作者：hacker发布时间：2022-10-26分类：黑客技术浏览：117评论：2
你可曾想过： 为什么矿机算力越大越好？（既然是解数学题那为什么不是拼谁的算法厉害啊喂！） 比特币的数量总和为什么是2100万？ 比特币盗窃是怎么回事？ 我不玩比特币，就真的与比特币无关了吗…… 🤔️
关于大众不再感到陌生的比特币，背后还有许多巧妙之处。本文介绍了比特币的基本原理和主要原则，并结合对部分技术细节的剖析，来对上述的一些疑问作出解答。全文较长，约7000字，阅读时间约为22分钟，建议收藏后阅读😁
文章可以分成以下几个部分：
* 比特币先验知识
-- 密码学相关
-- 比特币重要概念
* 交易的生命周期
* 区块链的构成
* 区块链的生长
-- “挖矿”的数学本质
-- “矿工”的收益
* 比特币的共识机制
-- 比特币的去中心化共识
-- “最长链优先”原则
* 比特币安全性
比特币作为第一个去中心化的数字货币，其设计中运用了不少的密码学相关知识，主要包括非对称加密技术、哈希函数等等。理解这些密码学知识，能帮助我们更好地理解比特币中的一些概念及规则。
以下是比特币的一些定义及概念解说，了解过的小伙伴们可以直接跳过～
在比特币这个创新的支付网络中，一个交易的生命周期大概可以分为几个阶段：创建、传播和被验证交织、被打包进区块记录到区块链中、获得更多的确认。图1对这几个阶段做出了示意。
注：
1⃣️一个支付方A在发起一个比特币交易时，会使用自己的私钥对交易信息的哈希值进行签名。因此A向全网广播的内容除了交易信息之外，还有自己的公钥信息、对消息的签名。其他矿工只要利用A的公钥即可对这个交易进行验证，判断是否真的由A创建。
2⃣️”交易传播和交易验证“交替意味着 各个节点基于一定的规则独立验证每个交易（共识基础1） , 一个节点只有认为这个交易有效才会把它继续传播出去。
比特币的底层技术是区块链。区块链系统是一种分布式共识系统，区块链网络中所有的参与节点将就交易的状态达成一致。
区块链到底是什么呢？你可以把它理解成一种分布式的交易的共享账本，以区块为基本单位链接在一起。交易信息将被整理并打包记录在区块中。每一个区块，包含区块头，以及紧跟其后的交易列表。区块头包含3个区块元数据集合：前序区块哈希(严格来说是前序区块头哈希，因为只有区块头被用于哈希运算)、元数据集（包括难度、时间戳、随机数等）、一个基于加密哈希来高效概括区块中所有交易的默克尔树（merkle tree)。了解这个结构，将帮助我们更好地理解挖矿的数学本质。
你可能听说过“挖矿”这个词，或者听说众人争相购买挖矿机器来发家致富。但让人疑惑的是：都说打包区块的本质是解数学难题，但单凭那些看似简陋的机器嗡嗡嗡疯狂耗费电力，就能确保自己解出比特币难题的胜率高了吗？比特币技术原理中，矿工们解决的数学题，难道是一个暴力破解题？
看了一圈，发现矿工们解决的题，还真有点暴力破解的意思，每次尝试解题的过程几乎都是茫茫然、去碰运气的。拼的是谁足够幸运，也拼谁算的足够快；算的快了么，试错次数多，自然胜算也就大了。
解题的背景是这样的—— 挖矿节点通过基于工作量证明算法（Proof-of-Work,POW）的证明运算，独立将交易汇聚到新区块中（共识基础2）。 当矿工从网络中接收到一个新的区块的时候，他发现自己已经在上一轮竞争中失败了，所以立即开始新区块的挖矿过程。为了创建一个新的区块，他从内存池中选择交易来填充区块（加入区块的第一笔交易是一个“铸币交易”，3.2节会给出详相关细节）。接下来是填充字段来创建区块头（包括前序区块的区块头哈希、交易的默克尔树（Merkel树）、时间戳、难度目标值、随机数），然后开始计算这个新区块的工作量证明。
这个计算的过程简单来说是对区块头部进行两次sha256运算，得到一个RESULT，如果这个RESULT满足特定要求，这个人才能算是算对了、才有权利去记账。满足要求的RESULT被称为“工作量证明”（中本聪论文中称为“proof of work”）。
关于这个计算过程，强调以下几点：
第一，区块头部，包含了前序区块头部的哈希、本区块交易信息的默克尔树、时间戳、难度目标值、随机数等信息（见图2）。
第二，哈希运算具有“知道y，无法推出使得h(x)=y成立的x”、“即使输入只改变一点点，输出也会差很多”、“利用任意长度的数据作为输入，生成一个固定长度的确定结果”的特性。所以大家也不知道什么样子的输入才能产生自己想要的结果，矿工只能不断尝试。
第三，前面说到，区块头哈希值需要满足一个特定要求才能成为工作量证明——小于某一阈值，或者说哈希值含有给定前缀。阈值的大小求和挖矿难度有关：挖矿难度是一个动态参数，其值越大，则阈值越小，说明哈希值符合要求的概率更小，矿工每次计算能成为工作量证明的概率越小。比特币有一个自我调节过程——通过对现有的挖矿算力情况进行估算，来对应调整挖矿难度，可以保证区块链每十分钟出一个块，达到控制发行速度的目的。（这个过程的基本思想类似产品笔试的数据估算题，根据“一个提供、一个需要“的思路去构造一个等式，然后求解等式一边的一个因子；想了解挖矿难度系统和调整方式的同学可以进一步查阅～）
综合以上三点来看，为了产生工作量证明，用户基本上会通过调整随机数来碰运气（因为其他字段基本不变）、进行多次运算直至符合要求，别无他法。如此一看，随机数就具有“幸运数字”的意味了。因此，平均来讲，谁计算的能力越强（尝试的次数越多），就更有希望打包块。
你可能会想，矿工这么心甘情愿地消耗算力去维护区块链，是受到怎样的利益驱使呢？简单来说，矿工的收益来源有二：1、计算出工作量证明，创造一个新区块所获得的新币奖励；2、记账矿工费。
当矿工找到工作量证明、打包一个新区块，并把区块传送给他的所有对等节点。 每一个挖矿节点都独立验证新区块、把合格的新区块整合进区块链（共识基础3） ，并把这个区块继续传给自己的对等节点。结果是，只有经过验证的区块才会在网络当中广泛传播，保证了诚实矿工挖出的新区块能被区块链所接纳。挖矿成功的个体节点或集体节点，可以同时获得新币奖励和记账矿工费。
新币奖励类似于货币的发行，其遵循规则是，第一个四年每一个新区块产生50btc，第二个四年每一个新区块产生25btc，第三个四年每个新区块产生12.5btc，如此周期指数递减。按照等比数列求和可知，到2140年，比特币产生的总和约为21000000（所以说比特币数量有限，天生紧缩）。届时，不再随区块的产生增加新的比特币，矿工不再拥有第一项收益。但现实中，由于挖矿成本高昂，挖矿成功的往往是是一个矿池的所有参与者。收益被分给矿池地址，矿池按照组内算力贡献比例来分摊收益的。
记账矿工费又称交易费用，以交易输入和交易输出之间的差值的形式存在；一个区块的总交易费用是对加入区块的所有交易的（交易输入-交易输出）求和。一般来说，矿工费越高的交易，会越快被处理。而矿工费在这里起到两个作用，一个是奖励矿工，另一个是防止主链滥用（防止大家发送交易垃圾信息，因为提出交易是有一定代价的）。
矿工的收益以什么样的形式被验证呢？这里不得不提到 “铸币交易” 。每个计算机节点在进行工作量证明计算之前加入区块的第一笔交易，正是“铸币交易”。这个交易从无到有生成比特币，其金额是新币奖励与记账矿工费的总和，被支付到挖矿矿工自己的比特币地址。如果矿工找到了一个工作量证明使区块有效，他就赢得了这个奖励，因为他构造的“铸币交易”生效了。
关于铸币交易和“新币奖励”，之前有一个读者问我：一个矿工把自己挖到新区块的消息公布出去，他的工作量证明 不会被别人剽窃 吗？
个人认为，至少“铸币交易”能防止这件事情发生。让我们来重申一下计算工作量证明的过程——一个矿工E在新区块里加入了奖赏自己的“铸币交易”，并利用时间戳、前序区块头哈希、随机数、本区块交易的merkle树等信息计算出一个符合要求的工作量证明。
在这个过程中，merkle树啥样子，取决于包括“铸币交易”在内的本区块所有交易信息。因此可以把铸币交易视为工作量证明的间接变量之一。那么，即使其他人拿到了E的工作量证明，这个工作量证明也是带有E的印记的、与奖赏E的铸币交易相关的，别人根本无法纳为己用。
你还可以通过设想以下的场景来加深对共识基础2“挖矿节点通过基于工作量证明算法的证明运算，独立将交易汇聚到新区块中”的理解。
为什么一个挖出新区块的矿工不悄悄使个心眼，在创建区块之初就把铸币交易的金额设成1000BTC呢？原因在于每个节点都是基于相同的规则来独立验证区块的。矿工必须创建完美的、符合公共规则的、正确依据工作量证明方法的区块；而一个无效的铸币交易会导致整个区块无效，并被其他节点拒绝，永远无法成为账本的一部分。可以预想，为了生成这个工作量证明，矿工们已经投入了巨大的算力和电量去挖矿，如果涉嫌欺诈而被否决，其为挖矿付出成本都付诸东流。
综上所述，矿工不能冒领他人的奖励，而拿到奖励的矿工也必须只能拿取符合规定的数额。
比特币的卓越之处，在于建立了一种去中心化的自发共识。这种共识是自发产生的，是成千上万在网络中遵循着共同规则的节点，在异步交互中形成的，不依赖于任何中央机构的调解和干涉。
关于比特币的4项主要共识基础，本文在讲解对应细节时有提及，下面做一个整合：
这四个过程相辅相成、互相作用，形成了自发的全网共识，促使全网节点组合出可信、公开、权威的总账。
你可能会想，比特币是一个去中心化的、基于大众信任的、依靠众人力量运转的一个东西。万一有一部分矿工被坏人收买了咋办呢？“51%攻击”指的又是什么？比特币交易所要求的“6个确认”又是怎么回事？
这里首先要提到比特币的一个规则“ 最长链优先 ”。意思是， 比特币的账单链在出现分叉的时候，每个矿工会独立选择长（累积了最多工作量证明）的链条，在上面继续挖矿工作（共识基础4） 。
这个原则主要涉及到两个问题：
当有两个矿工A和B同时挖矿成功（算出符合要求的数学答案）时，他们分别把自己计算出来的工作量证明作为下一个块的前序区块哈希，生成一个块衔接到原有的链后面，由此出现了两个分支。
这个时候，这两个成功的矿工广播了自己打包成功的消息。由于区块链是一个去中心化的数据结构，区块消息到达不同节点的时间点不一致，故不同的节点可能拥有不完全一样的区块链视图——有的矿工会先收到A的消息，有的则先收到B的消息。为了解决这个问题，收到消息的矿工们遵循一个原则：选择并尝试延长最长的链。
因此，这两条分支会各自成长一小段时间，直到他们的长度出现差异（不可能长度一直相同），比如说其中一条链的矿工们，更快地打包在支链后面又加上一块。按照“最长链优先“的规则，较短的链会被抛弃，原本工作在短链上的矿工们都回到长链上工作。
换言之，分叉只是不同节点暂时的不一致现象，当新区块被加入到其中某一分支时，最终收敛将解决这一个问题。[读者可以思考一下，为什么区块链被设置成每十分钟挖出来一个块：如果时间短了，是不是就增加了分支产生的次数？如果时间长了，是不是交易结算的效率就太低了？]
双重支付的本质其实也是区块链的分叉，但这种分叉却是“非自然恶意蓄谋”的产物。
我们假设小敏是密谋双重支付的一方，她把自己仅有的10BTC先给小强、交换一块黄金，待这条交易信息P被打包进区块Q后，她从小强手中拿到了黄金。这时，小敏使了个心眼，她想偷偷抹去、篡改区块Q上的交易信息P，“白嫖”这块黄金。为了实现这样的目的，根据“最长链优先”法则，小敏必须剔除该笔交易P后、重新进行结算工作，集中算力来形成分叉，并让分叉以更快的增速超过并取代Q所在的主链。如果小敏确实能让分叉更长，分叉就成为了主链，其他节点也会转向新主链上继续工作。这样，小强付出了黄金，却没有收到这10个比特币，“赔了夫人又折兵”。
在这个过程中，小敏需要和原链进行“抗争”，使新分叉成为最长的主链，这被称为“共识攻击”。“共识攻击”本质上是对下一区块的争夺，攻击方越“强壮”、哈希算力越大，就越容易成功。
“共识攻击“成功的可能性有多大呢？
大多数比特币交易所规定，一个交易传送到区块链上后需要6个「确认」来完成验证该笔交易。这一规定的根据是，假设意图造假的矿工拥有10%的算力（挖矿成功概率0.1），那么造假矿工要构造另一条伪链实施长度超越，必须至少成功挖矿6次。那么原链被取代、被抛弃的概率约为0.1的6次方，趋近于0。你可以把比特币理解为地质构造层，表层可能因为季节变换而有所改变，甚至可能被风刮走，但一旦深入到地下，地质层就能更加稳定、不受干扰。
而假设有一群拥有了51%算力的矿工，他们控制了一半以上的全网哈希算力，可以故意在区块链中制造分叉、进行双重支付交易 。但事实是，全网哈希算力的大量增加，个体矿工几乎不可能控制哪怕1%的哈希算力了（但矿池带来的算力集中化控制，存在一定的风险）。更何况，如果真有拥有如此强大算力的组织，他完全可以凭借自己强大的算力投入到挖矿中去获取开发新区块所获的的比特币奖励，诚实挖矿比双花更有利可图。
尽管实际上并未出现51%攻击的问题，但不可否认的是，算力的集中违背了比特币去中心化这一初衷，并成为其继续发展的一大隐患。
一个系统的安全性，往往取决于系统安全的最薄弱环节，这也就是所谓的“木桶原理“。与区块链系统相关的安全性问题包括但不限于以下几项：
（1）在区块链上被广泛使用的公钥系统基本上是安全的，但量子算法在理论上能够破解公钥系统；因此，区块链的算法安全性是相对的。
（2）区块链协议本身存在逻辑缺陷，例如受到黑客攻击的区块链系统共识机制。
（3）所有数字货币系统高度依赖私钥，私钥在存储、使用方面的安全性成为区块链系统安全性中至关紧要的一环。
尽管区块链是去中心化系统，但目前绝大多数数字交易所却是中心化的，存在着人为安全漏洞及技术安全漏洞。这些数字交易所拥有存放大量加密货币的私钥，这对于黑客来说无疑是最瞩目的目标；只要黑客偷走了这些私钥，就可以获取到这些加密货币。
作者会继续阅读相关资料、不断完善本文，目标是完成一篇通俗易懂的比特币科普文章。:)
**本文系网上信息与个人理解的结合，如有偏差及误读，欢迎读者指出。也欢迎给出关于文章结构上的指导～
众所周知，“勒索病毒”肆虐全球，黑客要求中招的“受害者”支付比特币。数据显示，8年间，比特币的价格暴涨了221万倍。
过去1年间比特币价格大约上涨了267%；过去2年间比特币价格大约上涨了740%；过去4年间比特币价格大约上涨了113.3倍；2009年比特币刚出现的时候1美元可以买到1300枚比特币，目前比特币一枚在1700美元左右，8年间比特币的价格暴涨了221万倍！
2010年5月22日，美国佛州的程序员拉丝勒-豪涅茨成功用10000比特币换取了两块披萨，具体过程并不是披萨店接受了比特币支付，而是另有人愿意接受这些比特币，替拉丝勒代买披萨。看到如今比特币的价格，估计这位程序员估计疯掉。按照几天的价格计算，这两块披萨的价格为1730万美元，换算成人民币约为1.19亿元。
对于比特币价格的上涨，中国人肯定做出过自己的贡献，毕竟，中国境内的比特币交易一度占据超过全球80%的交易量。
但是据火币区块研究部最新的数据，上周全球各国比特币交易成交量排名中，日本成交量占比46.4%，其次是美国占比26.4%，中国排第三，交易量则降至10.%。所以近期比特币价格突破10000元，中国人的贡献应该很小。
这个没听到过，只听到过警察被黑客勒索并交纳赎金的案例。
美国缅因州的林肯郡发生一起令人啼笑皆非的事情，四个使用同一网络的警察局加一个治安官办公室的电脑感染病毒，黑客把电脑中的每一个文件都上了锁导致文件无法正常访问和打开，警察有几天的时间来准备支付赎金的事，过期不支付的话则密码自动销毁，那些文件也就再也打不开了。
警察局的技术人员在尝试破解几天之后放弃了努力，决定向黑客支付其所要求的价值300美元的比特币赎金。当地治安官对此相当悲愤，他说技术人员也想了很多办法但无济于事，系统供应商也弄不了这个事情，两边在想尽一切办法之后，建议警察局还是别白费劲了，乖乖支付赎金了事，于是警察局接受了这个建议。
比特币隐蔽性强
没法像货币的流转一样能够被追踪到
所以才会要这种虚拟货币
现在中国什么都是一窝蜂，盲目跟风，其实赔钱的不在少数，赚钱的没几个
红酒，名牌包，比特币
还有其他的许多
价格都是被中国人炒起开的
这就要从一位江湖隐士“中本聪”说起了。
2008年11月1日，这位自号“中本聪”的隐士夜观天象，见时机成熟，于是便在一个隐秘的密码学论坛上发布了自己想要发行一种叫做“比特币”的电子货币的新设想。
紧接着，2009年，比特币横空出世。
一时间，江湖上传闻四起：
“什么是比特币？”
“比特币有何神通？”
“与传统货币可否一比较高下？”
说这一位隐士的“遗世之作”罢了，为何在江湖上掀起这般的波澜？
原来，这比特币竟然冒天下之大不韪，私自逃脱位高权重的政府管制，自立门户搞起了“小自治”：
比特币不再需要特定机构发行，而是通过中本聪设计的一套“机关”——依据特定算法，通过大量计算产生。不论世界各地，只要拥有一台接入互联网的电脑，接入系统，运转“机关”，你就能够成为一名“掘币人”。
一时激起千层浪，江湖上一度掀起了暗流：男女老少纷纷向往着投入“掘币热”中。
像这样
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或者像这样
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但自古武功绝学问世，观望者十有八九，真正参透其中奥妙的却凤毛菱角。
同样道理，这创造奇迹的“掘币人”也并非凡夫俗子就能随意胜任。就算人人手握电脑和运算工具，但能否成功生成新的比特币，还要看天赋加努力。
每个“掘币人”要想挖掘比特币，就要走入中本聪的重重“机关”中，用计算机通过庞大的计算解决一项复杂的数学问题。而这还远远不够，能否参透天机不止跟“掘币人”的能力有关，因为“机关”会自动调节题目难度使得整个系统大概每10分钟得到一个合格答案，而茫茫“掘币”大军都在疯狂运算，谁能参透天机，就要看造化了。
这就像是买彩票，人人手握运算工具疯狂生成各种组合的数字，谁能猜中跟大奖相同的那一串，大奖就花落谁家。
最终，有幸获得特定解的那位幸运儿成功创造出了一枚比特币，而对他的奖励，则是足足50枚比特币。
这时候有人就要问了，世上没有挖不完的矿，比特币是否也难出其外？
这就是中本聪隐居世外的真正智慧所在。
跟金银铁铜各种矿脉一样，比特币也有挖完的一天，“机关”中总共设计了2100万个的数学问题，并且匹配了2100万个对应的合格答案。也就是说，比特币挖掘的上限被控制在2100万个。
其中的玄机在何处呢？
我们知道，政府之所以呼风唤雨，正是因为手握发行货币大权，增发减发都是调控经济的“猛招”。
而中本聪把比特币总量这么一限制，断绝了比特币市场受调控之路，显然是反其道而行之。
孰优孰劣？江湖上站成两派：
“挺中者”认为，杜绝干预是社会进步的标志；
“倒中者”则觉得固定总量意味着可能引起通缩，进而连环引起市场疲软，让整体经济“伤筋动骨”。
究竟功过如何，留予后人说。
那既然掘币有赏，总量又有限，这矿山岂不是短短几日就要被挖穿？
高人中本聪怎会任由自己苦心研得的“机关”这样轻易就被世人把玩个透？
中本聪在“机关”中立下两道规矩：
其一、比特币总量越多，奖励越少。
——总量达到1050万时(2100万的50%)，赏金减半为25个。当总量达到1575万(新产出525万，即1050的50%)时，赏金再减半为12.5个。以此类推。
其二、“掘币人”总量越多，效率越低。
这样一来，越到后期比特币的产生速度越慢。按照计划，从2009年比特币诞生算起，挖矿要足足持续100余年，到2140年才能到达上限。
而今时今日，全世界被挖掘出来的比特币总量刚刚超过1600多万。
而以上种种，只是高人中本聪精心布置的一套“机关”，如此精密的“机关”竟然还有另外一套！
比特币既是世间难得的稀罕物什，那如何交易？如何管理？
中本聪隐居多年，苦研江湖绝学密码学，为比特币流通量身定做了一整套世间独一无二的安全流程。
说这比特币背后的交易可是非常的复杂，比特币可以随机生成比特币地址，而每一个地址都有一个对应的私钥，这就相当于银行卡号和对应密码。只有同时拥有两者才能管理卡里的钱。
但这个地址的复杂程度岂是一般的银行卡能够比拟的？
比特币地址有多保密？
每个地址是由大约33位长的、由字母和数字构成的一串字符组成，总是由1或者3开头。
这样的随机地址有多少个？答案是：可能比地球上的沙子还要多。
如此复杂的“密保系统”，想要攻破，谈何容易？
就这样，在中本聪的第二道“机关”加持下，比特币流通有了超过一般货币的安全保障。
也难怪比特币一出，货币世界内外震颤，一场新的厮杀在暗处蠢蠢欲动。
比特币就像无数隐秘的独行侠一样在政府的权威下野蛮生长，传说中它们自由（去中心化、免税、免监管）、强壮（依赖P2P网络，外部无法关闭）、无所不在（跨境无国界）、来去不留名（匿名）。
看懂了吧，“自由”“来去不留名”“无所不在”，就说明比特币不但可以不受政府的追踪和监管，还能自由的在全世界的范围野蛮生长。这可是黑客勒索的绝佳手段啊。
况且，去年开始比特币就开始疯狂的涨涨涨，网络世界无孔不入的黑客自然对这些信息了如指掌。
毫无疑问，选择比特币，选择又安全、收益又高的勒索方式。
像这样
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或者这样？
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但天下武功，无坚不破。比特币同样存在软肋。
口诀有三：
其一、比特币网络不破，交易平台脆弱可破；
其二、“黑市”交易，哄炒横行，价格日日过山车；
其三、武功精深，凡夫俗子难以参透天机。
尤其这第三条，功夫虽好，门槛太高，可哀，可叹。
那么好坏道尽，放眼今日的中国，比特币究竟何去何从？
平心而论，在央行妈妈眼里，说比特币是野蛮生长可一点儿也不过分：过去一年，随着人民币的贬值，比特币再次成为投资者大炒特炒的对象，价值上涨了120%！
机智的路人早已看穿了一切
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再加上现在出的这个比特币病毒，看来，比特币是时候该受到一波监管了。
标签：黑客能做出假比特币
已有2位网友发表了看法：
访客 评论于 2022-10-26 11:53:26 回复
励”，之前有一个读者问我：一个矿工把自己挖到新区块的消息公布出去，他的工作量证明 不会被别人剽窃 吗？ 个人认为，至少“铸币交易”能防止这件事情发生。让我们来重申一下计算工作量证明的过程——一个矿工E在新区块里加入了奖赏自己的“铸币交易”，并利用时间
访客 评论于 2022-10-26 05:20:52 回复
其为挖矿付出成本都付诸东流。 综上所述，矿工不能冒领他人的奖励，而拿到奖励的矿工也必须只能拿取符合规定的数额。 比特币的卓越之处，在于建立了一种去中心化