BIP:區塊鏈開發工程師必修課：比特幣與其區塊鏈原理的基本介紹

如果你打算使用比特幣或Liquid開發軟件，有幾個概念你需要熟悉。本文以開發人員為目標，基于我過往在實現區塊鏈錢包開發項目經驗所做的一次演示。

**免責聲明：這是一個介紹，并沒有涵蓋所有內容，因此我故意簡化了一些解釋。

什么是比特幣，比特幣其實是基于分布式賬本技術：區塊新看點：什么是分布式賬本技術？

簡單來說

比特幣以后臺進程守護程序的形式出現。主要由以下組件組成：

區塊鏈：交易的分布式分類賬

共識協議：一種具有PoW共識的對等網絡

錢包：管理資金的工具

腳本：一種用于說明事務行為的編程語言

API：與比特幣節點交互的RPC接口

我們將討論這些概念，我將在這些主題的基礎上添加一些其他重要的概念。

區塊鏈

本質上，比特幣區塊鏈是一個鏈接列表，其中一個節點有一個到其父節點的鏈接。

動態 | 新京報：區塊鏈等新技術應用正為政府數據融合共享提供新契機:1月10日，新京報發文《最關鍵的4個詞，看清2020年智慧城市發展趨勢》。文章在提到四個關鍵詞之一的數字政府時表示，面對大量政務數據跨系統、跨部門、跨業務的信息共享和業務協同需求，區塊鏈等新技術的應用，正在大幅提升智慧城市的供給能力，為政府數據的融合共享以及新一代政務云的發展提供了新的契機。基于區塊鏈“分布式”的特點，可以打通部門間的“數據壁壘”，實現信息和數據共享。同時在公共服務領域，區塊鏈能夠實現政務數據跨部門、跨區域共同維護和利用，為市民帶來更好的政務服務體驗。[2020/1/10]

比特幣區塊結構

節點也包含以下信息：

一個Merkle樹索引并包含事務；

一個時間戳，用于說明區塊被添加到區塊鏈的時間；

在采礦過程中被操縱的暫時狀態。

比特幣區塊中還有更多信息，但這些是最基本的。

UTXOs

在研究共識協議之前，我認為理解比特幣中使用的交易模型和UTXO的概念很重要。

交易示例

聲音 | 世界經濟論壇報告：2020年，區塊鏈將有機會產生社會影響:非政府組織世界經濟論壇（World Economic Forum）日前發布了其對2020年區塊鏈發展的預測。WEF稱，2019年見證了區塊鏈從炒作到質量的轉變，在未來一年，區塊鏈將有機會產生社會影響。具體而言，WEF預測將通過DeFi和“綜合型”CBDC，在金融領域看到更多的混合區塊鏈模型試驗；在公共領域，智能合同的使用將會增加。（Decrypt）[2020/1/6]

在一次傳輸中，輸入的和總是等于輸出的和，如上面的例子所示。

UTXO代表未使用的交易輸出。這是你可以花費的實際資金，被視為投入。

在本例中，Alice將0.5BTC發送給Bob，并將其余的發送回她。為了最大限度地保護隱私，輸入的其他所有者通常會被發送回另一個不同于原始UTXO的地址，稱為“更改地址”。

您可以使用多個UTXO作為輸入為交易提供資金。

共識協議

共識協議旨在確保比特幣資金的安全，并驗證真相的來源。

為了做到這一點，比特幣節點是對等網絡的一部分，在區塊鏈中添加塊的權利以某種方式是隨機的。

達成共識的兩個步驟是：

向網絡發送交易信號時

廣播交易的比特幣節點的直接對等方將評估交易，如果交易有效，則將其添加到其mempool中，并繼續傳播信息。

動態 | 江門市鼓勵金融機構對區塊鏈等新技術在金融領域的應用:據江門日報8月16日報道，江門市近日正式印發《江門市關于進一步促進科技創新推動高質量發展的工作措施》，大力發展金融科技產業。吸引金融科技企業和人才落戶，鼓勵金融機構對云計算、大數據、區塊鏈、人工智能等新技術在金融領域的應用，并在各類科技項目立項中予以支持。[2019/8/17]

向網絡提交新塊時

提交區塊的比特幣節點的直接對等方將評估區塊，如果區塊有效，則將其附加到其區塊鏈中，并將其廣播給其他對等方。

mempool

mempool是一個固定大小的緩沖區，用于記錄掛起的事務。每個比特幣節點都有自己的mempool實例，通過對等網絡進行同步。

請注意，如果mempool已滿，費用最低的交易將開始取消。

因為它是一個有限大小的緩沖區，所以您與其他進行交易的人競爭。因此，交易包括費用。你可以調整這個費用，以增加你在一個區塊內快速被記錄的機會。你支付的費用越高，礦商就必須在你的交易中包含越多的利息，以使他們的收益最大化。

采礦和工作證明

為了獲得向區塊鏈添加塊的權利，比特幣節點使用工作證明的概念。

在比特幣網絡上，每個節點上都有一個被稱為難度的變量。該變量對應于挖掘難度。為了獲得附加塊的權利，我們的目標是在比特幣守護進程提供的塊模板中嘗試不同的nonce，直到哈希值低于根據難度推斷的特定目標哈希值。

動態 | 區塊鏈人才培育合作啟動 首個人才標準有望建立:據中國新聞網報道，區塊鏈產業人才培育戰略合作簽約儀式8日在海南澄邁舉行。此次合作簽約儀式的參與方為工業和信息化部人才交流中心、火幣中國和鏈人國際。中國工業和信息化部人才交流中心黨委副書記陳新表示，此次簽約，就是希望解決區塊鏈產業‘卡脖子’的問題。希望通過此次區塊鏈產業人才培育戰略合作，能夠在未來建立第一個區塊鏈產業的人才標準，增強行業整體規范性。[2019/8/8]

通過查看塊的散列可以看到它，例如：

在區塊2，難度為1，區塊散列：000000006A625F06636B8BB6AC7B960A8D03705D1ACE08B1A19DA3FDCC99DDBD，

在718023塊，難度為24371874614345，塊哈希為000000000000024D244993522537474AF74E93C4C50553C1EC747375953。

難度越高，找到塊的機會越小，目標數就越小，因此前導零的數量就越多。

在第一個街區，難度是1。每2016個街區，難度會上下調整，以確保我們平均每10分鐘獲得一次街區。因為這種嘗試nonce和散列的操作實際上是可預測的。

網絡分裂

最后一個有趣的注意事項是網絡對網絡分裂的反應。想象一下，一個惡意的國家在其邊境切斷互聯網。還阻止了所有比特幣礦商。一開始，難度太高，他們無法每10分鐘找到一個街區，甚至根本找不到任何街區。然后，網絡會將難度調整到一個與過去兩周的哈希率相匹配的低值。

動態 | 亞利桑那州在金融科技沙盒中接受了基于區塊鏈的大麻行業支付解決方案:美國亞利桑那州現已在其金融科技沙盒中接受了基于區塊鏈的大麻行業支付解決方案。根據該州司法辦公室的一份新聞稿，該公司名為Alta，為持牌醫用大麻供應商提供現金管理解決方案，計劃提供與美元1：1掛鉤的穩定幣。 該平臺的最終目標是讓用戶使用穩定幣支付商品和服務，而不是法定貨幣。（cointelegraph）[2019/8/1]

那一刻，也許困難又回到了1。如果他們重新啟動所有比特幣礦工，那么他們不僅會每10分鐘驗證一次區塊，還可能每秒鐘或更短時間驗證一次區塊。很快，他們的國內比特幣區塊鏈將超過世界其他地區的區塊鏈高度。如果他們開放互聯網邊界會發生什么？好吧，他們抹去區塊鏈的所有努力都將被粉碎。

因為比特幣會同意，一條真正的區塊鏈是最長、工作最多的鏈。因此，提前準備了X個區塊但減少了Y個區塊的國內供應鏈將很快被世界其他地區的供應鏈所取代，這些供應鏈的區塊更少，但投入的工作更多。

錢包

比特幣使用的是一種被稱為分層確定錢包的東西。

BIP32分層錠性錢包

錢包的目標是：簡化資金和UTXO的管理。比特幣節點將通過對金額最高的UTXO進行優先級排序，自動為您的交易提供資金，而不是操縱粒度較小的UTXO。

我們從一個初始種子創建一對公鑰和私鑰。

可以派生這些密鑰，以獲取子密鑰。

最初，人們認為這種衍生可能管理多個賬戶和多枚硬幣。實際上，你的錢包里通常不會混裝硬幣，但以太坊也可能使用高清錢包。

擁有多個帳戶的第一個用例是更改地址。這樣，您就可以確保您為接收付款而動態生成的地址不會與更改地址重疊。最大限度地保護隱私。

多重簽名錢包

錢包也可以在多個所有者之間共享，我們稱之為多重簽名錢包。

多重簽名錢包

上述：Justin、Vittie和Craig各自持有打開multisig錢包所需的三把鑰匙中的一把。

多重簽名錢包有兩個主要使用案例：

多人共享資金。想象一下，一家公司擁有一堆比特幣，比如加密交易所，擁有一個多重簽名錢包，可以確保如果有人不在，團隊中的其他人可以訪問這些資金。

真實例子：

首席執行官突然去世后，一家加密貨幣交易所可能損失了1.45億美元

把你的錢包備份一下。想象一下，你可以在電腦、手機上有一個簽名，而在舊設備上隱藏第三個簽名。如果您丟失了任何一臺設備，那么您仍然有機會訪問您的資金并將其轉移到新的錢包中。

擁有多個賬戶有助于拆分余額，以管理不同的預算。

腳本

比特幣提供了一種簡單的基于堆棧的編程語言，非圖靈完全。下面是比特幣維基頁面上的一個例子。

來源：比特幣維基

由于這種語言，比特幣有時被稱為可編程貨幣。

它描述了應該如何驗證UTXOs。

我想請您閱讀比特幣維基上的一些腳本示例，以快速理解該語言的本質

僅供參考，操作碼OP_RETURN可用于在區塊鏈上留下信息。

API

為了與比特幣守護進程交互，它公開了一個RPC接口。這就是比特幣CLI工具所使用的，但您也可以使用curl或任何HTTP客戶端與比特幣節點通信。

來源：bitcoinBillions項目組com/bitcoin/bips

這就是開發者社區達成共識的地方。

我們現在所知道的定義錢包的BIP示例：

BIP32githubBillions項目組com/bitcoin/bips/blob/master/bip-004..

討論中的BIP之一將被納入比特幣的下一個主要版本：

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

結論

從2022年開始，再過幾年，如果你理解了那篇文章中引用的所有概念，你就足夠好了，可以開始使用比特幣進行開發。

根據你將使用或使用比特幣的哪一部分，以下是一些你應該從哪里開始挖掘的提示：

關于采礦，區塊包含的信息比我引用的要多，

關于事務和腳本，有不同類型的事務使用腳本：p2sh、p2pkh、p2wpkh，但也有一個有趣的東西叫做HashedTimeLockContract，

關于錢包，你可能想看看Taproot的最新更新，它允許多簽名錢包擁有更多隱私，

更普遍的是，Lightning是比特幣支付結算解決方案的第二層，Liquid是比特幣的一個側鏈，包含機密交易和資產發行。

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