一、比特币基础知识

1.1 什么是比特币？

比特币是一种革命性的数字货币，由化名中本聪的匿名人士或团体于 2008 年发明。它是世界上第一个加密货币，负责将区块链技术引入金融行业。

与传统货币不同，比特币在分散的计算机网络上运行，允许用户直接进行交易，而不需要银行或政府等中央机构。

在本指南中，我们将仔细研究比特币的工作方式，重点关注比特币区块链、比特币交易和比特币网络等关键要素。

如果您想更多地了解比特币及其作为世界上第一种加密货币的重要性，请务必从我们的指南“什么是比特币？ ”开始。

1.2 比特币关键术语解释

• 区块链：一种数字分类账，可以在多台计算机上以安全透明的方式记录所有加密货币交易。
• 密码学：通过将信息转换为安全格式来保护信息的艺术，只有拥有密钥的人才能读取。
• 挖矿：使用计算机能力解决复杂难题、验证交易并保护加密货币网络安全、赚取数字货币作为奖励的过程。
• 节点：连接到加密货币网络的计算机，用于验证并存储所有交易的副本。
• 公钥和私钥：一种数字安全措施，公开共享公钥以接收交易，私钥保密以授权交易。
• 钱包：存储您的公钥和私钥的数字工具，允许您发送、接收和管理您的加密货币。
• 哈希：由数据生成的唯一字符串，保证区块链交易中数据的完整性和安全性。

二、区块链：比特币的支柱

剥开比特币底层技术的层层，我们来到了区块链。区块链是数字架构的奇迹，它彻底改变了我们在去中心化环境中对数据存储和交易完整性的思考方式。

2.1 区块链如何运作

从最基本的角度来说，区块链可以被视为一串区块。每个块由两个主要组件组成：块头和块体。

这些块有两个主要功能：存储交易列表（在块体内）并通过块头确保区块链的完整性。

块头至关重要，包含确保链安全的元数据，包括称为前一个块的哈希值的唯一标识符。该哈希值充当数字指纹，将每个块与其前一个块直接链接起来。结果，我们得到了一条连续的、牢不可破的区块链——区块链。

2.2 什么是哈希？

哈希就像任何数据的数字指纹。这是一种获取任意数量的信息（无论是单个单词还是整本书）并将其转换为简短、独特代码的方法。

即使对原始数据进行微小的更改，就像“Hello”和“hello”之间的细微差别一样，也会创建完全不同的哈希值。

这种独特性使得哈希对于检查数据是否被篡改以及在区块链等技术中保持信息安全至关重要。

比特币主要采用 SHA-256 哈希函数，它是 SHA-2 家族的成员。我们将在下文中解释

2.3 采矿的作用

挖矿是比特币网络中的一个关键过程，有两个主要目的：创造新的比特币和维护区块链的安全性和完整性。

可以将其视为一场规模庞大的全球猜谜竞赛，矿工们拥有强大的计算资源，试图找出一个特定的数字。第一个找到这个数字的矿工可以向区块链添加一个新的区块，并获得新铸造的比特币和所有交易费用作为奖励。

这种激励措施不仅激励矿工保持网络安全，而且还控制新比特币的创造，模仿从地球开采贵金属的速度。

我们将在本系列中详细介绍挖矿，请持续关注

2.4 为什么区块链如此重要

区块链构成了比特币的基石。它确保每笔交易都被透明记录并保持不受干扰，即使在缺乏集中监督的环境中也能培养信任。

区块链的结构本身及其互连的区块和加密安全性支撑着比特币的完整性和可靠性。

正是区块链的这种铁定性质，使得比特币能够不受中央机构的束缚而运行，确保每笔交易不仅可追溯，而且不可逆转、防篡改。

三、密码学简介

3.1 什么是密码学？

密码学是一门对信息进行编码和解码的科学，以确保信息安全，防止未经授权的访问。从本质上讲，它是将可读数据（明文）转换为加扰格式（密文），只有拥有解码密钥才能理解该格式。

这种古老的做法可以追溯到埃及象形文字，并随着技术的发展而发展。如今，它已成为数字安全的基础，可实现安全的互联网交易、安全的通信以及敏感信息的保护。

密码学使用数学算法来确保数据的机密性、完整性、身份验证和不可否认性，使其成为现代网络安全、比特币等数字货币等的基石。

它在日益在线的世界中保护数字数据和通信的作用怎么强调都不为过，这使得密码学成为计算和更广泛的数字领域的关键领域。

3.2 密码学在比特币运作方式中的作用

密码学是比特币运作的核心，发挥着几个关键作用：

• 安全交易：密码学通过确保只有比特币的所有者才能使用比特币交易来保护比特币交易的安全。这是通过在数字签名方案中使用加密密钥（公钥和私钥）来完成的，该方案在不泄露私钥的情况下证明所有权。
• 创建数字签名：进行比特币交易时，发送者使用其私钥对交易进行签名，创建数字签名。该签名由矿工使用公钥验证，确认交易未被更改，并且确实是所有者发送的。
• 维护区块链：加密技术也用于挖掘过程，矿工解决加密难题（哈希函数）以将新块添加到区块链中。此过程通过使其在计算上无法更改历史交易来保护区块链。
• 确保隐私：虽然比特币交易在区块链上是公开的，但加密技术有助于使相关各方保持匿名。每笔交易都链接到加密地址而不是个人识别信息。

四、比特币的私钥和公钥

比特币安全模型的核心是加密密钥对：公钥（其他人可以向其发送比特币的地址）和私钥（受保护的秘密，仅允许其所有者使用发送给相应公众的比特币）钥匙。

4.1 私钥

私钥是一个随机的 256 位数字。将其视为一个非常长且复杂的密码。

因为它是从大量数字中选择的，所以其他人猜到您的私钥的可能性几乎为零。

私钥用于签署交易，在不泄露密钥本身的情况下证明比特币的所有权，并安全地访问和管理一个人的加密货币资产，确保只有所有者才能发送或使用他们的比特币。

保持此密钥的安全非常重要，因为如果其他人获得了它，他们就可以使用您的比特币。这就是为什么它通常保存在一个非常安全的地方，就像比特币钱包一样，有很多安全层，有时甚至以您可以触摸和看到的方式进行保护，以保证它的安全。

4.2 公钥

公钥就像一个地址，您可以与其他人共享，以便他们可以向您发送比特币。

它是使用单向加密函数通过单向过程从私钥生成的。此函数可以轻松地从私钥创建公钥，但几乎不可能执行相反的操作。我们在这里详细解释这个过程：Advanced Insights into Bitcoin's Technology

您可以使用相同的私钥来创建任意数量的公钥。

五、比特币网络

比特币网络是一个由计算机组成的全球系统，它们协同工作来管理和记录比特币交易。该网络支持比特币的所有操作，从通过挖矿创建新比特币到验证和保护交易。它全天候运行，由矿工和节点运营商组成的去中心化社区维护。

5.1 节点及其功能

节点是连接到比特币网络的单独计算机，它们遵循一组规则并共享信息。它们在保持网络诚实和安全方面发挥着关键作用。每个节点都存储整个区块链的副本，并根据比特币协议检查传入交易的有效性。

这种去中心化的方法确保任何单点故障都不会损害网络。要改变区块链，您需要控制整个网络中 51％ 以上的计算能力，由于网络参与者的庞大和分布式性质，这项任务实际上是不可能的。

5.2 共识机制

共识机制是一个基本原则，它允许去中心化比特币网络中的所有参与者就区块链的当前状态达成一致。

这个过程确保每笔交易都以大多数节点同意的方式进行验证和记录。

比特币使用的共识机制，称为工作量证明（PoW），要求矿工解决复杂的数学难题。

六、比特币交易如何运作？

比特币交易涉及通过一系列步骤将价值从一个钱包转移到另一个钱包，以确保网络的安全性和验证。它通常是这样展开的：

• 交易启动：发送者决定将比特币发送给接收者。他们需要收件人的公共地址（类似于比特币的电子邮件地址）以及他们希望发送的金额。
• 交易创建：发送者使用钱包输入接收者的地址和要发送的比特币金额。然后钱包创建一个交易，该交易本质上是一条消息，表明发送者希望将比特币转移到接收者的地址。
• 签署交易：交易使用发送者的私钥进行签名。该数字签名证明发送者拥有他们希望发送的比特币，而无需泄露私钥。这类似于在传统银行系统中签署支票，但经过安全加密。
• 广播交易：一旦签名，交易就会被广播到比特币网络，由节点接收并在整个网络中传播。这就像向网络宣布发送者希望将比特币转移给接收者。
• 验证和验证：网络上的矿工从内存池中收集交易，并开始通过挖掘来验证和验证它们的过程。这涉及检查数字签名以确保交易是真实的并且发送者有足够的余额来完成交易。
• 挖掘交易：矿工们竞相解决密码难题，这涉及大量的计算工作。第一个解决这个难题的矿工可以将一个交易块（包括发送者发起的交易）添加到区块链中。添加区块的行为可以确认交易并使其不可逆转。
• 交易确认：一旦交易被包含在区块中并添加到区块链中，就被视为已确认。接收者的钱包注意到交易已被确认，并更新余额以反映收到的比特币。

每笔交易都会经过这些步骤，以确保安全、防止欺诈并维护比特币网络的去中心化完整性。通常，一笔交易在收到多个确认后就被认为是安全的，每个确认都代表在包含该交易的区块之后添加到链中的一个附加区块。

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