比特幣:區塊鏈開發工程師必修課：比特幣與其區塊鏈原理的基本介紹

如果你打算使用比特幣或Liquid開發軟件，有幾個概念你需要熟悉。本文以開發人員為目標，基于我過往在實現區塊鏈錢包開發項目經驗所做的一次演示。

**免責聲明：這是一個介紹，并沒有涵蓋所有內容，因此我故意簡化了一些解釋。

什么是比特幣，比特幣其實是基于分布式賬本技術：區塊新看點：什么是分布式賬本技術？

簡單來說

比特幣以后臺進程守護程序的形式出現。主要由以下組件組成：

區塊鏈：交易的分布式分類賬

共識協議：一種具有PoW共識的對等網絡

錢包：管理資金的工具

腳本：一種用于說明事務行為的編程語言

API：與比特幣節點交互的RPC接口

我們將討論這些概念，我將在這些主題的基礎上添加一些其他重要的概念。

區塊鏈

本質上，比特幣區塊鏈是一個鏈接列表，其中一個節點有一個到其父節點的鏈接。

動態 | “智慧文旅產業創新發展”課題組在京成立，下設“文旅區塊鏈公鏈”課題:據中國新聞網消息，“智慧文旅產業創新發展”課題組在京成立。該課題組由北京智慧旅居文化發展中心、中景聯（北京）文化旅游有限公司等企業、研究機構共建，以數字經濟時代背景下的文旅產業智能化創新發展為研究方向，下設“智慧旅游大數據”“高鐵經濟圈與智慧旅游”“民宿發展與文脈傳承”“文旅區塊鏈公鏈”四個專項課題。[2019/11/21]

比特幣區塊結構

節點也包含以下信息：

一個Merkle樹索引并包含事務；

一個時間戳，用于說明區塊被添加到區塊鏈的時間；

在采礦過程中被操縱的暫時狀態。

比特幣區塊中還有更多信息，但這些是最基本的。

UTXOs

在研究共識協議之前，我認為理解比特幣中使用的交易模型和UTXO的概念很重要。

交易示例

在一次傳輸中，輸入的和總是等于輸出的和，如上面的例子所示。

UTXO代表未使用的交易輸出。這是你可以花費的實際資金，被視為投入。

動態 | 人民網人民創投《區塊鏈應用藍皮書》出版發行:據人民網8月15日消息，人民網人民創投區塊鏈研究院策劃編撰的《區塊鏈應用藍皮書：中國區塊鏈應用發展研究報告（2019）》（下稱“藍皮書”）一書，近日由社會科學文獻出版社出版發行。藍皮書由人民網黨委書記、董事長、總裁葉蓁蓁和人民網總編輯羅華擔任主編，人民網副總編輯潘健擔任執行主編，并邀請了央行、工信部、中科院以及清華大學、中央財經大學、北京航空航天大學等國家部委、科研院所、知名高校的相關負責人和專家學者參與共同編寫。[2019/8/15]

在本例中，Alice將0.5BTC發送給Bob，并將其余的發送回她。為了最大限度地保護隱私，輸入的其他所有者通常會被發送回另一個不同于原始UTXO的地址，稱為“更改地址”。

您可以使用多個UTXO作為輸入為交易提供資金。

共識協議

共識協議旨在確保比特幣資金的安全，并驗證真相的來源。

為了做到這一點，比特幣節點是對等網絡的一部分，在區塊鏈中添加塊的權利以某種方式是隨機的。

達成共識的兩個步驟是：

向網絡發送交易信號時

廣播交易的比特幣節點的直接對等方將評估交易，如果交易有效，則將其添加到其mempool中，并繼續傳播信息。

向網絡提交新塊時

聲音 | PDX創始人：“單鏈優化+自動多鏈”可徹底解決區塊鏈吞吐問題:今日，PDX創始人張建鋼表示，區塊鏈的吞吐能力經常被詬病。在交易大小和處理時間固定的情況下，吞吐能力受制于多節點的可用帶寬和處理能力，以及出塊速度、區塊大小、帶寬的利用效率。

他表示，通過“單鏈優化+自動多鏈”可徹底解決吞吐問題。首先，利用最優的共識算法輔以優化后的網絡架構來優化單鏈吞吐；同時，基于“合約容器+多棧引擎”的區塊鏈平臺架構，再通過基于同一物理層的自動多鏈，可實現應用層面的吞吐疊加。[2018/8/8]

提交區塊的比特幣節點的直接對等方將評估區塊，如果區塊有效，則將其附加到其區塊鏈中，并將其廣播給其他對等方。

mempool

mempool是一個固定大小的緩沖區，用于記錄掛起的事務。每個比特幣節點都有自己的mempool實例，通過對等網絡進行同步。

請注意，如果mempool已滿，費用最低的交易將開始取消。

因為它是一個有限大小的緩沖區，所以您與其他進行交易的人競爭。因此，交易包括費用。你可以調整這個費用，以增加你在一個區塊內快速被記錄的機會。你支付的費用越高，礦商就必須在你的交易中包含越多的利息，以使他們的收益最大化。

采礦和工作證明

為了獲得向區塊鏈添加塊的權利，比特幣節點使用工作證明的概念。

美國音樂節使用區塊鏈技術防止倒賣入場券:美國舊金山的Civic Center Plaza將在10月20日舉辦OUR Music Festival（OMF音樂節）。其中主辦方將通過手機應用上的分布式賬本技術，來確認所有入場券的購入狀態。主辦方期待此舉能完全封殺入場券倒賣行為。[2018/6/22]

在比特幣網絡上，每個節點上都有一個被稱為難度的變量。該變量對應于挖掘難度。為了獲得附加塊的權利，我們的目標是在比特幣守護進程提供的塊模板中嘗試不同的nonce，直到哈希值低于根據難度推斷的特定目標哈希值。

通過查看塊的散列可以看到它，例如：

在區塊2，難度為1，區塊散列：000000006A625F06636B8BB6AC7B960A8D03705D1ACE08B1A19DA3FDCC99DDBD，

在718023塊，難度為24371874614345，塊哈希為000000000000024D244993522537474AF74E93C4C50553C1EC747375953。

難度越高，找到塊的機會越小，目標數就越小，因此前導零的數量就越多。

在第一個街區，難度是1。每2016個街區，難度會上下調整，以確保我們平均每10分鐘獲得一次街區。因為這種嘗試nonce和散列的操作實際上是可預測的。

騰訊與江西銀行合作，共同推進區塊鏈的應用落地:近日，騰訊與江西銀行在深圳騰訊總部簽署了《金融科技全面合作協議》。騰訊表示，將為江西銀行提供基于云的數據、存儲、安全等產品方案；推進區塊鏈在供應鏈融資、ABS等場景的應用落地；向江西銀行提供語音識別、語義分析、情緒分析和知識圖譜等智能客服的配套技術等。[2018/4/28]

網絡分裂

最后一個有趣的注意事項是網絡對網絡分裂的反應。想象一下，一個惡意的國家在其邊境切斷互聯網。還阻止了所有比特幣礦商。一開始，難度太高，他們無法每10分鐘找到一個街區，甚至根本找不到任何街區。然后，網絡會將難度調整到一個與過去兩周的哈希率相匹配的低值。

那一刻，也許困難又回到了1。如果他們重新啟動所有比特幣礦工，那么他們不僅會每10分鐘驗證一次區塊，還可能每秒鐘或更短時間驗證一次區塊。很快，他們的國內比特幣區塊鏈將超過世界其他地區的區塊鏈高度。如果他們開放互聯網邊界會發生什么？好吧，他們抹去區塊鏈的所有努力都將被粉碎。

因為比特幣會同意，一條真正的區塊鏈是最長、工作最多的鏈。因此，提前準備了X個區塊但減少了Y個區塊的國內供應鏈將很快被世界其他地區的供應鏈所取代，這些供應鏈的區塊更少，但投入的工作更多。

錢包

比特幣使用的是一種被稱為分層確定錢包的東西。

BIP32分層錠性錢包

錢包的目標是：簡化資金和UTXO的管理。比特幣節點將通過對金額最高的UTXO進行優先級排序，自動為您的交易提供資金，而不是操縱粒度較小的UTXO。

我們從一個初始種子創建一對公鑰和私鑰。

可以派生這些密鑰，以獲取子密鑰。

最初，人們認為這種衍生可能管理多個賬戶和多枚硬幣。實際上，你的錢包里通常不會混裝硬幣，但以太坊也可能使用高清錢包。

擁有多個帳戶的第一個用例是更改地址。這樣，您就可以確保您為接收付款而動態生成的地址不會與更改地址重疊。最大限度地保護隱私。

多重簽名錢包

錢包也可以在多個所有者之間共享，我們稱之為多重簽名錢包。

多重簽名錢包

上述：Justin、Vittie和Craig各自持有打開multisig錢包所需的三把鑰匙中的一把。

多重簽名錢包有兩個主要使用案例：

多人共享資金。想象一下，一家公司擁有一堆比特幣，比如加密交易所，擁有一個多重簽名錢包，可以確保如果有人不在，團隊中的其他人可以訪問這些資金。

真實例子：

首席執行官突然去世后，一家加密貨幣交易所可能損失了1.45億美元

把你的錢包備份一下。想象一下，你可以在電腦、手機上有一個簽名，而在舊設備上隱藏第三個簽名。如果您丟失了任何一臺設備，那么您仍然有機會訪問您的資金并將其轉移到新的錢包中。

擁有多個賬戶有助于拆分余額，以管理不同的預算。

腳本

比特幣提供了一種簡單的基于堆棧的編程語言，非圖靈完全。下面是比特幣維基頁面上的一個例子。

來源：比特幣維基

由于這種語言，比特幣有時被稱為可編程貨幣。

它描述了應該如何驗證UTXOs。

我想請您閱讀比特幣維基上的一些腳本示例，以快速理解該語言的本質

僅供參考，操作碼OP_RETURN可用于在區塊鏈上留下信息。

API

為了與比特幣守護進程交互，它公開了一個RPC接口。這就是比特幣CLI工具所使用的，但您也可以使用curl或任何HTTP客戶端與比特幣節點通信。

來源：bitcoinBillions項目組com/bitcoin/bips

這就是開發者社區達成共識的地方。

我們現在所知道的定義錢包的BIP示例：

BIP32githubBillions項目組com/bitcoin/bips/blob/master/bip-004..

討論中的BIP之一將被納入比特幣的下一個主要版本：

BIP119github#com/bitcoin/bips/blob/master/bip-011..

結論

從2022年開始，再過幾年，如果你理解了那篇文章中引用的所有概念，你就足夠好了，可以開始使用比特幣進行開發。

根據你將使用或使用比特幣的哪一部分，以下是一些你應該從哪里開始挖掘的提示：

關于采礦，區塊包含的信息比我引用的要多，

關于事務和腳本，有不同類型的事務使用腳本：p2sh、p2pkh、p2wpkh，但也有一個有趣的東西叫做HashedTimeLockContract，

關于錢包，你可能想看看Taproot的最新更新，它允許多簽名錢包擁有更多隱私，

更普遍的是，Lightning是比特幣支付結算解決方案的第二層，Liquid是比特幣的一個側鏈，包含機密交易和資產發行。

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