比特幣:比特幣中的區塊、賬戶驗證和記賬

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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？

比特幣Ordinal NFT即將登陸Binance NFT市場:5月11日消息，Binance NFT 發布公告稱，比特幣 Ordinal NFT 即將登陸 Binance NFT 市場。[2023/5/11 14:57:57]

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。

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。

0xScope：持有近8萬枚比特幣的巨鯨已沉睡12年，并未轉出資金:金色財經報道，據0xScope監測顯示，擁有79957枚比特幣的巨鯨已經沉睡12年，并沒有比特幣轉出。據推測，該地址屬于Mt.Gox黑客，一直無比特幣轉出，但這些年里有若干筆隨機收到的小于0.00001枚BTC的資金轉入。[2023/4/25 14:25:26]

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：

Hash(原始數據)=摘要數據

而Hash函數有以下三個特點：

分析 | CME比特幣期貨周報：經紀商堅定看空態度:12月14日，CFTC公布了最新一期的CME比特幣期貨周報（12月4日-12月10日），統計區間內比特幣一直保持窄區間橫盤震蕩。總持倉（未平倉總量）數量在上一周出現一定回落后再度反彈，最新一期數據中自2983張回升至3232張，該數據在近兩個月時間里一直保持一個比較穩定的漲跌摻雜狀況，而最終結果基本保持在3100左右，在這種情況下，這種幅度的數字變化對于市場的影響已經非常有限了。分項數據上來看，規模較大的經紀商持倉繼續給出有明確傾向性的變化，多頭持倉自93張重新跌回至56張，恰好回吐了上一期數據的所有漲幅，空頭持倉自256張反彈至285張，基本收復了上一期數據產生的全數跌幅，在這類賬戶凈持倉轉為凈空之后，上周是首次出現比較明顯的回暖跡象，而隨著本周調倉結果給出，一定程度上抹除了上周調倉造成的影響，因此，可以認為這類對于市場一直處在“引領地位”的投資者對于后市的偏空態度依然較為堅決，而本期倉位調整可以說是為了避免上一期數據的短暫“轉多”變化對市場產生“誤導”。[2019/12/16]

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；

分析 | CCN分析師：比特幣空頭情緒強烈:據CCN分析，比特幣價格圖表中出現了一個下跌的三角形，市場空頭情緒很有可能持續下去。從超賣狀態恢復過來后，比特幣RSI指數處于中性區域。短期支撐位被重新定位在7275美元處，7813美元則是短期阻力位。[2018/8/4]

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；

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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