什么是比特币区块链？BTC背后的技术指南

比特币区块链是比特币（BTC）和区块链的融合。被称为中本聪（Satoshi Nakamoto）的人或一群人在2008年创建了比特币协议，以便在中心化实体失败时分散对货币的控制。一份名为“比特币白皮书”的出版物概述了一组计算规则，这些规则决定了一种新的分布式数据库：区块链。该网络于2009年1月启动。

最著名的加密货币比特币是创建区块链技术的加密货币。与美元一样，加密货币是一种数字交换手段，它使用加密技术来监督货币单位的建立并验证财务转移。

比特币区块链是指存储在信息“块”中的数据，然后在永久的“链”中链接在一起。区块是特定时期的比特币交易的集合。成堆的块堆叠在一起，每个新块都依赖于以前的块。结果，形成了一个区块链，产生了“区块链”这个词。

每次添加新块时，它都会使以前的块不可修改。这确保了每个区块随着时间的推移都更加安全，这是比特币技术如何改变银行和金融交易方式的一个例子。

然而，比特币区块链不仅仅是加密货币：它是大多数加密货币（包括比特币）所基于的技术。比特币区块链是独一无二的，因为它确保所有交易都是准确的。区块链中的每个操作都被记录下来，没有任何内容被排除在网络之外。一旦操作被记录并存储在其中一个信息块中，它就会被加盖时间戳并受到保护，并且整个记录可供系统中的任何人使用。

比特币区块链也是去中心化的，这意味着它不会存储在一台主计算机上或由一家公司控制。它分布在网络中的许多计算机上。

在比特币区块链中，有一些代码称为哈希。哈希对于区块链中的每个区块都是唯一的。哈希允许每个网络用户识别每个区块并指示他们在链中移动，因为每个区块都有自己的哈希和前一个区块的哈希。

考虑到后者，区块链的关键部分包括记录、区块、哈希和链。区块记录和交易记录是区块链中的两种记录类型。一个区块包含尚未记录在任何先前区块中的最新比特币交易。交易记录包括资产、价格和所有权数据，这些数据在几秒钟内在所有节点上记录、批准和结算。

从本质上讲，哈希是在区块链网络中转换任何长度的输入数据后生成的固定长度字符串，块类似于分类账或记录簿中的页面，链是指网络中链接在一起的块。

比特币区块链简介

区块链技术的想法是由Stuart Haber和W. Scott Stornetta于1991年在他们的论文“如何为数字文档加盖时间戳”中提出的。在本文中，他们解释了使用连续的时间戳链来安全地记录信息。

比特币的创建主要是为了促进比特币加密货币的交换。然而，早期采用者和发明者很快发现它具有更大的潜力。考虑到这一点，他们设计了比特币的区块链，以存储不仅仅是代币移动的数据。

比特币技术使用点对点（P2P）交易，可以在没有任何银行或第三方管理每个金融活动的情况下运作。它允许在线支付直接从一方发送到另一方，而无需通过任何金融机构。

术语点对点意味着作为网络一部分的计算机彼此平等，没有“特殊”节点，并且所有节点都分担提供网络服务的负担。它由运行该协议的数千个比特币节点组成。该协议负责建立和保护区块链。

点对点网络的形成是可能的，因为用户的数据与他们与之交互的人或实体相关，并且他们负责保持分布式网络的正常运行。然后将有关个人或实体的信息从他们的比特币钱包传递到他们的位置和IP地址，这代表了点对点比特币交互。

使比特币区块链工作需要什么？

比特币代表了一种数字化的、无需信任的货币形式，以及去中心化金融服务的运动。在比特币出现之前，需要一个受信任的第三方来保存一个分类账——公司或个人财务数据的记录保存系统——来记录谁拥有多少。每个人都有比特币网络这个分类账的副本，所以不需要第三方。

每笔比特币交易都发生在比特币区块链网络中，这是比特币挖矿和哈希发电发生的数字空间。哈希能力是计算机或硬件用于执行和解决各种哈希算法的处理能力。这些算法用于创建新的加密货币并允许它们相互交易。这个过程称为挖矿。

通常，比特币所有者通过加密货币交易所购买他们的加密货币供应，这是一个促进比特币和其他加密货币交易的平台。去中心化账本是区块链网络的原因。后者表明比特币是一种软件，是参与者执行不同任务的一组过程。

区块链是分布在区块链计算机系统网络中的重复交易的数字分类账。链上的每个区块都包含几笔交易，每当区块链上发生新交易时，该交易的记录都会添加到每个参与者的分类账中。

该分布式数据库由多个参与者使用称为分布式账本技术（DLT）的技术进行管理。区块链是一种DLT，其中交易使用称为哈希的不可变加密签名进行记录。然后将交易组织成块。每个新区块都包含前一个区块的哈希值，有效地将它们链接在一起，这就是为什么分布式账本通常被称为区块链。

区块链就像一个分类账，跟踪每笔比特币交易，并且是自我验证的，这意味着整个节点网络——参与网络的不同计算机——将不断检查和保护每一个动作。这就是“矿工”进入游戏的地方：他们的计算机承担了维护链的繁重工作，因此获得比特币作为奖励。这些规则统称为比特币协议。

比特币矿工是指解决复杂数学问题以铸造硬币的高功率计算机。矿工是网络专用机器，可验证所有交易并阻止任何恶意行为者。比特币矿工将尽可能多的交易编译成一个区块，然后验证该区块并使用数学方法将其添加到先前区块的链中。为了向网络提供计算能力，矿工以新铸造的比特币支付。

比特币区块链如何运作？

区块链是一种数据库，它是以电子方式存储在计算机系统上的信息集合。保存在数据库、信息或数据中的内容通常以表格格式构建，以便于搜索和过滤信息。数据库旨在存储大量信息，许多用户可以随时轻松快速地访问、过滤和编辑这些信息。

为此，大量的数据库将数据存储在由功能强大的计算机组成的服务器上。这些服务器可以使用成百上千台计算机构建。为什么？拥有许多用户同时访问数据库所需的计算存储和能力。这也是与数据库的区别，比方说，类似存储云的驱动器。

以下是区块链与数据库的不同之处。第一个区别是数据的结构。数据库将数据构建成表，而区块链将信息收集到保存数据集的组中，称为块。每个块都有一个特定的存储容量，当它被填充时，该容量被链接到前一个填充的块上，形成一个数据链。这就是为什么它被称为区块链：数百万个充满数据的块被链接在一起。

该系统意味着每个区块链都是一个更复杂的数据库，因为它在去中心化系统中实施时会创建不可逆的数据链。当一个区块被填充时，它是不可更改的，并成为时间线的一部分，因此，链上的每个区块在添加到链中时都有一个确切的时间戳。

因此，区块链的目标是允许记录和分发数字信息，但不能对其进行编辑。这就是为什么它本身不是数据库;一旦它被填充和链接，没有人可以改变它。随着比特币技术的出现，区块链有了第一个实际应用。

降低风险

使用区块链网络具有很多优势。首先，链条的准确性。作为区块链一部分的交易必须得到数千台计算机的批准。这消除了验证中的所有人为参与，这意味着人为错误更少，信息记录更准确。

但是，如果网络中的一台计算机犯了计算错误怎么办？错误只会出现在区块链的一个副本中。要使其传播，至少51%的网络需要有相同的错误，这是非常不可能的。

另一个优点是区块链消除了对第三方验证者的需求。比特币网络的任何成员都可以随时检查和验证区块链。

区块链数据是分散的，这意味着它不是存储在一个中心位置，而是复制并分布在庞大的计算机网络中。这使得任何人都很难篡改数据，因为例如，踢球者需要访问所有网络才能完全破坏数据。

最后，区块链的一个重要部分是，尽管任何有互联网连接的人都可以看到网络的交易历史列表并访问有关交易的详细信息，但没有人可以访问有关进行这些交易的用户的识别信息。此外，每次记录交易时，都会由网络进行验证，这意味着组成交易的数千台计算机会确认购买的详细信息是否正确。

区块链与银行

区块链的工作方式与传统银行非常不同，因为它是100%分散的，并且依靠数千台计算机来验证其交易。这意味着它一年中的每一天都 24/7 全天候运行。所有比特币区块链最显着的优势是其透明度，因为区块链充当比特币网络中每笔交易的公共分类账。

其他区别是交易速度短至15分钟或多至一个小时，具体取决于网络的拥堵情况。而卡付款和支票存款可能需要 24 到 72 小时。

比特币区块链的费用各不相同，通常从0美元到50美元不等。虽然费用与转移的金额无关，但它是由当前的网络环境和交易的数据大小决定的。由于比特币区块链上的一个区块可能只包含一兆字节（MB）的数据，因此单个区块中包含的交易数量是有限的。

另一个区别在于进行交易的方式。虽然区块链允许任何有互联网连接的人进行转账，但银行需要您拥有帐户、手机或计算机。

所有这些差异使区块链技术成为传统金融和银行业的巨大颠覆者。它们是防篡改和分散的固定链，不仅可以降低成本，还可以创建一个透明的网络，用户可以在其中感到被授权和安全。

区块链的局限性

尽管区块链有很多好处，但就像所有东西一样，它也有其缺点。首先，当网络上的用户太多时，区块链可能会变慢。由于其共识工作方法，它也更难扩展。

另一个限制是区块链中的数据是不可变的，一旦写入前一个块，您就无法返回并更改它。有些人可能将其视为需要自我维护的模仿，这意味着用户必须维护自己的钱包，否则他们可能会失去访问权限。

一个很大的限制是区块链技术仍然不成熟。此外，它不提供与其他区块链和其他金融系统的互操作性，并且难以集成到遗留系统中。

技术进步

闪电网络

闪电网络（LN）允许参与者使用他们的数字钱包在彼此之间免费转移BTC。第二层被添加到比特币网络中，以实现区块链外各方之间的交易，这称为链下交易。第二层提高了吞吐量，而不会影响原始区块链的任何去中心化或安全功能。

闪电网络在分布式数据库中的两个用户之间创建支付通道，以便他们可以相互交易，而无需所有其他用户接收他们的信息，从而定义链下交易。

它被认为是加密货币世界中的游戏规则改变者，因为它旨在加快交易处理速度并降低比特币区块链的相关成本。它于2015年构思，目前正在进一步开发和激活。

然而，研究人员警告说，随着闪电网络的发展，它将成为攻击者更具吸引力的目标。如果用户不小心，发展中的支付网络上的比特币可能会被盗，并且将来可能很难确保资产的安全。

据耶路撒冷希伯来大学的专家称，目前锁定在闪电网络支付渠道中的比特币，目前比特币约为900万美元，可能会被攻击者掠夺。虽然这个缺陷有可能很严重，但研究人员乐观地认为，从长远来看它是可以修复的。

隔离见证

隔离见证（SegWit）是指比特币在区块链中维护交易数据的方式的流程变化。隔离意味着分离，见证人是交易签名。它的创建是为了更新数据存储在比特币区块链上的方式。这允许网络在单个区块中保存更多交易，从而提高交易吞吐量。隔离见证在2015年发布更新代码后，于2017年8月在比特币上活跃。

隔离见证通过从比特币交易中删除签名数据来增加区块链的区块大小限制。当交易的某些部分被删除时，空间被释放，向链中添加更多交易的能力也会被释放。

隔离见证不仅提高了比特币的交易处理速度，还解决了协议中的一个弱点，即允许节点篡改网络上的交易延展性问题（TXID）。通过从区块的输入字段中删除所谓的“签名数据”或“见证数据”，隔离见证增加了可以放入区块的交易数量，并修复了交易延展性缺陷。

在比特币网络上，隔离见证更新于 2017 年 8 月作为软分叉引入。软分叉是一种向后兼容的更新，允许升级的节点与未升级的节点进行通信。软分叉通常包括与现有规则不冲突的新规则。但是，由于运行节点的成本很高（特别是在发展中国家），升级于2017年11月8日暂停。

直根

比特币核心开发者格雷格·麦克斯韦（Greg Maxwell）在2018年1月提出了Taproot的改进。三年后的 2021 年 6 月 12 日，在矿工支持信号下开采的区块的 90% 标准得到了满足。这意味着在两周的时间内开采的2，016个区块中有1，815个区块有一些矿工留下的编码数据，以证明他们对升级的支持。

Taproot 是一个软分叉，它改进了比特币的脚本，以增强隐私并增加网络的匿名性。当用户不使用Taproot时，任何人都可以检测到交易。使用Taproot时，他们可以“隐藏”他们的交易。Taproot甚至可以隐藏比特币脚本的运行。截至 2020 年 10 月，Taproot 与比特币核心库合并。

该网络最重要的变化之一是用Schnorr签名代替了比特币当前的椭圆曲线数字签名技术（ECDSA）。ECDSA技术从随机生成的私钥中生成公钥，这使得无法从比特币地址或公钥中确定私钥。此外，Schnorr签名将通过使交易更快，更小来释放比特币网络上的空间和带宽。

通过允许离散日志合约（DLC），Schnorr签名可以帮助简化比特币区块链上复杂的智能合约。DLC是向比特币添加智能合约实现的提案，允许建立简单，安全和易于使用的区块链预言机。

它还可能有助于扩展第二层支付渠道，例如闪电网络，它允许在比特币网络上立即进行交易。