文章目录

区块链的历史
比特币白皮书
- 传统交易存在的问题
- 比特币的解决方案
总结

区块链的历史

2008年10月31日，一个密码学极客中本聪在“metzdowd.com（密码朋克）”网站的邮件列表中发表了一篇论文，题为《比特币：一种点对点的电子现金系统》，人称“比特币白皮书”。随即，比特币在极客圈和密码朋克圈掀起了一股浪潮。

3年后，比特大陆创始人吴忌寒将比特币白皮书翻译成中文，并首次提出了”区块链“一词。此后，人们也用”区块链“来描述比特币的底层技术和设计思想。

随着十余年的发展，区块链技术蓬勃发展，加拿大Vitalik Buterin在2013年首次提出以太坊的概念，并于2014年成功上线支持图灵完备的区块链平台—以太坊，通过以太坊，开发者第一次实现了在区块链上发布智能合约的设想。

2015年12月，由Linux基金会主导并牵头，IBM、Intel、Cisco等巨头同时宣布了Hyperledger联合项目成立，超级账本将区块链技术引入到联盟链的应用场景中，为未来基于区块链技术打造高效率的商业网络打下基础。

而到了今天，在国家政策的号召下，区块链技术的应用和创新正在加速发展，区块链概念正在被更多的人接受，但是绝大多数人并不了解区块链到底是什么，以及区块链的由来，请继续阅读这篇文章，相信你能找到答案。

比特币白皮书

要想深入理解区块链思想，更好地应用区块链技术，阅读比特币白皮书（下称"白皮书"）是必不可少的一步。限于篇幅，这里就直接给出某场景，如下：

A在购物商城上购买B的货物，通过第三方金融机构来处理电子交付。

传统交易存在的问题

上面场景会存在什么问题呢？

交易信任问题：交易的前提是买卖双方都信任第三方金融机构，但在某些场景下，并不存在完全可信的第三方机构，此时交易可能不会发生，甚至买卖房某一方上当
交易成本问题：一般交易过程只涉及到买卖双方，第三方的介入增加了交易的成本，如交易时间、交易数量等
交易毁约问题：在某些情况下，交易可能存在反悔的可能，比如买方需要退货、或者卖方终止交易，此时无端的耗费了某一方的资源，并降低了双方的信任度
交易透明度问题：传统的交易只发生在三方之间，对外界保密，因此存在内部交易等其他问题

因此，中本聪建立一个电子支付系统，此系统建立在密码学基础上（而不是信任），允许任意有意愿的双方直接转账而不需要第三方介入，并且交易是不可撤销的，这将保护卖方权益防止被骗，此外此系统应该是完全透明的，任何交易都对系统内的其他人可见，最后要保证系统是安全的。

比特币的解决方案

信任问题

比特币诞生之初就完全开源，任何用户都可通过运行开源代码从而接入区块链网络，产生交易的代码完全公开透明

所有比特币交易都是基于密码学的，也就是说交易是基于物理规则而不是信任的，其完全隔离了人为因素

交易记录公开透明，比特币（区块链）的所有交易记录都是公开透明的，所有人都可以在网络上查到每一笔交易记录。

交易成本问题（去第三方）

系统内的用户需要遵守一套规则（共识机制），以此实现去中心化，系统内人人平等，任何用户下线或上线都不影响运行。

交易毁约问题

区块链的数据结构和运行机制保证了所有数据都能真实记录，无法被篡改。

**白皮书节选1：** 我们把一种电子币定义成一条数字签名链。
每一个所有者把币转给下一个人的时候，是通过将前一个交易的哈希和下一个所有者的公钥进行数字签名，
并把这些追加在币的后面。收款人可以通过验证数字签名来确认链的所有者。

上面可以看到，每一条记录都与上一条记录相关，因此无法篡改之前的历史记录，并且由于比特币是一种分布式记账系统，不同节点间的数据完全同步，篡改系统内所有节点上的数据需要的工作量是不可能实现的。

双花问题——共识机制

在交易发生时，存在一个无法避免的问题——双花问题：收款人无法验证其中的一个所有者是否同一个币花了两次（双花）。一个普遍的做法是引入一个信任的铸币厂，每次交易后币必须返回铸币厂，并再次发行新币，只有直接从铸币厂发行的币才被相信是没有被双花的，但这违背了去中心化的思想。

为了在无第三方参与的情况下，我们需要让收款人知道币并没有被上一个交易者使用，仅有的可以确认某交易是否双花的方法是知道所有交易，因此我们需要将交易对公众进行广播。

并且我们需要一个共识机制，那就是公众要认同一个按收到的交易顺序排列的历史记录，收款人需要证据来说明在每一笔交易的时候，大多数节点一致认为这个交易是第一时间到达的。（我的理解是如果存在交易双花问题，那么在系统内的所有交易顺序将会存在不同，比如某交易同时到达A、B，再经过共识排序后，A、B的交易列表将会不一致）

时间戳服务器——共识机制的前提

我们提出的解决方案从一个时间戳服务器开始。这个服务器工作方式是，对条目所在的区块的哈希加盖时间戳，并且广泛的公布这些哈希，比如通过报纸或新闻组邮件。显然，为了能进入这个哈希序列，时间戳证明的数据在那个时间必须存在。每一个时间戳和以前的时间戳，形成一条链，每一个追加的时间戳都是对前一个时间戳进行加强。

此时，每条发生的交易都存在一个时间戳，也就存在了排序的可能

工作量证明——实现时间戳服务器

为了基于点对点的基础实现一个分布式的时间戳服务器，我们将需要一个工作量证明的系统，这个系统和亚当·贝克的哈希现金类似，而不是报纸或新闻组邮件。这个工作量包含寻找一个哈希值，比如用哈希算法SHA-256，这个哈希值以若干0开头。平均工作量和开头的0的个数是指数关系，并且验证很简单，只需要执行一次单独的哈希计算。

在我们的时间戳网络里，是这样实现工作量证明的，就是不断增加区块里的一个临时的数值，直到找到一个值使得区块的哈希值满足开头0的个数的要求。 一旦CPU花费算力计算满足了工作量证明的要求，这个区块链就无法修改，除非重新计算。随着后面的区块不断产生，想要改变这个区块，需要重做它后面所有区块的工作量。

并且随着链长度的增加，落后的攻击者追上的概率呈指数级减小。

网络运行

运行这个网络的步骤如下：

1）新交易给所有节点广播。

2）每个节点将新交易放到一个区块。

3）每个节点开始为这个区块寻找相应难度的工作量证明。

4）当一个节点找到了这个工作量证明，把这个区块广播给所有节点。

5）如果区块里所有的交易是有效的并且是没有被花费的，节点就会接受这个区块。

6）节点把这个区块的哈希作为上一个哈希，并开始进行工作以竞争创建下一个区块。

节点总是认为最长的链是正确的，并且不断的工作去延长它。如果两个节点同时广播下一个区块，一些节点可能接受其中一个，也可能是另一个。这种情况下，他们在最先收到的区块上工作，但是也会保存另外一个分支以防它会变得更长。当下一个工作量被找到并且一个分支变得更长时，这种情况就会被打破，在另外一个分支上工作的节点将会切换到这个长的链上。

新交易广播不一定要广播到所有节点。只要他们能到达很多节点，这个交易很快就会进入下一个块。区块广播也能接受消息丢失。如果一个节点没有收到区块，当它收到下一个块时会发现自己少了一个区块，它就会请求来获得少的这个区块。

总结

上面，我对为什么提出比特币（区块链技术）给出了自己的看法，并借助白皮书来简略的介绍了一下比特币的实现，下一篇将继续深入介绍比特币的实现。

顺嘴一提，我本人之前是做区块链落地实现，在一次面试中与面试官交流时，其旁征博引使我自惭形秽，尤其是在区块链基础知识方面，因此写下此文，以此感谢面试官的教诲！

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