比特币是如何工作的？

想了解区块链

必须要知道比特币是怎么工作的吗？没错一切区块链设计想法的源头都来自比特币

比特币也是区块链中应用最广的，细致了解比特币后，弄懂其他区块链的速度就很快。

比特币的目标，是打造一个谁都不能篡改的账 本。这个账本在网络中由每个节点保存一份， 只要联网，大家就会保持同步更新。比如我现在要给小哥哥发50BTC,我的比特币客户端软件会做3件事一一

①“客服小姐姐给小哥哥50BTC”当作（原始信息），对它做一次SHA-256运算，得到（原哈希值）

②用私钥给（原哈希值）上锁，得到（密哈希）

③把（原始信息）+公钥+ （密哈希），这3 项广播到网络中去。

这几句话可能你已经跟不上了，陌生词比较多，什么SHA256,什么私钥、公钥的。我们挨个来解释。

什么叫SHA256运算呢？

它的计算结果是一个256位的二进制字符串。你不用管它具体是怎么计算的，只要知道，不论什么东西用它算完，都能生成一个唯一的 256位的二进制数。一个空格也好，还是一部电影的数据，结果都是唯一的一串唯一的二进制数。而且它还有一个好处：只有这串数字的话，是没法倒推出原始信息的。就像图书馆每本书都有一个条形码，我们没法从条形码知道书的内容，但我们可以从条形码的差异分辨出是不是同一本书那样。所以SHA256函数就特别方便对比2条信息知否一致。比如，我要给小哥哥汇BTC,交易信息发出去，再附上这条信息的SHA256函数值。别人收到交易信息就能验证，汇钱的内容是不是被改动过。他只要把交易信息用SHA256函数算一下，再和我附上的SHA256函数值对比一 下，如果相等，就说明没有被改过。

“私钥”和“公钥”

这是加密技术出现两千年后的一次飞跃。

从前的加密技术是这样运转的，比如我要给小哥哥发“520”，我怕别人知道我们关系特殊，所以在每一位上做一个“+2”的处理，520 就变成了742,谁看到742也想不出我们关系特殊。小哥哥收到742之后，按我们之前约定过的，把“2”反作用于742,每一位都减去2, 就得到了520。在这个过程中，"2”就叫做钥 匙，又因为加密和解密都用的是它，所以叫 “对称钥匙”。长久以来，加密方法层出不穷，但钥匙却是保密的最大弱点。因为钥匙至少需要单独传递， 比如打电话、写信，或者趴耳边说，反正是需要单独的过程传递。只要这个过程被截获，加密法再复杂都白搭。但是在1978年，新的钥匙技术出现了，叫做 “非对称钥匙”。也就是说，加密和解密用的不是同一把钥匙，其中任选一把加密的话，另一把钥匙就可以解密。

具体来说是这样一一两把钥匙，我们任选其中一把，永远保留在自己手里谁也不告诉，叫做 “私钥”，另一把钥匙呢，必须公开给大家，谁都可以看见，叫做''公钥”。公钥-私钥是通过一种很巧妙的、不可逆的数学计算，关联成对儿的。

公钥-私钥怎么用呢？

比如，任何人要给我发加密消息，只要从黄页中查到我的公钥，然后用公钥把消息加密后发给我就行了。我收到 这条密文，用我自己的私钥套就可以解开。整个过程没传递过任何钥匙，加密解密却完成了，所以安全性大幅提高。

公钥-私钥系统，不光能完成加密解密

还能完成另一个更有用的功能一一签名

我们现实生活里使用手写签名，是因为笔体很难造假。但电子信息中，谁都可以敲出“小哥哥”，怎么确认一条支付信息是经由我确认的呢？很简单，只要把公钥-私钥反着用就可以了。正着用的逻辑是，谁要给我发消息，请用公钥加密，我收到后用私钥解开。而签名功能是反着当我要向别人证明一条信息是我本人发出的，我先用自己的私钥给信息加密，再把加密后的内容广播出去。别人怎么能确定这条消息一定来自于我呢？其实只要是用我的公钥去解一下就行了。如果解开了， 就说明当初这条加密信息是用这把公钥对应的私钥加的密。而谁有小哥哥的私钥呢，这世界上只有我自己有。所以，就能证明这条消息是从我这里发出的。

总结一下

SHA256函数运算的作用，是为了确认原文是否被改动过；公钥-私钥，是用来确认交易信息签名的。让我们回到刚刚支付比特币的过程。首先，我的客户端软件要把（客服小姐姐给小哥哥50BTC）这个原始信息公布出去。这很好理解，因为这是交易的细节。除此之外，还要把我的公钥公布出 去，这是为了之后让别人验证签名用的。最后还需要公布用我自己私钥加密过的原始信息的哈希值，也就是SHA256函数的值）。当这3部分消息广播到比特币网络后，马上就 会有其他比特币参与者帮我验证。这些人就是我们俗称的“矿工”。矿工用客户端软件做验证工作。

矿工验证什么？

首先把我发的原始信息（客服小姐姐给小哥哥50BTC）做SHA256的运算，得到一个原始信息的哈希值。求这个哈希值的目的，是要和收到的那个 “被我的私钥加密过后的原始信息哈希值”做对比，看看一致不一致，只有一致才能证明交易信息没被篡改过。但这个“被我的私钥加密过后的原始信息哈希值”是加过密的，没法直接和原始信息的哈希值对比，所以必须先解密。你可能要问，为什么非要先加密后解密再对比呢？直接比不行吗？还真不行。因为直接比只能判断原始信息有没有被篡改过，但这份原始信息可不一定是我认可的。如果谁都可以写出一堆“客服小姐姐给小哥哥50BTC”的原始信息，这不乱套了嘛。所以一定先用私钥对它加密，如果之后还能用公钥解开，就说明这里包含的加密信息是我授权认可的，并且支付内容没有一个字的篡改。

经过这一番确认，这条交易就算是合格了。

而矿工要验证一千条左右的交易信息，把它们按一定格式打包，这个数据包就叫做“区块”。这个区块就有可能成为区块链这条链上的最新的区块，被挂在末尾。但是我们知道，物理位置不同，搜罗到的交易信息也不同。所以世界各地的矿工即便都正确打包好一千条交易信息，形成了新的区块，但它们做好的区块里的内容可是千差万别的。而谁有资格把自己制作的区块放在主链的末尾呢？这个裁断是由一项额外的比拼决定的，就是所有矿工都需要做一份看起来没什么意义的工作 一一把他打包好的这个区块整体看作一个字符串，在这个字符串的末尾添加一个随机数，所以这个区块的整体就变成了一个更大的随机数，然后对这个更大的随机数做SHA256运算。刚才说了，SHA256运算的结果是一个长度为 256位的二进制数。这个额外的工作要求是，谁最先在运算结果中出现一个前72位都为零的二进制数，谁制作的区块就有资格最终挂在主链的最后一个。我们可以想象一下，要做到这一点得有多幸运。

基本上需要整个比特币网络所有的算力加在一起，大约10分钟，才会诞生这么一个幸运者。凡是成功提交这个区块的人，系统奖励他 50BTC。但这个奖励可不是一成不变的，每往后推进21万个块，奖励就会减半，变成25、12.5、6.25等等。可以一直这样减下去，直到几乎没有可以减半的时候。总数用等差数列算一下，大约是2100万个比特币。

当然，这只是奖励的一部分，还有一部分来自交易额的提成，大约挖出一个块只有零点几个币的提成。有人会想，计算机性能不断提升，算得越来越快，万一以后全网每几秒钟就出现一个区块怎么办？那不就很难保证一致性了吗？其实很简单，只要把幸运数字的要求从前72个都是零改一下，改成前73个都是零，有需要继续增加就可以了。这样一来，就能一直控制全网总是每10分钟出一个块。

如果有两个人在同一秒钟提交了正确的区块，以谁的为准呢？

没关系，在这10分钟里他们都正确，我们只要再等10分钟就可以了。因为在下一个10分钟里总会有一个分叉是后出现的，一个是先出现的，由于比特币协议中只认可最长链，所以哪个分叉上最早出现了下一个块，那这个分叉就会更长，就会成为今后的主链。而那个分叉上的交易数据，就作为无效数据，所有的币就退回了。

而这个规则，也能解释为什么区块链很难被人 恶意篡改。

因为如果有一个人希望篡改一条交易，比如说把别人给我的1个比特币改为1万个比特币，那他只能把自己区块的内容改掉，然后打包，提交到网络中。而这时，全网所有的矿工都工作在最长的链，没有人知道有个黑客做出了一个新区块。那这个黑客只能期待自己一个人在这条支链上的推进速度，比全网络所有矿工推进主链的速度还要快才行。什么时候他成为了最长链，其他矿工才会按照比特币协议“只认最长链”的规则，在他的后面继续挖矿。而一个人的算力，怎么可能超过全网其他所有人的算力呢？所以说，区块链是很难被恶意篡改的。

我最后还要说一个重要特征，也是链结构中重要的一环，它让比特币当前区块包含了所有历史交易记录的特征。这一点是怎么做到的呢？

笼统的说，一个区块包含2部分，一部分叫头部，一部分是那1000条左右的交易记录。头部中有一个值，是上一个区块所有字符的SHA256函数值。如果你把它认为，那是上一个区块里大约1000 条交易信息的特征，把它们取一个SHA256函数，那就错了。因为上一个区块跟这一个区块，也是同样的结构。主体部分是1000条交易记录，但上一个区块也包含头部，头部记录的又是上上一个区块整体的SHA256函数值。所以这一下，当前区块的头部保存的上一个区块整体的SHA256函数值，不止包含了上上一个区块里的1000条交易，也同样包含了上上上个区块SHA256函数的取值。就这样，循环嵌套可以无穷尽，直到第一个区块。所以当前区块中头部那个SHA256函数值，实际是全部交易历史的特征抽取。根据SHA256函数的特性，抽取出的这个特征值是唯一的，而且是无法倒推的。所以一些比特币钱包软件，可能常年都没打开过，再次开机更新的时候，就可以根据这个特征来确认自己从网上抓取的区块是不是合法的了。

以上就是比特币工作原理

—-

编译者/作者：比特玩家小姐姐

玩币族申明：玩币族作为开放的资讯翻译/分享平台，所提供的所有资讯仅代表作者个人观点，与玩币族平台立场无关，且不构成任何投资理财建议。文章版权归原作者所有。