链游说第三十五期：水到渠成的区块链

2008年10月31日,中本聪发表了一篇白皮书《比特币:一种点

对点的电子现金系统》。该文提出了一种完全通过点对点技术实现的电子现金系统。这个电子现金系统(比特币支付系统)的底层技术就是区块链.

中本聪的白皮书将以上提到的各项技术融合在一起,创造出了区块链和比特币系统,成了第一套切实可行的数字货币系统。虽然结合了各项技术,但是能将这些技术融合到一起,还要得益于比特币系统中几个特殊的设计。

比特币

在日常生活中,我们接触到的货币都是固定面额的纸币或硬币,要

对面额进行分割需要兑换成等值的其他面额,在使用大面额纸币进行支付时会接受商品和剩余面额的找零。在银行等数字化的体系中,我们面对的是一个账户的概念,个人可用的额度则是账户中的余额,因为支付过程是完全数字化的,需要支付时直接对账户进行增加即可,变化的只是账户余额的数字。

这两套系统中的货币有两种不同的处理方式,实体货币分散而无法被记录,更无法被追踪,而对于账户体系来说只要它的记录存在,就可以对所有交易进行追踪核查反过来说,实体货币的交易因实体的存在而容易核查校验,如果每张货币的转手都有记录的话,那么交易转手的过程是无法伪造的。而对账户体系中增减、调整一些交易的金额却是很难进行核查的。

比特币继承了其他数字货币对于用户交易隐私性的追求,但是在电子货币的处理上反而采取了类似实体货币的处理方式。“比特币系统将一枚电子货币定义为这样的一串数字签名:每一位所有者通过对前一次交易和下一位拥有者的公钥签署一个随机散列的数字签名,并将这个签名附加在这枚电子货币的末尾，电子货币就发送给了下一位拥有者。”

在比特币系统中,下一位拥有者对公钥来说其实就是下一位的收币地址。根据这个定义,一个电子货币需要包含以下几项信息：

支付者的电子货币信息、指定接收者、支付者的签名信息。在这枚电子货币进行下一次流转时,这里的指定接收者和这次交易的特征值就成了新的“支付者的电子货币信息”,也就是说,比特币中的电子货币定义更像增加了流转记录的实体货币,系统利用了数字货币的便利性,在每一次交易时都将支付者支付的比特币进行销毁,同时根据金额分配发行了新的比特币。

在这样的定义下,每一枚比特币的货币都可以通过流转记录一直上溯到初始发行,因此在系统中流转的比特币是无法造假的,用户拥有的比特币就是自己收到还没有花费出去的收入。这种设计为数字货币的来源校验提供了便利,而数字货币和实体货币的差异就是导致接收者需要防止支付者将这笔比特币进行多次花费。

交易

各种系统都有自己定义的交易记录数据,一般来说这些数据都会包含几个主要因素:买方、卖方、标的物、价格、时间。在比特币系统中,交易本身只是一次货币转移过程的记录。对交易双方来说,标的物都是比特币,因此系统在交易内容中去除了标的物的信息,具体的时间需要通过其他方式进行确定,最终一笔完整的交易记录只包含了支付者信息和接收者信息。

将对交易内容进行SHA256哈希操作后得到的交易特征值作为本交易的ID(身份),可以对交易进行区分指定,在一笔交易的输入中,可以通过交易ID和在输出中的序号指定要花费的比特币。在输出中,包含的就是接收者信息和要分配的比特币数量,这里根据具体情况可以指定多个接收者,因为输入中的币只能全部支付,多出的返还支付者的找零也会被认为是一笔正常的输出,以达到将多出的比特币返给支付者的目的。每一笔交易的输入和输出都可以是多个的,这就像实体货币中的支付多张货币给多个人,同时还有找零回来的情况。

回到上一节中比特币的定义,其实每一笔比特币就是交易中的一个输出。生成交易时只要指定了输出,就同时生成了一笔比特币。在交易发出后,输入中的通过交易ID和序号指定的比特币都会变成已花费而无法动用的比特币,而新交易的输出生成了几笔新的比特币,以交易替代造币局的角色。用户拥有的比特币就是他手中尚未使用的交易输出中的币的数量,简称UTXO。这种交易结构的设计简单灵活,所以用户可以通过对输入和输出的调整,方便地完成币值的分割、合并和转移操作,用户可以使用固定的地址来打造自己的名片,也可以使用大量地址来隐藏自己的交易。

以交易ID和序号作为输入,整体交易的输出又会成为新的货币，这样的交易结构可以通过输入中的交易ID和序号向上追溯上一笔交易的信息,一直可以追溯到初始发币的记录,因此交易的接收者只要简单校验构造是否正确,以及相应的输入是否被使用过,就可以完成验钞的过程。要确定相应的输入是否被使用过,用户只要关注在当前交易发出之前这些输入是否被使用过即可,但是在比特币系统中,交易是没有包含时间信息的,因此这样的交易设计就需要引入一个能够判断时间先后的方案,否则恶意用户可以通过巧妙的方式将笔货币进行多次花费。

区块

判断两笔交易的先后顺序。在权威机构或者中心化节点存在的情况下,只要这个中心机构只接受首先传播到自己的交易而拒绝拥有同样输入的交易,就可以很简单地提供一个发生顺序。如果想避免中心化机构存在,就需要公开系统中的所有交易,每个节点都只接受自己首先收到的交易,通过拒绝第二次使用相同输入的交易给出自己的判断,收款人要确保的就是整个系统中多数节点都给出了自己想要的交易顺序。

比特币白皮书中提出了区块结构。区块是一个类似交易结构的存

在,节点可以将一组交易以默克勒树的形式进行打包,并附加时间戳形成一个区块,同样通过SHA256函数可以形成区块的ID。如果在后续的区块中包含上一个区块的ID,那么所有的区块都可以通过前后关系串联,这样其中的所有交易也跟随区块的生成时间产生了先后关系。

这样的结构形成后,交易组成区块,区块前后连接,就形成了一时间戳服务器(比特币白皮书中的定义),但是节点自身形成的这个区块链条仅仅代表了自己对收到交易先后顺序的判断,要想争取到更多节点的支持,就要把自己生成的区块广播到网络中。如果所有节点在收到一个区块时都按照统一的规则进行接收,如不一致的交易顺序要受区块指定,自己生成区块的工作向上附加面不是尝试推翻,那么全网就只需要一条大家认可的区块链条,也就是说,全网对于交易的发生顺序有了一个固定的标准。而且,随着时间的推移,区块链中老的区块的变更成本会越来越高,这就促使了老的区块的自我加强。

激励

当一个用户需要支付比特币时,系统生成一笔交易并发送到网络

中,等待接收到它的节点将这个交易附加到区块链条中。对接收方来说,首先要检查交易是否通过合法性校验发送到了网络中,其次要等待全网区块链中出现了这笔交易,确认交易出现后就可以认为在自己接收的时候没有发生双花行为,从而确定交易确实成立。

因为区块的生成和发布是需要消耗资源的,为了激励节点来开启这项工作,每个区块的第一笔交易都将会产生一枚区块创造者拥有的新的电子货币。这种方式既能激励节点参与区块的生成,也提供了向系统中注入数字货币的机制。另外,在发送交易时,系统要求交易输入中的金额必须大于输出中的金额,中间的差额可以被生成区块的节点发送到自己的地址中。只要比特币的币值有吸引力,节点就会参与区块的生成来领取这部分激励。同时,如果正向的激励大于破坏的收入,那么也会鼓励节点维护而不是破坏整个系统。

那今天就和大家分享到这，感谢艾场，感谢链游玩家，感谢优贝迪联名播出，谢谢，我们下期见！

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本文来源：艾场fieldchain
原文标题：链游说第三十五期：水到渠成的区块链

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编译者/作者：艾场fieldchain

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