發展現狀和趨勢

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去中心化說起來似乎挺簡單，但是不用細想就會發現很多問題：

賬本存儲在每個節點中，如何保證每個節點中的數據一致，或者說如何防止某些節點的賬本被惡意篡改而影響到整個網絡的交易？

如果說交易的驗證由各個節點完成，那么如何在不把密碼泄露給其他節點的前提下，證明自己對某個賬戶的所有權呢？

去中心化就要求時刻有節點在線，由這些節點去完成記賬、驗證交易等工作，那么有什么機制能夠讓節點有動力自發的保持在線去完成這些工作呢？

Barry Silbert：85萬名美國人擁有灰度比特幣信托基金:金色財經報道，Digital Currency Group創始人Barry Silbert表示，850,000名美國人擁有灰度比特幣信托基金，SEC批準現貨比特幣 ETF 的時候到了。[2022/10/13 10:33:03]

對于上面的問題，比特幣都給出了很優雅的解決方案，我們一一道來。

1.賬本驗證問題

實際上對于第一個問題，很容易想到解決方法，那就是少數服從多數，如果某個節點的賬本數據被篡改了，那么只需要和全網其他節點的數據比對，就必然能發現異常。

Foundry比特幣礦池完成Beta階段 開始增加更多機構客戶:金色財經報道，數字貨幣集團（DCG）擁有的加密貨幣挖礦公司Foundry的比特幣礦池已完成了五個月的Beta測試階段，現正在向其他機構客戶開放其挖礦池。[2021/3/12 18:37:47]

但問題在于，隨著時間的推移，記錄的累積，數據量會越來越龐大，記得在13年的時候，筆者下載的比特幣錢包，從網絡同步下載下來的交易賬本數據就已經多達幾十GB，如果說要對這么大的數據進行逐一傳輸、比對，可以說是不現實的。

在介紹比特幣的解決方案前，我們先了解一個函數：Hash函數，俗稱哈希函數。

關于Hash函數的細節，我們以后再描述，現在我們需要知道就是：一段數據經過Hash函數的運算后，得到一段長度很短的數據，我們稱之為摘要數據，可以表示成：

IOHK CEO：SNARK遞歸可以將比特幣網絡擴展到無窮大:6月6日消息，IOHK首席執行官Charles Hoskinson認為，關于區塊大小擴展的爭議導致了BCH的產生，這是“智力上的不誠實”。SNARK遞歸可以解決比特幣的可擴展性問題，并避免出現硬分叉。如果在比特幣中使用這種技術，則網絡可以擴展到無窮大，但是，如果未對參數進行足夠的配置，則可能會損害安全性。（Bits.media）[2020/6/6]

Hash(原始數據)=摘要數據

而Hash函數有以下三個特點：

同樣的原始數據，經過同一個Hash函數，總是能得到相同的摘要數據；

原始信息的任何微小的修改，通過Hash函數后，得到的摘要數據會面目全非；

不可逆運算，即：擁有摘要數據，無法逆向反推出原始數據。

動態 | USDT占比特幣交易比重升至71.78%:金色財經報道，據cryptocompare數據顯示，目前比特幣交易情況按照交易幣種排名，排在第一的是USDT，占比為71.78%；排在第二的是USDC，占比為13.58%；排在第三的是美元，占比為4.81%；排在第四的是日元，占比為4.49%；排在第五的是QC，占比為1.34%。[2020/2/23]

比特幣的做法是，交易賬本數據按照時間分塊存儲，每一塊只存儲10分鐘的交易賬本數據，這每個存儲單元即稱之為“區塊”。而每一個區塊的頭部會記錄這一數據塊的序號、時間和Hash摘要數據。

比較巧妙的地方在于，區塊頭部中的Hash摘要數據是由上一個區塊的摘要數據和本區塊的交易賬本數據疊加后經過Hash函數得到的，即：

第n塊的Hash值=Hash(第n-1塊的Hash值+第n塊的賬本數據)

可以看到，雖然每一個區塊內的交易賬本數據是獨立的，但是區塊頭部的Hash值卻是依賴于上一區塊的Hash值，從而形成了一條鏈式的結構。這想必也就是“區塊鏈”名字的由來。

鏈上的任何一個區塊中的數據受到的篡改，都將反映到最新的一個區塊的Hash值上，因此，要想驗證某個節點的賬本數據是否正確，只需要比對最新一個區塊的Hash值即可。

2.賬戶所有權的證明

如果我要通過某個賬戶給另一個賬戶轉賬，必然需要證明我對此賬戶的所有權。對于中心化的貨幣系統，我們只需要向銀行出示密碼即可，但是對于去中心化的系統，如果我們也通過出示密碼給其他節點，來證明我們對賬戶的所有權，那么我們的密碼也就泄露給了其他節點。

事實上這是一個現代密碼學中比較基礎的問題，說白了就是如何在不暴露自己私鑰的前提下，自證身份，也有很成熟的解決方法：利用非對稱加密算法。關于算法的細節，計劃在后面單獨說說現代密碼學的一些基礎算法，這里我們就用類比的方法描述一下。

首先我們來確定要解決的問題：

A要從賬戶X中轉賬一筆錢給賬戶Y，就需要向全網廣播一條消息，網絡中的其他節點收到消息后，要有方法能夠驗證廣播這條消息的人，確實擁有賬戶X的所有權。同時，消息中不能包含賬戶X的密碼，否則就意味著賬戶的控制權泄露給了全網的用戶。

解決方法是這樣的：

由A向全網發布廣播，廣播的消息中需要包括：

①原始交易信息

②原始交易信息經過Hash算法后得到的一條摘要信息

③簽名

前兩條很好理解，關于簽名，我們可以這么理解：

有這么個簽名函數，輸入是打款賬戶的私鑰和②摘要信息，而輸出就是③簽名，即：

簽名=sign(私鑰,交易信息摘要)

網絡中其他節點收到廣播后需要驗證A是否有權將賬戶X中的錢轉出去，驗證步驟如下：

廣播中①原始交易信息中，有打款者的賬戶地址，這個地址其實就相當于公鑰。

相對應于簽名函數，還有個校驗函數，輸入是③簽名和公鑰，輸出則是摘要信息，即：

交易信息摘要=verify(簽名,公鑰)

只需要比對verify函數算出的交易信息摘要與廣播中的②交易信息摘要相吻合，那么就認為廣播這條消息的人，擁有正確的私鑰，即擁有賬戶X的所有權。

而通過公鑰是無法推算出私鑰的，因此也不會有泄露私鑰的風險。

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