全面解读比特币白皮书中有什么?

2008年8月,域名bitcoin.org进行了注册,仅三个月后,一个神秘的实体发布了原始的比特币白皮书。该白皮书由中本聪(Satoshi Nakamoto)撰写,该实体据称是一名36岁的日本人,该白皮书仅九页,概述了比特币的核心基础知识,随后于2009年1月成为第一位开源比特币客户。开采了第一个区块,称为创世区块,该区块奖励了50个比特币。

奇怪的是,中本聪似乎是一个真实的人,尽管他是个天才,并且与其他开发人员进行了数年的密切互动,改善了比特币,却从未透露过任何能确定他的真实身份的东西。然后在2011年4月,中本宣布他已经“继续从事其他工作”,此后再也没有听说过。中本聪(Satoshi Nakamoto)通过能够发明加密安全货币的同一个天才完全掩盖了他的身份,直到今天,没人知道他的真实身份。无论是谁,他肯定精通经济学,密码学,C ++编程以及对等网络。中本聪在英语写作方面也非常熟练。

那么,中本聪在白皮书中写了什么呢?好吧,他从一个摘要开始,我鼓励大家阅读该摘要,  他提出了一个完全对等支付系统的目标,在该系统中,除了支付网络本身之外,不需要任何经纪人实体。

在摘要之后,中本聪写了一个基本的介绍。比特币试图解决的问题是对电子支付缺乏信任。具体而言,如果没有银行机构作为在线交易的经纪人,两个试图进行交易的实体就无法确保另一个实体是可信赖的。

所需要的是基于密码证明而不是信任的电子支付系统,该系统允许任意两个愿意的一方直接进行彼此的交易,而无需受信任的第三方。

从历史上看,主要发生在电子支付系统中的问题是双重支出,即在没有适当机制的情况下,单笔货币可能会花费多次。比特币通过其基于时间戳的交易时间分类账解决了这一问题。 

电子硬币被定义为一串数字签名,其中硬币的转移(或其一部分)是通过 对前一笔交易的哈希值和下一位拥有者的加密公钥进行数字签名来处理的  。硬币的接收者仍然不能验证该硬币的先前所有者没有多次使用它,这就是铸造机构通常在传统货币兑换中发挥作用的地方。但是,Satoshi写道,相反,确保不发生重复支出的另一种方法是通过公开宣布所有交易,而时间戳是至关重要的。根据交易发生的时间,需要根据其时间戳拒绝第二笔交易,该交易必须明确指出它发生在第一笔交易之后。

但是,如何确保所有人都知道第一笔交易?

中本聪研究了这个确切的问题,深入研究了时间戳服务器的行为方式。时间戳服务器广播一个哈希,该哈希保存先前绘制的事务记录。通过公开广播此哈希,此公开公告生成的时间戳可证明该交易当时必须存在。每个新散列都包括前一个散列以及一个新的数据块,形成一个链,每个后续时间戳都在该链上加强了该散列。 

根据Satoshi的说法,此时间戳服务器的实际实现将通过工作量证明机制进行。类似于  Adam Back的Hashcash,证明涉及扫描一个值,该值在散列时以特定数量的零位开始。完成此操作所需的工作随所需的零个数呈指数增长,并且可以在单个哈希操作中进行验证  。 

工作量证明旨在给网络中的每个CPU一次投票,投票的主题是交易的有效性。

多数决策由最长的链代表,而链上投入的工作量最大。如果大多数CPU功能由诚实节点控制,那么诚实链将以最快的速度增长,并超越任何竞争链。

中本聪在这里写到诚实节点,其中不诚实的节点可能是加密货币网络上的潜在攻击者。通过到目前为止概述的机制,攻击者将必须重做特定链中所有块的工作量证明才能超越诚实节点的链。通过白皮书第11节中概述的概率代数  ,中本聪表明这不太可能。

工作量证明由难度决定,难度由每小时指定特定数量的块的移动平均值确定,从而避免了不断提高硬件的影响。如果块生成太快,难度会自动增加。每个块的目标时间为10分钟,并且随着当前的狂热,随着全球散列能力已流入网络,难度已成倍增加。与价格图不同,难度很少下降: 

原始比特币白皮书的第五部分相当简单地列出了网络如何进行交易批准。 

1)新交易将广播到所有节点。 

2)每个节点将新交易收集到一个块中。 

3)每个节点都在为其块寻找困难的工作量证明。 

4)当节点找到工作量证明时,它将块传播到所有节点。 

5)仅当其中的所有事务有效且尚未花费时,节点才接受该块。 

6)节点通过使用接受的块的散列作为前一个散列来创建链中的下一个块,从而表达对块的接受。

最长的链条始终被认为是正确的链条,并且在竞争相同长度的链条时,最早的一条链条会被处理,而第二条链条则一直保留,以防实际上一直正确。然后在其中一个链上批准了一个新块时,这将打断领带,而较短的链则被放弃。 

比特币有两个主要的采矿激励来源。首先很简单,是交易费用部分。对于以比特币发送的每笔交易,发送的总金额总是大于指定接收方所接收的金额,差额留给矿工作为交易费奖励。此外,在所有2100万枚硬币被开采之前,每个新区块都有与之相关的硬币奖励,这些奖励都是全新的比特币。该奖励每210,000个区块减半,  目前预计到2020年将再次从12.5个硬币减半至6.25个硬币。如前所述,创世块的奖励为50个硬币,并且已经减半为目前的12.5个硬币/块的奖励。

第七部分探讨了一个事实,即所有块都不必一直在任何地方广播,这是一件好事,因为当前超过50万个块的区块链的数据远远超过100GB。中本聪(Satoshi)撰写了有关如何随着时间的流逝修剪链中某些元素以减小传递给各个比特币节点的链的大小的文章。基本上,已被验证并掩埋在其他接受的块下的交易可以开始被修剪,而不会破坏该块的哈希。使用  Merkle树,可以压缩链,这意味着今天节点不需要存储整个比特币区块链,而只能运行几GB的空间。 

然后,本文深入探讨如何验证付款。Satoshi写道,网络上的用户不需要运行完整的节点,实际上只需要最长链的块头,他们可以通过查询网络上的其他节点来确定这些头,直到他们确信掌握了最长链。然后,该节点可以将事务链接到其时间戳所在的块,并且当该节点无法单独验证事务时,通过将其链接到基于网络的链,其他节点随后将广播该包含链接的事务的块,以及更多的块。然后将其顶部添加,进一步由网络验证交易。  

Satoshi说,只要诚实的节点控制网络,验证就是可靠的。但是,如果单个攻击者可以控制网络,那么只要恶意攻击者可以继续控制网络,他们就可以随意验证自己的交易。

当交易分类帐是公开的时,隐私是一个大问题。就像股市录像带一样,比特币公开宣布交易的规模和时机,但交易数据本身并不包含相关各方。

中本聪是混淆自己身份的大师,他甚至写道,每笔新交易都应使用一个新的公共私钥对,虽然这不是万无一失的,但可以保护交易的所有者避免在单个交易中链接到许多交易。与他们联系。

第11部分深入探讨了概率数学,重点是展示恶意行为者能够压倒网络的可能性。中本聪基于这样一个假设:诚实的网络节点找到下一个区块的概率总是大于恶意网络节点追上来的概率,并继续表明,一旦诚实链远超攻击者链,它就会对于攻击者来说,超越诚实的网络链变得越来越困难。

中本聪总结说:

我们提出了一种不依赖信任的电子交易系统。

本文最后声明,可以通过用于验证交易的表决机制对网络进行任何必要的改进。在神秘的中本聪(Satoshi Nakamoto)消失回到互联网多年之后,这就是比特币继续发展的方式。比特币确实依赖信任,但是,信任该软件将执行其编写的工作。值得庆幸的是,到目前为止,情况确实如此,许多研究人员,包括  世界著名的安全研究机构Dan Kaminsky  都未能发现Satoshi构建的系统中的严重缺陷。谁知道Satoshi是否会在一天之内再次出现,但是直到那时比特币才疯狂地增长,我只能想象中本先生会为他的发明感到骄傲。

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