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贝数区块链科普视频 什么是区块链的加密模型?

12-04 11:09

标签: 区块链 比特币 私钥 科普视频

来源: 贝数区块链

  在之前的科普视频中为大家科普介绍了什么是区块链,如果还没有看过的朋友可以先自行查看。今天深入的再和大家来聊一聊区块链的加密模型。

  在之前一系列的视频中,大家应该也了解到了,区块链是一种去中心化、基于共识机制、密码学、分布式存储的账本。通过一些案例也了解到区块链的账本具有可信任,不易篡改等特性。

  但如果没有现代密码学的发展,区块链是不会出现的。作为区块链的第一个成果,比特币正是基于共享账本和密码学才诞生的。

  每个人的区块链、比特币账本都有一个密码,用更专业的名词来说,这个密码叫做私钥,这个私钥是比特币钱包为每个账本单独生成的。有人会问了,如果持有账本的人太多,会出现两个人私钥一样的情况吗?当然不会了,比特币最多可以生成2的256次方这么多个私钥,所以哪怕银河系的每个行星上都住满了人,每个人都手持一个比特币账本,每个账本的私钥也不会相同。这个私钥是每个人自己才知道的,千万不能告诉别人。如果让别人知道了私钥,无异于将银行账户的密码告诉了别人。

  仅仅有了私钥还不够,想让别人向你的钱包里转账的话,你还需要一个用来进行转账的公开地址,专业术语叫做公钥。公钥就像是银行卡的账户号码。不同的是,银行的账户是银行随机分配给用户的,用户拿到银行卡之后,可以在ATM机上设置新的密码。

  比特币钱包账户恰恰相反,首先是有了私钥,然后根据私钥再生成公钥,而且生成公钥的过程,用户是参与不了的。

公钥是如何产生的呢?这就涉及到了加密学的知识。为了更明白的解释这个问题,我们岔个话题。

  十七世纪,一位法国律师,同时也是一位业余数学家和物理学家。他在阅读一本拉丁文的数学书时,在书的空白处写了一道命题。并宣称找到了一种美妙的证明,可惜空白太小,写不下。此后的三百年里,无数聪明人都试图证明这个定理,可惜都没有成功。可能有人猜到了,这位学者叫做费马,这个命题就是著名的费马大定理 。

  时间到了二十世纪末尾,费马大定理终于被数学家怀尔斯证明了。而怀尔斯所用的数学工具之一就是椭圆曲线。而诞生于二十一世纪之初的比特币和区块链,恰恰是利用了基于椭圆曲线的加密算法,不得不让人感叹历史事件的巧合。

  言归正传,椭圆曲线加密算法有这么一个特性,通过椭圆曲线乘法可以从私钥计算得到公钥,但这是一个不可逆的过程。也就是说,就算有人拿到了公钥,他是无法反向算出对应的私钥是什么的。有了公钥之后,你就可以很方便的将公钥公布出去,这样别人就可以往你的钱包转账了。

  用比特币钱包的密码和账户和我们日常使用的银行卡的差异,刚才我们讲过了。那比特币的交易和我们平常的交易会有不同吗?

  我们知道,银行卡的支付系统是基于账户模型的,每个人都有一个账户,交易就是在账户中做数字的加减法。为了保证账户余额准确,就需要保存他过去的所有交易数据。所以,如果要算账户余额,把之前所有的交易数据做加减法就能算出来了。

  而比特币不是基于账户模型,是引入了输入和输出的概念。

  每笔比特币交易有资金来源,专业术语称为交易输入。也有资金去向,专业术语称为交易输出。所有的资金来源都来自前面一个或者多个交易的输出,就像接水管一样,一个接一个,此出彼入,此入彼出,生生不息,钱就在交易之间流动起来了。也就是说,每一个比特币我们都能通过交易输出追溯到它的起源。

  我们知道,通过银行进行转账,如果银行不收转账手续费,付款方付出的资金会和收款方收到的资金相等。和银行账户类似,一笔比特币的交易输入的比特币金额会小于交易输出的比特币金额,其差值为比特币交易手续费。比特币的输出有一个特别之处,一旦一个输出被创建出来,那么这个输出就只能一次性都花出去。

  听到这里,就会有人问了,假如A有10个比特币,但是只想将1个比特币转给B,是不是就没有办法?当然不是了,在这笔交易中,比特币钱包会自动创建两个输出,一个输出是给收款人B转1个比特币,另一个输出是给A自己转9个比特币,这里忽略了交易手续费。如果下次再交易的话,A的交易就是9个比特币的输入了,而B的交易就会是1个比特币的输入。以此类推,这个过程就好比记账一样,每个账目都有源头和去处,保证了账目的清晰和准确。

  说个更直白的例子,比特币的交易类似于现实世界中直接用支票进行交易。假如A写给B一张100元的支票,其中A是输入,B是输出。当B需要给C付50元时,B不是去银行兑现支票然后付款给C,而是直接写两张新的支票,一张50元给C,一张50元给自己,再将原来100元的支票作废,即完成一次非基于账户模型的支付。 

  比特币的这种账户模型被称为UTXO模型,即只记录未花费的比特币输出。采用这种模型的话,在验证一笔交易是否有效时,效率要快很多。比如要验证某人确实有10个没有被花费掉的比特币,只需要核查他在账本上最近一次的交易记录,而不需要从账本建立之初的交易开始核查。

  比特币的私钥和公钥,以及比特币的交易机制,保证了比特币可以在不同人之间进行流通。

  而为了存储每笔交易的信息,比特币在存储方面又做了哪些工作呢?我将在下一期视频中为大家详解。

  关注贝数区块链官方微博(微信ID:shuliancj ),进社群和我一起从小白变大神。

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