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本文作者:admin1 2019-11-30 20:18
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  区块链技术与应用讲解 --科技让信任变简单 1.1 背景 – 先讲比特币(Bitcoin/BTC) 疯狂的比特币 比特币价格 从诞生时的一美 元兑换1300比 特币,到峰值时 1100美元兑换1 个比特币。 什么是比特 币? 什么是区块 链? 2 比单特位币:价美格元单 位:美元 1400 比特币每年价格变化 1200 1000 800 600 400 200 0 1151 934.21 759.01 525.41 453.95 450.79 368.38 293.67 272.36 0 000.4.0960.36.053581.54.462.63311839.4.585 176.5 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 最高价 最低价 平均价 1.1 背景 – 比特币大事记 中本聪发表论文《比特币:种点对点的电子现 金系统》 比特币历史上第一笔交易:佛罗里达程序员 LaszloHanyecz用1万个比特币购买了价值25美 元的披萨 比特币产量第一次减半 200810-31 20105-22 201211-28 比特币交易平台火币网上比特币价格达到峰 2013- 值8000元/个 11 当时全球最大的比特币交易平台Mt.Gox 宣称85万 201 个比特币被盗,随后破产 4-2 戴尔、美国卫星电视巨头Dish Network、电子商 201 务巨头新蛋网等接受比特币支付 4-7 Coinbase成为美国首家持牌比特币 201 交易所 5-1 欧盟法院裁定比特币交易免征增值税 201510 中国人民银行在京召开数字货币研讨会或推 201 3 出央行数字货币 6-1 比特币产量第二次减半 201 2009- 比特币创世区块(Genesis Block)诞生,第一 1-3 批比特币被挖出 2011 -6 2013 -8 2013 -12 比特币获得时代周刊和福布斯的关注,开始吸引 主流媒体的目光 德国联邦财政部承认比特币为“记账单位”,和 外汇一样可具有结算功能,但不具备充当法定支 付手段的功能。 五部委联合发布《关于防范比特币风险的通知》, 并禁止第三方支付参与比特币交易 201 4-6 美国加州最终通过AB-129法案,允许使用比特币等 数字货币在加州进行消费 2014- 微软接受比特币支付,比尔盖茨认为令人兴奋 12 201 5-6 纽约州金融服务局(NYDFS)宣布BitLicense许可 证正式生效,纽约成为美国第一个正式推出定制比 特币和数字货币监管的州 2015 2015年度比特币上涨约120%,成为表现亮眼的投 -12 资品 201 日本首次批准数字货币监管法案,并定义比特币为 6-5 财产 1.2 相关概念 P2P 公钥、 私钥 地址 挖矿 算力 4 Peer to Peer,简称p2p,就是点对点的意思。处于p2p网络中的所有节点地位 对等,网络不依赖于一个中心。 比特币的账户体系使用非对称加密算法,其中用到一对秘钥:公钥(publickey) 和私钥(privatekey)。用公钥对数据进行加密后,只有对应的私钥才能解密; 反之如果私钥用于加密,则只有对应的公钥才能解密。在发送比特币时,交易 发起者使用私钥对他的交易申请进行签名,网络上的任何人都可以使用对应的 公钥对这个交易的合法性进行验证。 比特币世界中,通过私钥可以计算得到公钥,公钥再经过一系列哈希及编码运 算就得到地址,地址可以理解为公钥的摘要,由一串字符表示,例如: 16FQCgFD5gBoJvD8kauX9oVoRQhs1NTvb4。地址使公钥更具可读性,类 似于银行账号。 就是比特币生产过程的形象说法。通过大量计算,完成系统要求的的工作量证 明,系统就会奖励一定数量的比特币。 在通过“挖矿”得到比特币的过程中,一个节点每秒钟能做多少次计算,就是 其“算力”的代表,单位写成hash/s,简写 h/s。1 h/s 表示1秒钟能做1次 hash 碰 撞 。 1Kh/s=1000h/s ,41Mh/s=1000Kh/s , 1 Gh/s=1000Mh/s , 1.2 相关概念 矿机 随着挖矿所需算力的不断上升,专门制造出来挖矿的专业设备,就是矿机。 矿池 一般是对外开放的团队开采服务器, 奖励的比特币按算力占比分给矿工,其存在 意义为提升比特币开采稳定性。山寨币和竞争币 我们把没有对比特币进行改进或 创新的,完全模仿比特币的开发出来的虚拟货币称为山寨币。通过借鉴比特比并 有一定程度的改进或创新的,称为竞争币。据统计,现在市场上的山寨币和竞争 币总数多达几百种。 冷钱包 线下钱包,不联网。 热钱包 线上钱包,联网。 市场深度 由所有未成交的买单和卖单构成。是指平台在承受大额交易时币价不出现大幅波 动的能力。市场深度越深表明市场越稳定、365体育越成熟。 5 5 2.1 比特币的产生 货币的演化 ?黄 金 物 ? 贝壳、 金 、 物 交 羽毛、365体育 牲口等 实物货 属 货 换 币 币 白 银 等 贵 金 属 ? 早期 纸 币、 银 纸 币 票、 廉价 金属 货币 ? 纸币 本位 货币 中心 化 电子 货币 ?在线 支付 ?银行 卡 ?Q币 等游 戏币 ?电子 现金 去中 ?比 心化 电子 特 货币 币 商品货币时代 ? 货币价值主要取决 于贵金属的发现和 冶炼 6 信用货币时代 ? 货币本身没有价值 而取决于对发行机 构的信任 6 去中心货币 时代 ? 货币价值取决于 人们对算法、系 统的认可 2.1 比特币的产生 去中心化电子货币 比特币之前电子货币的尝试都没有克服中心化的问题,这类系统都内生性地受制于“基于信用模式”的 弱点。中心化货币由于货币主体单一,容易出现通货膨胀、经济周期性波动等缺陷,并且存在使用地区 局限的问题。 去中心化电子货币的特点: ? 没有发行主体,不通过中央银行或第三方机构发行和交易 ? 货币发行和系统安全基于数学原理 ? 依托互联网可以全球范围内使用 以比特币和Q币为例的去中心化电子货币与中心化电子货币的对 比 定义 目前使用范围 是否依赖中心 发行数量 基于 比特币 数字货币 全球 不依赖 2100万 密码学 由腾讯公司负责发行、 Q币 游戏币 腾讯所有游戏、业务 依赖 监管和 信用 调控,没有上限 比特7 币是最早的去中心化电子货币,虽然受比特币启发后来出现了多种竞争者,但比特币在全球的被认可 程度仍然遥遥领先。 7 2.2 比特币的产生 比特币的产生 第一次以论文的形式提出(纽约时间 2B0i0tc8o.1i0n.:31A)P:eer-to-Peer Electronic Cash System (比特币:一种点对点电子现金系 统) 发明人 Satoshi Nakamot o (中本 聪) 8 论文解决了无监管网 络世界 里的两个实际问题 · 货币伪造问题 · 双重支付问题 8 2.2 比特币的产生 第一批比特币的产生 9 9 2.2 比特币的产生 比特币的节点分布 比特币节点在欧美等发达国家节点分布非常广泛,说明比特币在这些国家的生命力非常强,除 此之外在经济较发达的城市也存在较多比特币节点。 1数0据来源:节点分布 10 2.3 比特币的产生 比特币系统 区块 链: 第一个区块 区块ID 上个区块ID 区 块: 区块ID 交易1, 交易2, 交易3… 交易n 上个区块ID 其他信息 11 第二个区块 区块ID 上个区块ID 第三个区块 区块ID 上个区块ID 交易: 交易ID 资金来源1:我挖矿所得50btc的交 易ID 资金来源2:张三给我100btc的交易 ID 资金来源3:李四给我50btc的交易 ID 资金去向:壹基金捐助账号ID 金额: 200btc 我的签名 11 ? 比特币的底层是区块链技术,区块链可以 形象的理解为去中心化的分布式账本,该 账本由很多区块组成。 ? 每10分钟左右一个新的区块被创建出来, 加到区块链的尾端。新的区块记录了这10 分钟内发生的所有交易,目前比特币系统 稳定运行了7年多,积累了40多万个区块。 ? 交易记录一笔交易的具体信息。包括付款 人地址,收款人地址 ,付款金额,付款人 签字,收款人公钥、付款人资金来源交易 该ID系等统。的主要特点: ? 使用一个P2P(点对点)网络 ? 不需要货币发行机构,不需要受信任的 第三方 ? 用户可匿名使用 ? 新货币通过工作量证明机制产生。 ? 系统的共识机制可以有效防止双重支付 的发生。 2.3 比特币的产生 区块与比特币 ? 区块的创建 ? 在比特币行业里,区块创建的过程我们俗称为挖矿。 ? 每个人都可以创建区块。区块的创建是通过竞争计算完成的。上一个区块创建出来之后,系统会给 出一个数A。所有人就开始创建新的区块,记录实时发生的交易,同时玩一个密码学游戏——哈希。 哈希的特点是:可以根据任意一段数据计算出一个固定长度的值,此计算结果相当随机,无法预知 大小。大家不停的计算区块的哈希值(根据以下数据计算:一个随机数、上一个区块的哈希值以及 十分钟内验证过的交易),谁先算出来一个小于A的哈希值谁就在游戏中获胜。系统会将获胜的人 创建的区块链接到区块链上。 ? 比特币世界中,系统算法决定每10分钟左右产生一个区块。如果一段时间内区块产生的平均时间超 ? 币过度系1(0数分比越钟高特,。算币这法样/会B就降i保t低c证游o了戏in比难/特度B币T;的C反发之)行,的速算度由法。会来提高游戏难度。数A决定计算难度,A越小计算难 ? 谁创建区块,就给谁币!一个区块被创建后,系统就会奖励给创建者一定数量的比特币。这笔由 系统奖励创建者的交易就被区块记录在第一条交易单中,称为coinbase交易。 ? 比特币世界里没有独立的“币”,每个账户的余额体现为交易链条上的输出,而所有的的输出都 可以追溯到第一条coinbase交易。 12? 创建一个区块,系统奖励多少币呢?刚开始,创建一个区块有50btc;产生到第21万个区块之后, 奖励降为25btc;第42万个区块创建后,奖励降为12.5btc……可理解为奖励每4年减半。 3 区块链原理 区块链 区块链是一个分布式账本,一种通过去中心化、去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术 方案。 Block:101 Block:102 构成不可逆的 链条 上一区块哈希值 上一区块哈希值 本区块哈希值 挖矿随机数 难度 本区块哈希值 挖矿随机数 难度 挖矿就是找这 个数字 时间戳 交易的TreeHash 13 时间戳 交易的TreeHash 13 时间有序 “币”以交 易记录形式 存在 只有主人用 私钥签名后 ,才能花掉 它。 3 区块链原理 Bitcoin的组网结构 14 每个用户节 点都维护有 账本,某个 节点的恶意 篡改,不能 得到其余节 点的认同。 1.产生新的交易 2.挖矿,验证交易 每个用户节 点都可以自 由加入网络 ,完全分布 式的P2P网 络 14 3.扩散验证后的交易(Block) 3 区块链原理 Bitcoin的交易过程 第一步 第二步 第三步 所有者A利用他的私钥对前一次交易(比特货来源)和下一位所有者B签署一个 数字签名,并将这个签名附加在这枚货币的末尾,制作出交易单。此时。B是以 公钥作为接收方地址。 A将交易单广播至全网,比特币就发送给了B,每个节点都将收到交易信息纳入 一个区块中 此时,对B而言,该枚比特币会即时显示在比特币钱包中,但直到 区块确认成功后才可以使用。目前一笔比特币从支付到最终确认成功,得到6个 区块确认之后才能真正的确认到账。 第四步 每个节点通过解一道数学难题,从而去获得创建新区块的权利,并争取得到比 特币的奖励(新比特币会在此过程中产生) 此时节点反复尝试寻找一个数值, 使 得 将 该 数 值 、 区 块 链 中 最 后 一 个 区 块 的 Hash 值 以 及 交 易 单 三 部 分 送 入 SHA256算法后能计算出散列值X(256位)满足一定条件(比如前20位均为 0),即找到数学难题的解。由此可见,答案并不唯一。 第五步 15 当一个节点找到解时,它就向全国广播该区块记录的所有盖时间戳交易,并由 全网其他节点核对。 此时时间戳用来证实特定区块必然于某特定时间是的确存 在的。比特币网络采用从5个以上15 节点获取时间,然后取中间值的方式成为时间 戳。 3 区块链的原理 区块链特点 ? 开放,共识 任何人都可以参与到区块链网络,每一台设备都能作为一个节点,每个节点都允许获得 一份完整的数据库拷贝。节点间基于一套共识机制,通过竞争计算共同维护整个区块链。任一节点失 败,其余节点人能正常工作。365体育 ? 去中心化,去信任 区块链由众多节点共同组成一个端到端的网络,不存在中心化的设备和管理机 构。节点之间数据交换通过数字签名技术进行验证,无需互相信任,只要按照系统既定的规则进行, 节点之间不能也无法欺骗其他节点。 ? 交易透明,双方匿名 区块链的运行规则是公开透明的,所有的数据信息也是公开的,因此每一笔交 易都对所有节点可见。由于节点与节点之间是去信任的,因此节点之间无需公开身份,每个参与的节 点都是匿名的。 区? 块不链可篡分改类,可追溯 单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库,除非能控制整个 网络中心超过51%的节点同时修改,这几乎是不可能发生的。区块链中的每一笔交易都通过密码学方 ? 法公与有相链邻的两无个官区方块组串织联及,管因理此机可构以,追无溯中到心任服何务一器笔,交参易与的的前节世点今按生照。系统规则自由接入网络,不受控 制,节点间基于共识机制开展工作。 ? 私有链 简历在某个企业内部,系统的运作规则根据企业要求进行设定,修改甚至是读取权限仅限于 少数节点,同时仍保留着区块链的真实性和部分去中心化的特征。 ? 联盟链 由若干机构联合发起,介于公有链和私有链之间,兼具部分去中心化的特征。 16

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