区块链开发工程师必修课：比特币与其区块链原理的基本介绍

如果你打算使用比特币或Liquid开发软件，有几个概念你需要熟悉。本文以开发人员为目标，基于我过往在实现区块链钱包开发项目经验所做的一次演示。

**免责声明：这是一个介绍，并没有涵盖所有内容，因此我故意简化了一些解释。

什么是比特币，比特币其实是基于分布式账本技术：区块新看点：什么是分布式账本技术？

简单来说

比特币以后台进程守护程序的形式出现。主要由以下组件组成：

区块链：交易的分布式分类账

共识协议：一种具有PoW共识的对等网络

钱包：管理资金的工具

脚本：一种用于说明事务行为的编程语言

API：与比特币节点交互的RPC接口

我们将讨论这些概念，我将在这些主题的基础上添加一些其他重要的概念。

区块链

本质上，比特币区块链是一个链接列表，其中一个节点有一个到其父节点的链接。

九三学社汕头市委会：要拥抱区块链，增添汕头发展新活力:人民政协报刊文称，区块链已上升为国家战略，但汕头市存在尚未出台相关政策、区块链技术应用公司少、专业人才紧缺、专业服务平台缺乏等问题。九三学社汕头市委会提出，要拥抱区块链，增添汕头发展新活力，并建议：强化顶层设计，制定出台相关政策；加强交流学习，掌握行业动态；建立服务团队，建设人才队伍；探索政务应用，鼓励优势企业试点；做好对接试点，借鉴成功实践；宣传普及知识，更新社会观念。[2020/6/29]

比特币区块结构

节点也包含以下信息：

一个Merkle树索引并包含事务；

一个时间戳，用于说明区块被添加到区块链的时间；

在采矿过程中被操纵的暂时状态。

比特币区块中还有更多信息，但这些是最基本的。

UTXOs

在研究共识协议之前，我认为理解比特币中使用的交易模型和UTXO的概念很重要。

交易示例

在一次传输中，输入的和总是等于输出的和，如上面的例子所示。

UTXO代表未使用的交易输出。这是你可以花费的实际资金，被视为投入。

动态 | 报告：成都区块链人才需求居全国第五:智联近日发布的《2019年区块链人才供需与发展报告》显示，在今年前三季度，成都市对区块链人才的需求量位居全国被调查城市的第五位。2019年三季度，区块链招聘需求城市分布中，深圳、上海、北京位于第一梯队，招聘人数占比分别达到21.07%、16.07%、13.9%，广州和成都紧随其后，分别占比5.79%、5.34%。（川报观察）[2019/11/29]

在本例中，Alice将0.5BTC发送给Bob，并将其余的发送回她。为了最大限度地保护隐私，输入的其他所有者通常会被发送回另一个不同于原始UTXO的地址，称为“更改地址”。

您可以使用多个UTXO作为输入为交易提供资金。

共识协议

共识协议旨在确保比特币资金的安全，并验证真相的来源。

为了做到这一点，比特币节点是对等网络的一部分，在区块链中添加块的权利以某种方式是随机的。

达成共识的两个步骤是：

向网络发送交易信号时

广播交易的比特币节点的直接对等方将评估交易，如果交易有效，则将其添加到其mempool中，并继续传播信息。

向网络提交新块时

提交区块的比特币节点的直接对等方将评估区块，如果区块有效，则将其附加到其区块链中，并将其广播给其他对等方。

声音 | 蚂蚁金服邹涛：金融、新零售与城市生活是蚂蚁金服区块链探索的三大场景:金色财经讯，近日，BTV《解码区块链》第27期邀请了蚂蚁金服创新科技总监邹涛，他表示蚂蚁金服非常重视区块链的发展，是基于两方面的考虑：一方面是区块链技术本身来说它创造是一种信任，所以说从最早的支付宝到后来的芝麻信用，再到现在的区块链，蚂蚁金服非常重视任何一个可以创建信任机制的技术；第二个方面是说，蚂蚁金服是一家金融科技企业，区块链是金融领域中一个非常重要的金融科技技术。蚂蚁金服从2016年开始就有区块链的应用落地，迄今为止有两年多的时间。区块链是源于金融但是不止于金融，我们把它归纳成三大领域：第一大领域是金融场景，这个也是区块链由身带来的金融属性；第二个是新零售场景，因为蚂蚁金服依托于大阿里的一些场景，所以对于零售等，我们也非常希望能够通过区块链来进行赋能；第三块场景是城市生活，我们发现区块链在很多政务领域当中其实也非常适合去扮演一些非常重要的角色。目前这三个领域当中我们已经陆陆续续已经落地接近三十个场景。[2019/5/16]

mempool

mempool是一个固定大小的缓冲区，用于记录挂起的事务。每个比特币节点都有自己的mempool实例，通过对等网络进行同步。

请注意，如果mempool已满，费用最低的交易将开始取消。

因为它是一个有限大小的缓冲区，所以您与其他进行交易的人竞争。因此，交易包括费用。你可以调整这个费用，以增加你在一个区块内快速被记录的机会。你支付的费用越高，矿商就必须在你的交易中包含越多的利息，以使他们的收益最大化。

声音 | 斯里兰卡中央银行行长：区块链可能改变银行的商业模式:据dailynews报道，斯里兰卡中央银行（CBSL）行长Indrajit Coomaraswamy表示，随着金融科技和区块链等先进技术的出现，银行的商业模式可能会随着时间的推移而发生重大变化，同时开辟新的商机。[2018/11/19]

采矿和工作证明

为了获得向区块链添加块的权利，比特币节点使用工作证明的概念。

在比特币网络上，每个节点上都有一个被称为难度的变量。该变量对应于挖掘难度。为了获得附加块的权利，我们的目标是在比特币守护进程提供的块模板中尝试不同的nonce，直到哈希值低于根据难度推断的特定目标哈希值。

通过查看块的散列可以看到它，例如：

在区块2，难度为1，区块散列：000000006A625F06636B8BB6AC7B960A8D03705D1ACE08B1A19DA3FDCC99DDBD，

在718023块，难度为24371874614345，块哈希为000000000000024D244993522537474AF74E93C4C50553C1EC747375953。

难度越高，找到块的机会越小，目标数就越小，因此前导零的数量就越多。

在第一个街区，难度是1。每2016个街区，难度会上下调整，以确保我们平均每10分钟获得一次街区。因为这种尝试nonce和散列的操作实际上是可预测的。

动态 | 众安区块链应用已上链76万颗钻石数据:据Coindesk8月7日消息，众安保险称其子公司迪亚米斯莱杰已将76万颗钻石的数据已上链区块链应用中，该公司称此项目旨在实现奢侈品行业更高水平的可追溯性。此前有报道，在香港上市的网络保险公司众安保险宣布推出其钻石追踪区块链应用程序，迪亚米斯莱杰是众安集团与在线钻石交易公司Ediams联合创建的一家新公司。[2018/8/7]

网络分裂

最后一个有趣的注意事项是网络对网络分裂的反应。想象一下，一个恶意的国家在其边境切断互联网。还阻止了所有比特币矿商。一开始，难度太高，他们无法每10分钟找到一个街区，甚至根本找不到任何街区。然后，网络会将难度调整到一个与过去两周的哈希率相匹配的低值。

那一刻，也许困难又回到了1。如果他们重新启动所有比特币矿工，那么他们不仅会每10分钟验证一次区块，还可能每秒钟或更短时间验证一次区块。很快，他们的国内比特币区块链将超过世界其他地区的区块链高度。如果他们开放互联网边界会发生什么？好吧，他们抹去区块链的所有努力都将被粉碎。

因为比特币会同意，一条真正的区块链是最长、工作最多的链。因此，提前准备了X个区块但减少了Y个区块的国内供应链将很快被世界其他地区的供应链所取代，这些供应链的区块更少，但投入的工作更多。

钱包

比特币使用的是一种被称为分层确定钱包的东西。

BIP32分层锭性钱包

钱包的目标是：简化资金和UTXO的管理。比特币节点将通过对金额最高的UTXO进行优先级排序，自动为您的交易提供资金，而不是操纵粒度较小的UTXO。

我们从一个初始种子创建一对公钥和私钥。

可以派生这些密钥，以获取子密钥。

最初，人们认为这种衍生可能管理多个账户和多枚硬币。实际上，你的钱包里通常不会混装硬币，但以太坊也可能使用高清钱包。

拥有多个帐户的第一个用例是更改地址。这样，您就可以确保您为接收付款而动态生成的地址不会与更改地址重叠。最大限度地保护隐私。

多重签名钱包

钱包也可以在多个所有者之间共享，我们称之为多重签名钱包。

多重签名钱包

上述：Justin、Vittie和Craig各自持有打开multisig钱包所需的三把钥匙中的一把。

多重签名钱包有两个主要使用案例：

多人共享资金。想象一下，一家公司拥有一堆比特币，比如加密交易所，拥有一个多重签名钱包，可以确保如果有人不在，团队中的其他人可以访问这些资金。

真实例子：

首席执行官突然去世后，一家加密货币交易所可能损失了1.45亿美元

把你的钱包备份一下。想象一下，你可以在电脑、手机上有一个签名，而在旧设备上隐藏第三个签名。如果您丢失了任何一台设备，那么您仍然有机会访问您的资金并将其转移到新的钱包中。

拥有多个账户有助于拆分余额，以管理不同的预算。

脚本

比特币提供了一种简单的基于堆栈的编程语言，非图灵完全。下面是比特币维基页面上的一个例子。

来源：比特币维基

由于这种语言，比特币有时被称为可编程货币。

它描述了应该如何验证UTXOs。

我想请您阅读比特币维基上的一些脚本示例，以快速理解该语言的本质

仅供参考，操作码OP_RETURN可用于在区块链上留下信息。

API

为了与比特币守护进程交互，它公开了一个RPC接口。这就是比特币CLI工具所使用的，但您也可以使用curl或任何HTTP客户端与比特币节点通信。

来源：bitcoinBillions项目组com/bitcoin/bips

这就是开发者社区达成共识的地方。

我们现在所知道的定义钱包的BIP示例：

BIP32githubBillions项目组com/bitcoin/bips/blob/master/bip-004..

讨论中的BIP之一将被纳入比特币的下一个主要版本：

BIP119github#com/bitcoin/bips/blob/master/bip-011..

结论

从2022年开始，再过几年，如果你理解了那篇文章中引用的所有概念，你就足够好了，可以开始使用比特币进行开发。

根据你将使用或使用比特币的哪一部分，以下是一些你应该从哪里开始挖掘的提示：

关于采矿，区块包含的信息比我引用的要多，

关于事务和脚本，有不同类型的事务使用脚本：p2sh、p2pkh、p2wpkh，但也有一个有趣的东西叫做HashedTimeLockContract，

关于钱包，你可能想看看Taproot的最新更新，它允许多签名钱包拥有更多隐私，

更普遍的是，Lightning是比特币支付结算解决方案的第二层，Liquid是比特币的一个侧链，包含机密交易和资产发行。

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