区块链入门学习笔记（一）

比特币的原理和运行机制

1.比特币产生的动机

• 以物易物
• 实物货币(黄金)
• 符号货币(纸币)
• 中央系统虚拟货币
• 分布式虚拟货币(中本聪)

2.基础设施搭建

(1)账簿公开机制
账簿不记录余额，只记录交易。
账簿由私有改为公开。

(2)身份与签名机制(公钥加密系统)
不使用真实身份交易，使用一个唯一的代号进行交易
保密印章 + 印章扫描器

(3)成立虚拟矿工组织(挖矿群体)
- 矿工以组为单位，一组可以是单独的一户，也可以是几户联合成一组
- 成为矿工不影响正常使用货币
- 矿工每天要花费一定的时间从事比特币“挖矿”活动
- 在挖矿的活动中越努力，获得报酬的可能性就越大
- 可以随时退出，也可以随时进入新矿工

(4)建立初始账簿(创世块)
新帐簿的付款人都是“系统”，收款人是印章对应的隐含字符。
新帐簿上系统给每一户默认分配了一定数量的比特币，数量很少，只有几枚，有些甚至没有。

3.支付与交易

• 付款人签署交易单 （付款人 收款人 数量 来源 保密章）
• 收款人确认单据签署人 （确认付款人和盖章人是否一致）
• 收款人确认付款人余额 (由矿工组织负责)
  任何使用比特币进行交易的都依赖矿工组织的工作才能完成交易。

4.矿工的工作

（1）矿工的工具
初始账簿（记录了系统的第一次赠送）
空帐簿纸
编码生成器（哈希函数）
编码生成器的功能：
 a. 生成的编号只与填写的内容有关
 b. 内容相同的帐簿纸生成的编号总是相同
 c. 检测所有的填入帐簿纸的交易单，尤其是保密印章和付款人
 d. 机器可判断已经打印的帐簿纸的编号是否有效，以及编号和内容是否一致
 交易单收件箱
 公告板（公示一些信息）

（2）收集交易单
交易的发起人不仅要把交易单给收款人，还要复制一份一摸一样的交易单投递到矿工小组的收件箱里。

（3）填写账簿
矿工拿一张空的帐簿纸，把交易填写到“交易清单”一栏，并且将账簿最后一页的编号抄写到“上一张账单编号”一栏。还一个“幸运数字”，随便填写。然后将帐簿纸放入编号生成器，打印好编号。
只有编号的前10个数均为0，帐簿纸才算有效。（若不是有效的帐簿纸，只能通过不停的修改幸运数字来生成有效的编号）

（4）确认账簿
需要进行确认的信息有3个：
a. 账簿的编号有效 （放入编号生成器进行验证）
b. 账簿的前一页账簿有效
c. 交易清单有效 （付款人是否有足够的余额）

（5）账簿确认反馈
收到其他小组送来的账簿纸，“上一页账簿编号”为自己送出去的帐簿纸，表示工作成功被认可。
任何一个小组新生成有效帐簿纸或者确认了别的小组的帐簿纸时，需要将最新被小组承认的交易写在公告牌上。

5.工作机制分析
核心问题处理
1、同时收到两份合法的账簿该如何处理？
由于各个挖矿小组是并行工作的，所以很有可能出现两份不一样的账簿页，并且都是基于这个小组账簿的最后一页，都是合法的。为了解决这种情况：
中本聪提出：小组应该以树状组织账簿，而不是线性方式，无论何时都以账簿的最长分支作为主账簿，树的其他的分支保留。
2、挖矿小组有人伪造账簿怎么办？double-spending如何解决？
中本聪提出：只要挖矿组织中大多数人诚实，系统就可靠。

理由1：保密印章机制。
理由2：诚实的矿工也不会承认不合法的交易。
唯一的攻击行为：在收款人确认收款后，从另一条分支上建立另外的交易单，取消之前的付款，将同一笔钱付给另外一个人。（double-spnding问题）
攻击者签署交易单，支付应支付的比特币，然后挖矿小组确认了这笔交易，并且进行了公告，收款人看到公告后，确认转账已经完成了，支付给了攻击者等值的黄金。然后攻击者在新帐簿（包含上边被确认的账簿）的前一页做出一个分支，生成更多的账单，使原来的主分支变成旁支，挖矿小组就不承认刚才的转账，收款人的收款确认会被取消，攻击者的比特币又恢复。然后攻击者再次签署交易单，以同样的方式进行下去。我们该如何解决这种情况？
中本聪提出：收款人不要在公告挂出时立即确认交易完成，应该观察一段时间，等各个挖矿小组再挂出6张确认账簿，并且之前的账簿没有被取消时，才确认付给自己的钱到账。
之前的变态的编号规则就是为了防御这一点。
3、比特币一直增加会不会导致通货膨胀？
不会。
开始的时候：每生成一张账簿，奖励小组50个比特币。
然后：每当账簿增加21,000页，奖励减半。

4、矿工如果越来越多，比特币生成速度会变快不？
不会。
中本聪解释：编码生成器中有调控机制。当前工作的编码生成器越多，机器的效率就会越低，从而保证新账簿页生成的速率不变。
5、如果某个人的代号泄露，账簿又公开，他的隐私岂不泄露了？
确实。但是中本聪说可以提供无限制的保密印章

参考：
CodingLabs ：一个故事告诉你比特币的原理及运作机制