001-Bitcoin比特币和BlockChain区块链技术

1. 比特币历史

2008 年 10 月 31 日，一个网名叫中本聪（英文翻译过来滴）的家伙发布比特币唯一的白皮书：《Bitcoin：A Peer-to-PeerElectronic Cash System/比特币：一种点对点的电子现金系统》，拉开了比特币的序幕。

2009 年 1 月 3 日，中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上挖出了第一批 50 个比特币，并记录下当天泰晤士报的头版标题：“ The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink ofsecond bailout for banks ”。

2010 年 5 月 21 日，第一次比特币交易：佛罗里达程序员 Laszlo Hanyecz 用 1 万 BTC 购买了价值 25 美元的披萨优惠券。这是比特币的首个兑换汇率：1: 0.0025 美金。

2010 年 7 月 17 日，第一个比特币平台成立。

2011 年，开始出现基于显卡的挖矿设备。2011 年底，汇率约为 2 美元。

2012 年 9 月 27 日，比特币基金创立，此时比特币价格为 12.46 美元。

2012 年 11 月 28 日，比特币产量第一次减半，即每个新区块新币奖励为25个。

2013 年 3 月，1/3 的专业矿工已经采用专用 ASIC 矿机进行挖矿。

2013年 4 月 10 日，BTC （比特币）创下历史最高价，266 美元。

2013 年 6 月 27日，德国会议作出决定：持有比特币一年以上将予以免税，被业内认为此举变相认可了比特币的法律地位，此时比特币价格为 102.24 美元。

2013 年 10 月，世界第一台可以兑换比特币的 ATM 在加拿大上线。

2013 年 11 月 29 日，比特币的交易价格创下 1242 美元的历史新高，而同时黄金价格为一盎司 1241.98 美元，比特币价格首度超过黄金。

2014 年 2 月，全球最大比特币交易平台 Mt.Gox 宣告因 85 万个比特币被盗而破产并关闭，造成大量投资者的损失，比特币价格一度暴跌。

2014 年 3 月，中国第一台可以兑换比特币的 ATM 在香港上线。

2014 年 6 月，美国加州通过 AB-129 法案，允许比特币等数字货币在加州进行流通。

2015 年 6 月，纽约成为美国第一个正式进行数字货币监管的州。

2015 年 10 月，欧盟法院裁定比特币交易免征增值税。

2016 年 1 月，中国人民银行在京召开了数字货币研讨会，会后发布公告宣称或推出数字货币。

2016 年 7 月 9 日，比特币产量第二次减半，即每个新区块新币奖励为12.5个。

2017年2月4日，比特币价格为1008美元/枚。

查看比特币：实时价格

2. 区块链与比特币的关系

中本聪开发了一个开源区块链技术系统。 根据系统规则，他通过解决数学问题创建了第一个区块，并在这个区块中拥有记账权。 这个区块叫做Genesis Block，作为创建区块的奖励，他得到50个比特币和区块中包含的交易的交易手续费奖励。 任何人都可以访问这个区块链系统，每个人都通过解决数学问题来创建一个新的区块。 区块并有记账权，链接到第一个创世区块，然后一个一个向后形成区块链，一旦有人最先解决了问题，就会广播给所有访问者，当成功通过验证后共识，这个新的区块将被创建，并拥有这个区块的记账权，它也会得到奖励——50个比特币和区块中包含的交易的交易手续费奖励，但是比特币奖励大约每 减半4年了，现在只有12.5的奖励。 比特币可以在参与者之间存储和流通。 其总量固定为2100万枚，2140年前后将被挖出。这样形成的网络称为比特币网络。

因为解决一个新问题需要巨大的算力和工作量证明（POW），就像挖矿一样，这些专业的设备被称为矿机（如下图）。

从专业上讲：比特币是一种基于密码学和经济博弈的数字货币。 它是基于数字货币生态系统的概念和技术的集合。 它也是历史上第一个经过长时间大规模测试的数字货币。 系统。 它是区块链技术的衍生产品。 从狭义的区块链来看，区块链是一种链式数据结构，将数据块按时间顺序有序组合，并以密码学方式保证不可变、不可伪造的分布式账本。 从广义上讲，区块链技术是利用区块链数据结构对数据进行验证和存储，利用分布式节点共识算法产生和更新数据，利用密码学保证数据传输和访问的安全，利用自动化脚本来构建新的分布式基础设施和计算通过由代码组成的智能合约来编程和操​​作数据的范例。

3、区块链技术的特点：

去中心化：块数据存储在所有加入系统的计算机中，每台计算机都可以是一个服务器。

可靠性高：由于去中心化，基于点对点网络比特币是公有链还是私有链，只要区块链网络中有一台计算机正常工作，服务就不会中断，因此可靠性高。

安全性：主要体现在分布式，51%的攻击，即使49%的节点被攻击或宕机，也不会影响网络的运行。

去信任化：系统中的所有节点都可以在不信任的情况下进行交易，因为数据库和整个系统的运行是公开透明的。 在系统的规则和时间限制内，节点不能互相欺骗。 区块链实际上是解决信任问题的数学方法的产物。

集体维护：系统由所有具有维护功能的节点共同维护，系统内所有人都参与维护工作。

不可变的：一致提交后的数据将永远存在，几乎不会被破坏或修改。

可追溯：区块链任何时期的记录都可追溯。

可靠的数据库：系统中的每个节点都有最新的完整数据库副本。 修改单个节点的数据库是无效的，因为系统会自动比较出现次数最多的相同数据记录是否为真。

数据透明：全网共享账本，每个节点都可以存储一个完整一致的账本，记录全网发生的历史交易记录。

密码学技术：区块链采用哈希算法、非对称加密、数字签名、数字证书等密码学技术。

源代码开源：区块链网络中设定的共识机制和规则可以通过一致的、开源的源代码进行验证。

源自区块链技术的新特性：

作品确权和数字证明：通过时间戳和哈希算法对作品进行确权，证明一段文字、视频、音频等的存在性、真实性和唯一性。

4. 区块链分类

公链：任何人都可以自由加入和退出，如中本聪发起的比特币网络。

联盟链：加入和退出需要联盟授权，比如全球很多公司发起的联盟链。

私有链：权力完全控制在组织内部，例如公司内部使用的私有链。

5.区块与区块链原理与结构：

区块：基本存储单元是一个区块文件，记录区块大小信息、区块头信息、交易计数器、交易明细等，记录一段时间内发生的交易和状态结果。 对国家的共识；

Chain：将每个区块头信息中记录的最后一个合法区块值链接起来，形成一个时间排序的区块链，是整个系统状态变化的日志记录。

区块链（BlockChain）：基本存储单元是一个区块文件，记录了区块大小信息、区块头信息、交易计数器、交易具体内容等，并通过每个区块头信息中记录的前一个合法区块的值进行链接形成一个时间有序的区块链。

交易：引起账本（区块）状态发生变化的操作，比如增加一条记录；

块结构：

区块中的区块头结构：

区块链，区块的链式连接：

6. 比特币网络中新区块的产生：

创建一个新区块，将区块头和nonce（挖矿随机数）哈希（SHA256(SHA256(Version+HashPreBlock + Merkle_root + Timestamp + Bits + Nonce )) ≤ difficulty number）并将得到的哈希值与目标哈希哈希值进行比较(difficulty number) 进行比较，这只能通过一个一个地尝试所有的随机数，直到找到一个产生所需哈希值的随机数，目标值越低，越难找到合适的哈希值的随机数。 如果当前nonce值计算出的哈希值小于目标哈希值，则挖矿成功。 成功后，将新区块发送给其他节点进行共识验证，并继续传播这个区块，然后根据这个区块开始寻找下一个区块。

成功创建新区有两种奖励： 1）创建新区块的比特币奖励（在达到总量之前）。 2) 包含在区块中的交易的交易费用。

每 10 分钟出一个新区块，每个区块大小为 1MB，全网交易速度为每秒 7 笔交易（这相当慢）。 为了交易安全，每笔交易需要等待 6 次可信确认，导致最终确认时间约为 1 小时（由双花问题引起）。

挖矿就是逐一测试nonce值，使区块的哈希值（markle root）不断变化。 只有找到满足目标的值，才能创建块。 具体步骤如下：

7. 区块链发展演化

区块链技术起源于2008年“中本聪”研究员发表的基础论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》。 目前，区块链技术被许多大型机构视为彻底改变企业和机构运营方式的重大突破性技术。 同时，与云计算、大数据、物联网等新一代信息技术一样，区块链技术也不是单一的信息技术，而是依托现有技术进行原始组合和创新，实现以前无法实现的功能。 迄今为止，区块链技术大致经历了三个发展阶段，如下图所示：

1）技术起源

P2P网络：是一种连接区块链系统中点对点节点的网络技术，即“点对点”或“点对点”网络，是建立在互联网上的连接网络. 比如P2P下载技术等，下图左边是P2P网络，右边是中心化网络。

加密：区块链使用非对称加密的公钥和私钥对在节点之间建立信任。 非对称加密是指使用公钥和私钥对数据存储和传输进行加密和解密。 公钥可以公开发布，供发送方用来加密要发送的信息，私钥供接收方用来解密接收到的加密内容。 公私钥对计算时间较长，主要用于加密较少的数据。 常用的非对称加密算法有RSA和ECC。

数据库技术：在区块链系统建设方面，传统关系型数据库和分布式键值数据均适用。

电子现金（Ecash）：又称数字货币（Digital money）或电子货币（Emoney），被视为真实货币的模拟，涉及用户、商户和中心化银行或第三方支付机构，如支付宝。

2）区块链1.0-数字货币是一种与转账、汇款、数字支付相关的加密货币应用。

2009 年 1 月 3 日，比特币网络正式上线。 作为一种虚拟货币系统，比特币的总量受到网络共识协议的限制，任何个人和组织都不能随意修改其供应量和交易记录。 在比特币网络成功运行多年后，一些金融机构开始意识到，支撑比特币运行的底层技术——区块链，其实是一种极其巧妙的分布式共享账本和点对点的价值传输技术，这对金融乃至各行各业都有很大的影响。 对各个行业的潜在影响甚至可能与复式簿记的发明一样大。

从本质上分析，区块链是一种不需要中介参与，也可以在互不信任或弱信任的参与者之间维护一套不可篡改的账本记录的技术。 区块链1.0的技术架构如下：

应用层：计费和转账功能主要由客户端完成。

激励层：

发行机制，以比特币网络为例，目前每10分钟产生一个新区块，每个区块奖励12.5个比特币给矿工，这就是货币发行方式。

分配机制来自于交易手续费。 生成新区块的参与者拥有该区块的记账权。 所有交易都需要向记录区块的参与者支付交易手续费。 如果某笔交易的手续费不足，则拒绝执行。

网络层：P2P网络，又称点对点技术，是一种没有中央服务器，依靠用户群体交换信息的分布式互联网系统。 在分布式系统中，首先遇到的问题就是一致性的保证。 显然，如果一个分布式集群不能保证一致的处理结果，任何建立在其上的业务系统都无法正常工作。 传播机制和验证机制是为了保证分布式系统的正常和一致的工作。

数据层：

数字签名：椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）是使用椭圆曲线模拟数字签名算法（DSA），是区块链系统的基石。

哈希（hash或hash）算法：是信息技术领域中一项非常基础、非常重要的技术。 它可以将任意长度的二进制值（明文）映射到较短的定长二进制值（Hash值），很难将不同的明文映射到同一个Hash值。 MD5是一种经典的哈希算法，它和SHA-1算法都被证明在商业场景中使用安全性不够。

Merkle 树（也称为哈希树）是由根节点、一组中间节点和一组叶节点组成的二叉树。 最底层的叶子节点包含存储的数据或其哈希值，每个中间节点是其两个子节点内容的哈希值，根节点也是由其两个子节点内容的哈希值组成节点。

非对称加密：非对称加密是现代密码学史上最伟大的发明，它可以很好地解决对称加密所需要的预先分发密钥的问题。 顾名思义，加密密钥和解密密钥是不同的，分别称为公钥和私钥。 公钥一般是公开的，任何人都可以访问，而私钥一般由个人持有，其他人无法获得。 优点是公钥和私钥是分开的，也可以使用不安全的通道。 在区块链系统中，私钥可以推导出公钥，反之则不行。

区块链1.0的典型特征是：

以区块为单位的链式数据区块结构：区块链系统的各个节点通过一定的共识机制选择一个具有记账权限的区块节点。 节点需要将新区块的前一个区块的哈希值、Timestamps、一段时间内发生的有效交易，以及它们的默克尔树根值打包成一个新区块并广播到全网. 由于每个区块都通过密码学证明与前一个区块相连，当区块链达到一定长度后，要修改一个历史区块中的交易内容，就必须对该区块对之前所有区块的交易记录和密码学证明进行重构，才能有效地实现防止篡改。

全网共享账本：在区块链网络中，每个全功能节点都可以存储一个完整、一致的历史交易记录账本，即全网发生的历史交易记录，即对单个节点账本数据的篡改和攻击不会影响全网安全总账。

非对称加密：加密密钥和解密密钥不同，分别称为公钥和私钥。 在典型的区块链网络中，账户体系由公钥和私钥key组成，对应公钥中的资产不能使用。

源代码开源：区块链网络中设定的共识机制和规则可以通过一致的、开源的源代码进行验证。

3）区块链2.0——智能合约是经济、市场和金融应用的基石

最早与区块链相关的概念是比特币的发明者——中本聪，他在论文中提出，自此，区块链从比特币网络中分离出来，成为一种支持分布式记账能力的底层技术，具有去中心化和加密安全性特征。 随着业界开始意识到区块链技术的重要价值，并将其应用于数字货币以外的领域，如分布式身份认证、分布式域名系统、分布式自治组织等，这些应用被称为分布式应用（DAPPs）。 用区块链技术架构从零开始构建一个DAPP是非常困难的，但是不同的DAPP有很多相同的组件。 区块链2.0试图打造共享技术平台，为开发者提供BaaS服务，交易速度大幅提升，资源消耗大幅降低，支持PoW、PoS、DPoS等多种共识算法，让DAPP开发变得轻而易举。 更轻松。

区块链2.0的技术架构如下：

智能合约：是一种事件驱动的、有状态的、多方认可的程序，运行在可信共享的区块链账本上，能够按照预设条件自动处理账本上的资产。 智能合约的优势在于用程序算法代替人为仲裁和执行合约。 其模型如下图所示。

EVM：Ethereum Virtual Machine，以太坊中智能合约的运行环境。 如果是比喻的话比特币是公有链还是私有链，智能合约运行起来更像是一个Java程序。 JAVA程序通过JAVA虚拟机（JVM）将代码解释成字节并执行。 以太坊智能合约通过以太坊虚拟机（EVM）解释成字节码执行。 .

DAPP：Decentralized application，这类应用本质上是去中心化和去信任的。 这些应用程序在运行时由用户行为触发以更改其内部数据。 数据和应用程序代码记录在区块链上。 它本质上是反人工的。

POS：（Proof of Stake）权益证明，典型过程是通过押金（代币、资产、声誉等具有价值属性的物品）对赌一个合法区块成为新的区块，收益为抵押本金利息和交易服务费。 提供证明的保证金越大（例如通过转移货币记录），获得记账权的概率就越大。 合法的簿记员可以得到好处。 PoS 是解决 PoW 中大量资源被浪费的缺点的一种尝试。 恶意参与者将面临存款被没收的风险，即经济利益的损失。

DPOS：(Delegated Proof-of-Stake)Authorized Proof-of-Stake机制，新实现的权益证明机制，可以秒级验证交易，可以在比之前更短的时间内提供权益证明任何现有的权益证明系统都具有更好的安全性。 在比特币网络上产生一个区块后，委托权益证明系统（DPOS）使你的交易得到 20% 的股东的验证，比特币网络宣布交易几乎不可逆转（6 个区块，约1 小时），在 DPOS 机制下，通过其代表，您的交易已得到 100% 股东的验证。

PBFT：（Practical Byzantine Fault Tolerance）拜占庭容错算法。 该算法在保证活跃性和安全性的前提下提供(n-1)/3的容错能力。

区块链2.0的典型特征如下：

智能合约：区块链系统中的应用程序被编码并自动运行业务逻辑，通常带有自己的令牌和专用的开发语言。

DAPP：包含用户界面的应用程序，包括但不限于各种加密货币，例如以太坊钱包。

虚拟机：用于执行智能合约的编译代码。 虚拟机是图灵完备的。

随着区块链技术和应用的不断深入，以智能合约和DAPP为代表的区块链2.0将不仅仅支持各种典型行业应用的架构。 在组织、公司、社团等各种形式的运作背后，或许都能看到区块链这种分布式协作模式的影子。 可以说，区块链必将广泛而深刻地改变人们的生活方式。 区块链技术或将应用于人类活动的规模协调，甚至有人大胆预测，人类社会或将进入区块链时代，即区块链3.0。

8. 区块链常见问题

Q：区块链是谁发明的，安全吗？

答：最早的区块链相关概念是由比特币的发明者中本聪（化名）在一篇论文中提出的。 从此，区块链从比特币网络中分离出来，成为一种支持分布式记账能力的底层技术，具有去中心化和加密安全的特点。

问：区块链和比特币有什么关系？

答：比特币是一种基于区块链技术的数字现金（现金）应用； 2009年上线后，比特币分布式系统应用区块链技术，确保其在自治条件下正常运行。

Q：区块链和分布式数据库有什么关系？

答：两者的定位完全不同。 分布式数据库解决大规模场景下的数据存储问题； 区块链在多方（无需相互信任）之间提供了一套可信的簿记和合同履行机制。

问：区块链有哪些类型？

答：根据参与主体的不同，可以分为公有链、联盟链和私有链。 从功能上看，可以分为以货币交易为主的第一代区块链，以及支持智能合约和链上代码的新一代区块链。

问：为什么比特币区块链设计成每10分钟只出一个区块，能不能更快？

答：这主要是从公平的角度考虑。 当计算出一个新区块时，需要在全球比特币网络中公布。 附近的矿工会最先得到消息并开始计算，而较远的矿工则较晚。 得到通知。 在最坏的情况下，可能需要数十秒的延迟。 为了保证矿工都在同一起跑线上，这个时间不能太短。 但是，如果太长，每笔交易的“最终”确认时间就会太长。 目前来看，10分钟左右是比较合适的折衷方案。

问：为什么比特币区块链中每个区块的大小是 1 MB？ 可以大点吗？

A：这也是妥协的结果。 出块的平均时间间隔固定为10分钟，越大意味着可以提高交易的吞吐量，但是节点验证的成本会增加（哈希处理大约100MB/s），同时存储整个区块的成本的链条将迅速上升。 1MB是指每秒可以记录(1MB/(10*60)=1.7KB)笔交易数据，一般交易数据大小为0.2~1KB。 事实上，社区之前已经多次讨论过更改区块大小的提议，但最终都没有被接受。

Q：（以公链为例）区块链如何保证无人作恶？

答：区块链并不试图保护每个人不作恶，每个参与者默认在最长的链上扩展。 当一个作恶者试图延续一条非法链条时，他实际上是在与所有“非作恶者”竞争。 因此，当反派人数超过一半时（且选择必须一致），规则只能在概率意义上被打破。 如果失败，所有付出的资源（比如算力）都将被浪费。

九、区块链术语解释

比特币：比特币，由中本聪发起的一种数字货币技术。

区块链：区块链，一种基于密码学的可信信息存储和处理技术。

Chaincode：链上代码，运行区块链上事先约定的代码（状态机）。

DAO：Decentralized Autonomous Organization，分布式自治组织，基于区块链通过智能合约连接的松散众筹团体。

Distributed Ledger：分布式账本，是大家公认的去中心化账本记录平台。

DLT：分布式账本技术。

DTCC：Depository Trust and Clearing Corporation，存管结算公司，全球最大的金融交易后台服务机构。

EVM：以太坊虚拟机。

Fintech：Financial Technology，与金融（信息）技术相关。

Hash：哈希算法，一种将任意长度的二进制值映射为较短的固定长度二进制值的算法。

Lightning Network：闪电网络，一种通过链外小额支付通道提高交易吞吐量的技术。

Nonce：表示临时值的加密术语，主要是随机字符串。

P2P：点对点通信网络，网络中所有节点地位平等，没有集中控制机制。

PoW：Proof of Work，工作量证明，在一定困难条件下解决一个SHA256哈希问题。

Smart Contract：智能合约，运行在区块链和预先约定好的合约上；

Sybil Attack：少数节点通过伪造或窃取身份伪装成大量节点，从而破坏分布式系统。

SWIFT：Society for Worldwide Interbank Financial Telecommunication，环球银行间金融电信协会，经营全球金融报文网络，服务于银行和金融机构。

挖矿：通过暴力破解找到一个字符串，使其加入一组交易信息后的哈希值符合特定规则（例如前缀包含若干个0），找到者可以声明新区块已经被挖出发现并获得系统奖励比特币。

矿工：参与挖矿的个人或组织。

矿机：专为比特币挖矿设计的设备，包括GPU、专用芯片等。

矿池：通过团队协作，集中算力进行挖矿，分配产出的比特币。

Market Depth：未结算交易，衡量市场在大额交易后稳定汇率的能力。

图灵完备：指可以用来模拟图灵机（现代通用计算机的原型）功能的机器或设备。 图灵完备机在可计算性上是等价的。 在可计算理论中，当一组数据运算规则（一组指令集、编程语言或元胞自动机）满足任何数据以一定顺序排列时，可以计算出结果，这称为图灵完备。

见地址：

001-Bitcoin和BlockChain区块链技术相关教程结束。