一篇文章看懂比特币网络运行原理及区块链应用前景

原标题：一篇看懂比特币网络运行原理及区块链应用前景

从资产所有权和防止交易信息造假的角度对比特币网络背后的运行逻辑进行通俗解读。

原标题：《一文看透比特币网络背后的运行逻辑|万向区块链小课堂》作者：万向区块链

很多人都知道区块链的入口通道和区块链应用的鼻祖——比特币网络。 相信很多小伙伴都不陌生。 但是你真的了解比特币网络在幕后是如何运作的吗？ 比特币系统不属于任何一个人或任何公司/组织，也没有员工、老板和股东来维持其运作。 也就是说，比特币系统不受任何人控制。 那么为什么全球有那么多的节点和参与者信任它呢？ 如何防止比特币被非法复制？

本次万向区块链小课堂将系统介绍比特币的工作原理，以及比特币的底层技术——区块链超越数字货币的商业应用潜力，保证“说人话”，简明扼要，通俗易懂，真心诚意请大家细细品味~

像银行这样缺少管理中心的交易系统通常面临以下三大挑战：

然而，比特币可以在没有金融机构等第三方管理中介的情况下应对这三个挑战。 通过了解比特币如何应对这三个挑战，就很自然地了解比特币的运作方式。 让我们仔细看看比特币是如何克服这三大困难的。

挑战一：资产确认

当有人向比特币区块链发布交易记录时，你如何确定这笔交易确实是由比特币的所有者发起的，而不是有意伪造的骗子？ 这需要计算机加密。

非对称加密

比特币采用非对称加密技术，需要一对密钥。 用一个密钥加密的数据可以用另一个密钥解密。 在使用过程中，将一个密钥公开，即公钥，另一个非公钥成为对应的私钥（公钥类似于网上的账号，私钥类似于登录密码）。

如何使用这对密钥发送信息呢？ 如果《银河护卫队》中的星爵想给格鲁特发一条消息说“你好，格鲁特”，但又想确保超级反派灭霸看不到它会怎样？ 我们可以让格鲁特创建一对密钥，将公钥交给星爵，私钥自己保管。 星爵可以用公钥加密信息，加密后的信息看起来像乱码。 只有格鲁特用私钥解密后，他才能知道星爵说了什么。

电子签名

比特币也反向使用这对密钥来验证数据创建者的身份，将密钥视为用户的数字签名。 我们还是请银河护卫队帮忙解读这一幕。 假设格鲁特想给星爵发一条消息说“我是格鲁特”比特币能干啥，但星爵如何确定消息真的来自格鲁特而不是其他冒充格鲁特的人？ 格鲁特可以用私钥加密这条消息，星爵收到消息后可以用对应的公钥解密消息，然后就可以读到消息“我是格鲁特”。 而且，由于公私钥对应关系的唯一性，星爵可以用公钥成功解密消息，证明消息确实是私钥持有者Groot发送的，否则就不可能星爵解锁消息。

挑战二：防止交易信息造假

如果一个月前有人进行了一笔比特币交易，现在后悔了，想悄悄撤回这笔交易，而比特币的去中心化系统又缺乏权威管理者，这样的信息造假阴谋怎么可能得逞？ 羊毛布？ 这将使用哈希算法。

哈希算法

哈希算法可用于验证数据的真实性。 任何信息都可以用哈希函数计算得到哈希值，但是原始信息的任何变化都会使得到的哈希值完全不同。

假设星爵想将一串数字“12345”传递给格鲁特，但又担心被灭霸拦截，篡改信息。 他可以算出这串数字的哈希值：FE100DDA6D28B2280B34FC228ADAB42E，然后把这串数字和他的哈希值同时传给Groot。 得到这串数字后，格鲁特还进行了哈希运算，看得到的哈希值是否和星爵告诉他的一致。 如果一致，则说明格鲁特和星爵拥有的原始号码相同，这串号码在传输过程中没有被篡改或损坏。 如果灭霸悄悄介入数字传输过程，把原来的数字串改成“12346”，再把错误的数字传给格鲁特，格鲁特计算出的哈希值就是：1761420899A8F0B731A2EE56A6F71567，星爵给他的数据如果是完全不同，自然会发现数据被篡改了。

区块链联锁

在比特币中，固定时间段内的交易被打包成一个区块。 每个块存储前一个块的哈希值。 这些区块通过哈希值来回连接，形成链式结构，通常被称为区块链。

下图中的三个块记录了交易1到交易9的信息。

如果第一个区块中的交易3被删除，第二个区块中的哈希值会发生变化，证明第一个区块中的交易信息被篡改了。

能否尝试修改第二个区块，使其存储的哈希值与第一个区块被篡改后的信息相对应？ 这也行不通。 因为修改了第二个区块中的信息后，第三个区块中的哈希值无法对应到第二个区块中的信息，所以人们一眼就能知道第二个区块被篡改了。

可见区块链上的信息是不可篡改的。 随机更改一个块中的信息将导致它与下一个块中的哈希值相矛盾。 只有将每个区块中的信息逐一修改后比特币能干啥，才能覆盖初始的信息篡改动作，这样原区块链中的信息就会被彻底改变，相当于创建了一条新链。

挑战三：判断交易记录的可靠性和权威性

假设真的有人篡改了每个区块中的信息，创造了一条新链，我们应该选择相信新链还是旧链？ 我们如何确定两者的可靠性和权威性？

工作证明

这需要工作证明。 计算机会将上面提到的哈希值转换成一串“0”和“1”的数字：

0010111011110100000001000001101010010010001011101111100001001010

我们可以规定只有哈希值以0开头的区块才能上传到链上，这样就有50%的概率得到符合要求的区块。

0XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

同理，如果我们规定只有哈希值以“00”开头的区块才能上传到链上，则概率为25%。

00XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

如果规定哈希值必须以32个“0”开头的区块才能上传到链上，那么概率只有40亿分之一左右。

000000000000000000000000000000000XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

比特币区块链也制定了这样的规定。 但是链上每个区块的哈希值都是恒定的，如何保证在输入固定信息的情况下，能够得到一个合规的哈希值呢？ 这需要向每个块随机添加任何值，也称为“随机数”。

在执行哈希运算时，随机数与块中的数据结合在一起。 比特币区块链中全世界的计算机都必须从大量的随机数中找出可以与现有区块结合的随机数，计算出从特定数字“0”开始的哈希值，从而使该区块可以链。 这个寻找随机数的过程就是工作证明。

这个过程消耗了大量的计算能力，完成时间也很难估计。 在比特币区块链中，平均每 10 分钟产生一个新区块。 但是，由于区块链的整体算力水平一直在不断提高，为了增加寻找随机数的难度，比特币区块链也在增加指定哈希值开头的“0”的个数。

最长链原理

工作量证明规则有效地限制了新区块的产生速度，区块更多、长度更长的链将持续更长时间。 因此，个人不可能制造出比官方比特币区块链更长的链，除非该人的计算能力超过系统中其他所有人的总和。

基于以上原因，当系统中有多条链时，比特币用户只认可区块数量最多、存在时间最长的链，并认为这条链上的信息是权威可靠的。

区块链潜在应用场景

除了比特币，区块链还有哪些应用前景？

以上我们从3个方面简要说明了比特币区块链的工作原理：

由此可见，比特币是一个所有人都可以信任的去中心化账本。 但是，除了记录货币交易信息之外，这个账本还可以记录其他各种信息，这样其他机构也可以实现去中心化的信息共享。 目前已应用于以下领域。

防止产品假冒：制造商可以在每件产品上贴上二维码，并将二维码编号记录在区块链中，可以记录产品的流通信息，帮助消费者追踪产品是否来自可靠来源。 厂家，是否正品。 目前，医药生产行业的造假情况越来越严重，危害着患者的健康，迫切需要这样的区块链解决方案。

防止物流信息造假：许多拥有庞大而复杂的供应链的公司也面临着信息造假的问题。 他们可以通过建立私有链来跟踪供应商的物流信息。 私有链的所有者有权决定区块链的参与者，供应链中的中央企业可以为私有链中的每个供应商设置不同的权限。 对于货物从小型供应商到中型供应商再到大型供应商最后到生产商的多级供应链，区块链可以帮助优化整个流程的管理。 在这种多层次的供应链中，小供应商一方稍有失误就会给制造商造成损失，但区块链技术可以让整个过程中的信息公开透明，让所有参与方都能发现问题并解决问题及时。 万向区块链的供应链金融服务平台就是一个典型的应用案例。

促进协同合作：车险理赔通常需要多家保险公司共享数据，协同解决。 使用区块链来管理相关信息和数据，可以让这些保险公司信任链上数据和信息的真实性，而不需要人力去检查和验证数据和信息，从而降低保险公司的人力成本，提高效率理赔处理，提高车主满意度。

区块链业务的挑战和机遇

近年来，区块链的概念被炒作得非常火热，其中不乏夸张的成分。 企业最关键的是要考虑自己是否有能力用好区块链。

此外，谁来为区块链的投资买单也是一个问题。 企业肯定会有这样的顾虑：我为什么要花钱建设区块链，以便与业内其他公司合作共赢？ 钱是我花的，收益却是大家共享的。 这体现了私有链和联盟链的优势。 花钱建设私有链或联盟链的一方，有权管理区块链，确保其利益最大化。

尽管困难重重，但区块链蕴含的商业价值还是非常可观的。 区块链的特点是让互不信任的人或公司甚至竞争对手之间可以放心地交换信息。 因此，需要找出业务中信息交换不畅造成的问题，对症下药，利用区块链解决，让所有参与者各取所需，实现多方利益最大化。

参考文章

比特币区块链解释

来源链接：mp.weixin.qq.com