區塊鏈深度學習系列｜區塊鏈進階原理：轉賬_比特幣:區塊鏈最直白的解釋

本系列內容包含：基本概念及原理、密碼學、共識算法、錢包及節點原理、挖礦原理及實現。

轉賬流程

大家都知道，我們日常使用銀行卡進行轉賬的時候，一般需要填入戶名、對方的賬號、轉賬金額以及一些轉賬附言，接著輸入密碼以后，就把資金轉到對方的賬戶了。

那這個流程背后的整個系統是如何運轉的呢？

假如張三在招商銀行開的戶，他要將一筆資金轉到李四在工商銀行的開戶行。

那么張三提交轉賬申請后，其轉賬卡所在招商銀行支行，驗證了用戶名和密碼以后，會將這筆交易提交給招商銀行的總行，然后由招商銀行的總行將這筆交易，發送給中國人民銀行大額或小額的支付系統。

最后，這筆轉賬交易到達了李四開戶的銀行工商銀行總行，并逐級向下，最終到達李四開戶的網點支行。

區塊鏈轉賬系統又是如何運轉的呢？拿比特幣系統來說，它是一種點對點的電子現金系統，我們具體看一下整個過程是如何運轉的，大家看一下比特幣白皮書中的流程圖。

假如張三需要向李四轉10個比特幣，

安永區塊鏈高管：DeFi缺乏隱私或成為阻礙其發展的制約因素:近日，安永區塊鏈全球創新主管Paul Brody發文表示，DeFi正在蓬勃發展，但有跡象表明，它正在循環使用相同的資金，它仍然是一個封閉的應用循環。為了繼續發展，企業需要參與進來。但如果DeFi解決不了隱私及安全問題，企業參與是不會實現的。DeFi缺乏隱私可能成為這個行業增長的制約因素。企業可能對無縫轉移資金的方式感興趣，但他們也需要保護自己的商業機密。而與此同時，Paul Brody強調，隱私不應該與匿名相混淆。隱私的目的不是在監管機構面前隱藏交易，而是在潛在競爭對手的不當檢查面前隱藏交易。[2020/8/19]

首先張三需要打開自己的數字貨幣錢包，然后掃描或者輸入李四的錢包地址，接著張三填入需要轉賬的金額，以及選擇對應的手續費之后，最后輸入支付密碼，點擊發送，就完成了。

這整個過程和傳統轉賬的交易是很類似的，都是需要輸入對方的賬戶、轉賬金額以及支付密碼，然后點擊發送，最后資金到達對方賬號或錢包，交易完成。

區別

兩者之間關鍵是中間資金流轉部分的區別。

首先，張三的錢包通過其私鑰對交易進行簽名，錢包將簽名的交易廣播到所有這個錢包連接的比特幣節點上。

南京市政協主席：應從五個方面推動南京區塊鏈產業發展:8月12日，區塊鏈產業發展大會在南京舉行。南京市政協主席劉以安表示，區塊鏈作為一項顛覆性技術，正在引領全球新一輪技術變革和產業變革。南京要在危機中育新機、于變局中開新局，就必須把推動區塊鏈產業發展作為推動我市“四新”行動的具體舉措來加以落實，在“五個度”上下功夫、求突破。一是加快技術研發進度，搶占區塊鏈產業制高點。二是加大產業培育強度，做多做優區塊鏈企業。三是增強應用場景粘度，推動區塊鏈技術融入現實生活。四是提升人才培養速度，強化區塊鏈發展智力支撐。五是強化保障扶持力度，為產業發展保駕護航。（南京日報）[2020/8/13]

第二步，這些節點，廣播到比特幣的其他節點，所有節點都將對這個交易的合法性進行驗證。

第三步，如果這個交易是合法的，那么這個交易將會放到待打包的交易序列中，也可以稱之為內存池或者交易池，列表中的交易被稱為未確認交易。

第四步，比特幣礦工會從節點中獲得待打包的交易，并開始構建下一個區塊，也就是挖礦。

第五步，當礦工挖出一個符合要求的區塊后，礦工會將這個區塊第一時間廣播給系統的所有節點。

第六步，所有節點對廣播過來的區塊進行驗證。如果驗證通過，將這個區塊添加到本地的賬本。

人民法院報：積極推動區塊鏈等現代科技全面應用于司法領域:近日，中共中央辦公廳印發《關于深化司法責任制綜合配套改革的意見》（以下簡稱《意見》）。根據上述《意見》精神，結合法院工作實際，各級法院應當全面深化智慧法院建設，積極推動大數據、人工智能、區塊鏈等現代科技全面應用于訴訟服務、案件審理、司法管理和協同治理等領域。（人民法院報）[2020/4/23]

最后，李四的錢包連接到新的節點，新節點的區塊中包含了張三的轉賬信息，這時李四就通過自己錢包就看到了這筆轉賬成功。

運轉原理

請大家思考兩個問題：

1.為什么使用張三的私鑰進行簽名，就可以被全網的所有節點接？。

2.這筆交易中已經包含了張三簽名，也就是別人都有了張三的簽名，那是否后續別人也可以用這個簽名仿張三的簽名，把張三的資金偷走？例如模仿一張支票的簽名來偽造其它支票。

這里就涉及到密碼學中的一個非對稱加密的相關知識，后續我們再詳細講解這部分的知識。今天主要簡單介紹一下非對稱加密算法在這里的用法。

動態 | 食品安全公司Neogen Corporation將使用區塊鏈技術以保證食品可溯源:食品安全公司Neogen Corporation將于初創公司Ripe Technology達成合作。Neogen將利用后者的技術為客戶創建一個區塊鏈，用于跟蹤食品安全診斷和動物基因組學。該公司希望區塊鏈技術的引入將有助于客戶驗證其食品的真實性，并提高透明度和可追溯性。（TheSpoon）[2020/2/9]

大家常常聽到的加密算法一般是對稱加密，也就是通訊雙方都具有雙重的鑰匙。

舉個例子，對稱加密就好比給一個門裝上鎖，只有有鑰匙的人才能開門，但是所有人的鑰匙都是一樣的，這就是對稱加密。

而非對稱加密與對稱加密最大的不同就是：通訊雙方不需要有相同的鑰匙。

就好比甲用了鑰匙A把門鎖上，乙可以用鑰匙B把門打開，這兩把鑰匙對應非對稱加密中的私鑰和公鑰。

私鑰和公鑰是一一對應的，由私鑰可以產生公鑰，但是由公鑰不能反推回私鑰。

非對稱加密的流程。

1.發送方生成公鑰和私鑰；

2.使用私鑰對數據進行簽名；

3.得到簽名后的密文；

動態 | 三家日本公司研究將區塊鏈技術用于房貸審查:據Crypto Watch消息，日本國家擔保公司、ZerobillBank Japan、Knowledge Communication等三家公司已開展了一項合作研究，旨在利用區塊鏈及AI技術構建新的房貸審查方式。[2018/12/16]

4.將密文和公鑰發送給接收方；

5.接收方通過公鑰對密文進行解密。

6.證明密文是經過發送方的私鑰簽名的。

其實這里就解答了第一個問題，因為張三使用私鑰對交易數據進行了簽名，同時全網都可以有張三的公鑰，通過公鑰和簽名就可以驗證交易的合法性。

我們再來看一下第二個問題。

如果李四收到了張三轉的10個比特幣，他是否可以把這個交易繼續廣播到比特幣網絡中，從而不斷的從張三的賬戶中轉出10個比特幣呢？

這個答案是：肯定不行。我們可以看一下交易結構。

在每個比特幣交易結構中都包括：輸入以及輸出兩部分。

輸出中包括了收款方的信息，比如上面的數量和鎖定腳本。鎖定腳本指定了接收者的比特幣地址，以及什么情況下，這個比特幣可以被花費。

而上面的輸入，包括了前序交易的ID，前序交易的序號決定了輸入在交易中排第幾，以此解鎖腳本。

前去交易的這些信息被稱為?UTXO。

由于每個UTXO只能被使用一次，所以即使張三需要繼續給李四轉10個比特幣，由于前面的input已經變化了，所以簽名內容也會完全不同。從而，即使相同的交易，也不能被重復的廣播到比特幣的網絡中。

我們繼續看一下UTXO，有人可能會問，如果我這一個UTXO都用完了，后面我怎么轉賬呢？

其實我們日常生活中大家常用的，比如說銀行、支付寶、微信這些，大家比較熟悉的是一個賬戶模型：我有一個賬戶，賬戶里有一個余額，我轉出多少，賬戶就剩多少，每個人有一個或者多個賬戶。

這種模型是大家非常容易理解的，但是UTXO模型與賬戶模型有很大的不同。

個人理解UTXO模型更像是支票，就好比在比特幣網絡中是一張張比特幣支票在不斷的流轉，當有一筆比特幣轉入的時候，就產生了一個新的UTXO，當向外轉賬的時候，錢包將會選擇一個足夠金額的UTXO作為交易的輸入。

然后將找零金額和找零地址，作為交易的輸出，構建在這筆交易中，當這筆交易被比特幣網絡確認的時候，這個交易中使用的一個UTXO就失效了。

同時因為有一個作為找零的輸出，所以這個錢包就得到了一個新的UTXO，就相當于又得到了一個新的支票。

由于前面的UTXO已經失效了，所以說對應的簽名肯定也是失效，因此也就不能被重復使用。

這里問大家一個問題：既然我知道了張三的地址和公鑰，那為什么不能從這個地址和公鑰反推回他的私鑰呢？

假如李四有張三的地址和公鑰以后，反推回張三的私鑰，李四不就可以把張三的錢花掉了嗎？是什么機制保證保證了這個不可逆呢？

請往下看

公、私鑰的轉換過程

私鑰是通過橢圓曲線的算法得到了公鑰，公鑰經過多次的哈希運算，得到了這個公鑰的哈希，之后再通過Base58的編碼得到了地址。

整個過程中，從私鑰到公鑰，以及公鑰到哈希的過程信息多次被壓縮，都是單向的，也都是不可逆的。所以說，通過公鑰的哈希是無法得到公鑰的，也同時無法得到私鑰。

而私鑰從何而來的呢？私鑰其實就是一個隨機數。這個隨機數的范圍是1~2的256次冪，范圍大約是10的77次方。目前宇宙中可見的粒子大約是10的80次方。

拿比特幣來說，比特幣全網已經使用過的粒子，也就是全球的地址大約是2400萬，也就是10的8次方。大家可以想象一下這兩個空間之間數量級差了多少，所以說比特幣地址的空間是非常非大的，發生碰撞或重名的機會微乎其微。

有的朋友也聽說過一件事情，就是某一個人注冊了一個新的數字貨幣錢包，但是這個錢包創建完成以后，他看到這個錢包有過交易記錄。簡單的說就是他創建的這個個錢包曾經被別人使用過。

那是到底什么情況會發生這種事情呢？

一種情況是真的發生了碰撞，就好像高能粒子對撞機，每幾十億次實驗就會發生幾個粒子的碰撞。雖然碰撞的概率非常小，但并不是不能發生。

另一種情況就是由于錢包開發者或供應方的原因，錢包的隨機數生成模塊有問題，導致了錢包的隨機數空間非常小。這樣會指數級的提高發生碰撞的概率。

我們通過下面的圖來總結一下：

首先是私鑰產生一個隨機數；這個隨機數通過橢圓曲線的轉換得到公鑰；公鑰經過SHA-256以及RIPEMD-160轉換得到公鑰哈希；最后經過Base58編碼得到比特幣的地址。

大家可以看到從私鑰-公鑰-公鑰哈希-地址這個流程，信息被多次壓縮，除了最后一步Base58是可逆的以外，其余只要數據壓縮，就會造成數據的丟失。所以說這個過程是絕對不可逆的，這也保證了數字貨幣的安全。

這里大家可以預先思考一個問題：既然從私鑰到公鑰是不可逆的，那為什么我們不使用公鑰來做數字貨幣的接收地址，而必須把公鑰轉成公鑰哈希，之后再經過Base58轉換成接收地址呢？

我們將在下期進行解答

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