【科普】区块链和比特币的原理是什么？ 挖矿呢？纯干货

介绍

最近，“区块链”成为了一个流行词。 习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调，“把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”什么叫做比特币，“加快发展区块链技术和产业创新”。 最高层的前瞻性判断，让“区块链”进入大众视野，成为金融资本、实体经济和舆论共同关注的焦点。 但是什么是区块链和比特币，挖矿呢？ 今天，就让小编带你走进神秘的区块链世界。

1 区块链和比特币的诞生

2008年，一位名叫中本聪的网络极客发表了一篇名为《比特币：一种点对点电子现金系统》的论文，也被称为比特币白皮书。 直到现在我们都不知道中本聪是谁，这也给比特币技术蒙上了一层神秘色彩。 或许这也是天才的魅力吧。

2 什么是区块链

区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。

什么是去中心化？

举个集中处理的例子，如果你想从某宝买手机，交易流程是：你把钱打给支付宝——支付宝收到货款通知卖家发货——卖家发货商品-您确认收货-支付宝汇款给卖家。

在整个过程中，虽然你和卖家交易，但确实有第三方支付宝参与其中。 如果扩展到整个互联网，这个中心点就变得至关重要。 如果支付宝系统出现问题，影响范围将是巨大的。

分散处理的方法要简单得多。 你只需要和卖家换钱换手机，然后双方都声称完成交易，就OK了。

3 区块链运行机制

为了方便理解，我们来看一个简单的去中心化模型：如果A借给B 100元，此时A在人群中喊道：“我是A，我借给B 100元！”，B也在人群中喊道：“我是B，A借了我100元！” 这时候，人群中的每一个人都会在心里默记“A借给B 100元”。 目前贷款系统不需要银行，也不需要贷款协议和收据。 假设当B悔改时，群众会站出来说：“不是，我的小本子上记录着你一天向A借了100块钱！”。

区块链的运行机制与其类似，只是增加了共识机制、分布式存储、加密机制等。

4 为什么要记账

你可能会问：“我为什么要用我的计算资源给陌生人记账？我的小本本不需要钱吗？”。

因为记账是有奖励的！

为了鼓励大家记账，中本聪在设计之初就规定记账会有奖励，也就是比特币。

奖励的来源有两部分，一个是记录本次交易的手续费，比如A转10个比特币（BTC）给B，那么要拿出一小部分作为记账人的手续费; 另一部分也是主奖励，是系统默认的奖励。

那么奖励值是多少呢？ 中本聪最初的设计是每十分钟出一个区块，一个区块的奖励是 50 BTC，每四年奖励减半。 2019 年，区块奖励为 12.5 BTC。

所以作为一道课外题，我们可以数一数比特币有多少个。

因此，随着未来的发展，获得比特币的好处会越来越少。 想加入矿业大军的赶快行动吧！

5 谁胜谁负

既然记账有奖励，那是不是人人都能做呢？ ？

答：没有。 根据白皮书的规定，只有一个人有记录区块的权利。

那么谁可以记录呢？

中本聪给出的原理就是工作量证明。 矿工竞相计算基于加密哈希算法的数学问题。 可以尽快计算出问题的正确答案，从而获得记账权。 矿工需要支付算力来计算这个问题。 作为矿工计算这个问题的证明，称为“工作量证明”。 说到这里，你熟悉吗？ 没错，就是挖矿。 那么挖矿到底是什么意思呢？ 接下来，我们就来简单的看一下。

6 采矿

对不起，错误的图片。 . . .

我主要介绍一下挖矿的原理，以及为什么这么难。

在理解这个问题之前，我们先来了解一下比特币原理中的哈希函数SHA256。 该函数可以将任意长度的信息转换成256位的二进制形式，但是很难从256位的二进制数据中推导出原始数据。 另外还有一点就是，如果原始数据有任何微小的变化，其生成的256位二进制数据就会发生巨大的变化。

那么言归正传，为什么挖矿这么难？

我们以节点 A 为例。 A收到广播交易消息后，将：

1、区块链当前最后一个区块的头部信息+交易账单信息+时间戳+其他+随机数组成一个字符串，假设为M。

2、对M进行两次SHA256运算，即：Hash=SHA256(SHA256(M))，得到一个256位的二进制数N，变态就到这里了。 根据中本聪的设计，要求计算出的哈希值N的前n位为零，才能获准进入区块链。

那么如何让前n位为零呢？ 在刚才的字符串M中，唯一可以改变的就是随机数，所以只能不断改变随机数，反复尝试。 难度的另一个关键是n。 显然，n越大，计算就越困难。 中本聪当时在设计的时候，要求在10分钟内诞生一个区块，也就是10分钟内全世界矿工的算力与2的n次方比较，如果近似相等，确定了 n 的当前值。 因此，n 的值是不断变化的。 随着矿工数量的增加和算力的提高，n的值会不断增加，也就是挖矿难度越来越高，有点恶性循环。

7 保密

区块链如何保证数据安全？

这里主要有两个问题：

1.收到的交易记录确实是由发起交易的人创建的。

2、收到的交易记录在传输过程中未被他人篡改。

在区块链中，主要采用电子签名的认证方式。 用户注册的时候，会给他分配一个私钥和一个公钥，私钥我们一定要保管好。

我将通过简单的描述来介绍这个过程，希望大家能够理解。

假设A转10个BTC给B，那么A先将交易信息通过哈希函数SHA256处理得到定长字符串什么叫做比特币，然后用A的私钥加密该字符串形成签名，然后A广播给B整个网络。 内容包括A转10个BTC给B的具体记录、自己的公钥和加密后形成的签名。 网络中的其他人收到广播信息后，会先通过哈希函数SHA256计算出具体信息，得到摘要，然后通过A广播的公钥解密电子签名，与解密后的最终结果进行比较与摘要信息。 如果它们相同，则它们将被采纳，否则它们将被丢弃。

8区块链技术在海上航空保险方向的应用设想

AIS是一种应用于航海安全和船岸、船与船通信的新型助航系统。 它最大的特点是在海上航行的船只可以动态地进行信息交互。 想象一下，大海上大大小小的船只，看起来是不是独立的、相互联系的节点，这和区块链在分布式的观点上是很相似的。 如果以现有AIS系统形成的网络结构为基础，构建区块链模型，可以发挥区块链的优势，即信息共享和防篡改功能。

信息共享：目前AIS系统传输的信息主要是船舶的属性参数和定位信息。 定位部分采用GPS定位。 区块链上的船舶之间可以有更多的信息交互，比如货物贸易。

防篡改功能：利用区块链的安全优势，如果要恶意篡改某艘船舶信息，必须修改区块链上51%的区块信息。 因此，船舶信息不能私自更改。

以上纯属小编的一些奇思妙想，如有错误，敬请指正，批评指正。

9 结论

区块链是一种新的模式，它最大的特点是去中心化和高安全性。 也正是这些特性，区块链有可能在金融监管、物联网、共享经济、数字货币等方面引起革命性的颠覆。

以上是我对区块链和比特币的浅薄认识。 当然，区块链还有其他问题，比如“双花问题”。 希望大家多多交流。 如果您有任何问题，请指正。 谢谢！

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本期来源：东海航海保障中心连云港通信中心王伟（部分内容来自知乎）