比特幣中的區塊、賬戶驗證和記賬_比特幣

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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？

Cathie Wood：比特幣現貨ETF申請方面貝萊德不比ARK Invest更具優勢:金色財經報道，ARK Invest首席執行官Cathie Wood表示，在申請比特幣現貨ETF方面，貝萊德不比ARK Invest更具優勢。Cathie Wood認為，SEC大約會在明年1月中旬前給出ARK Invest現貨ETF申請的結果，貝萊德則是在明年3月前。[2023/7/7 22:23:58]

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。

全球性投資公司Jefferies正出售黃金買入比特幣:12月19日消息，杰富瑞（Jefferies）的一位高管表示，這家市值數十億美元的投資公司正在從其投資組合中削減一些黃金，以買入比特幣。該公司截至2020年第三季度管理著510億美元的資產。（dailyhodl）[2020/12/19 15:47:41]

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：

CryptoQuant首席執行官：鏈上指標顯示比特幣大型場外交易仍在進行:金色財經報道，CryptoQuant首席執行官Ki Young Ju今日發推文稱：“我們永遠不知道機構投資者背后的場外交易量，但有可以估計場外交易的鏈上指標。而基于這些指標，大型場外交易仍在進行。潛在的機構可能正在繼續購買比特幣。”他表示，由于價格最終取決于交易所，大量的非交易所交易量被視為看漲信號。[2020/12/19 15:44:11]

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；

動態 | 比特幣錢包 Blockchain 將支持 Polkadot 增強用戶治理和互操作性:比特幣錢包 Blockchain 宣布和跨鏈項目 Polkadot 合作，將集成 Polkadot 網絡，以增強用戶治理和互操作性。該集成完成后，Blockchain 錢包不僅能夠存儲、發送和接收其原生代幣 DOT，用戶還可以使用該錢包對網絡協議和理事會成員的修訂建議等關鍵問題進行投票，以推動網絡治理。據 Block123.com 信息，波卡鏈 Polkadot 是一種異構的多鏈架構，旨在成為可擴展的異構多鏈框架，在確保安全和傳輸的基本功能下，通過非信任節點的激勵機制，弱化內生綁定關系。[2019/8/21]

不可逆運算，即：擁有摘要數據，無法逆向反推出原始數據。

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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