前言

区块链是未来价值互联网发展的一个方向，具有广泛的应用前景。于是，我的本科毕设方向选择了区块链在数据共享应用的方向。前期我看了关于区块链简介的一些书籍，以及关于数据共享中的联邦学习的一些介绍。但是，我认为光看一些纸质的材料，始终不够深入。于是，我近期开始观看北大肖臻老师的区块链课程，并尝试做一些记录。

区块链的历史及其应用

区块链被认为是下一代价值互联网，因为其具有不可篡改、共识、公开透明、可溯源的特性。同时，它也被认为是最慢的数据库，因为随着时间的积累，全节点需要存储的信息会逐渐增多，维护成本将会超出其可能收益。自2008年中本聪设计的比特币问世后，全球加密货币逐渐形成了一个大爆发的趋势。早期阶段的矿工所积累的财富至今日已不知翻了多少番。所以，加密货币已然成为了一种商业模式，一种投资方式。继比特币之后，2015年由V神设计的以太坊中的以太币也成为了主流加密货币之一。

比特币（BTC）中的密码学原理

BTC中的密码学应用主要包括两个
1.哈希
2.签名

哈希是什么？

在数学中，所谓哈希就是一种映射关系。在BTC中，采用的哈希算法是SHA-256,即secure hash algorithm，输出的空间是256bits的。也就是不论输入空间有多大，其输出空间都保持不变。

SHA-256具有以下三个特性，来保证BTC系统中的公私钥安全：
1）collision resistance free：对 x != y, H(x) != H(y)
2）hiding：x -> H(x), 反之不然
3）puzzle friendly：只能通过逐一实验，即brute-force的方法查出落在某个输出的可能输入，没有其他捷径可走

这里需要注意的是，性质1在这里是相对的，严谨地说，是大概率不可能出现碰撞的情况。但如MD5加密算法，目前已经找出了制造碰撞的方法，因此该方法已被弃用。

为了避免在BTC中输入空间过小而导致brute-force难度不大的情况，设计者在block header（区块头）处引入了随机数nonce，这样H（x || nonce）就可以足够随机。

ps：所谓的挖矿，即找出合适的nonce，s.t. H( x || nonce) <= target
首先找出nonce的矿工获得记账权，即编写下一个合法区块的权利

如何建立一个BTC账户？

不同于中心化的银行开户，需要用身份证进行身份校验。BTC的注册无需其他验证，它会自动生成一个（公钥，私钥）对。其中，私钥自己保管好，而公钥的哈希值则对外公布并作为自己的地址。当别人向自己转账的时候，就可以直接向这个公钥的哈希生成的地址转账。

什么是签名？

所谓签名，即利用私钥生成的一个用于他人识别自己身份的序列。比如，我用私钥对交易签名，区块链网络上的其他节点将会用我的公钥验证签名。如果匹配，则说明我确实是该账户的主人，具有使用该地址中BTC的权利；反之，我则是冒名使用BTC的坏人。

这里有一个疑点：如果两人公钥和私钥完全重合岂不是可以偷别人的钱？

这是无需担心的，因为BTC机制保证了生成密钥的随机性，这种情况在概率上可以忽略。

这里采用的是非对称加密的方式，即加密和解密的密钥是不相同的；这就解决了对称加密中存在的密钥分发安全问题。

结语

这是本人第一次在CSDN上写博客，如有错漏之处，希望各位dalao不吝赐教！！！

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