比特幣:科普 | 比特幣交易的過程

最近這段時間，博主在整理一份通俗易懂的挖礦科普專輯，希望從最初加密貨幣交易的發生到挖礦確認交易的各個環節，全面地介紹挖礦過程中，到底發生了什么，哪些環節產生了挖礦收益，而我們常說的算力又指的是什么，挖礦收益為何要這樣分配等等。

以比特幣為例，我們知道比特幣網絡里設計挖礦的目的是打包交易，維護比特幣網絡，那么交易其實就是跟挖礦息息相關的第一個環節。在比特幣網絡中交易的過程使用了非對稱加密技術，數字摘要技術，區塊鏈技術等，其中的技術實現，已經有眾多大神珠玉在前，博主就不獻丑了。這篇文章的主要目的是將比特幣的交易過程用較為淺顯的語言展示出來，讓更多跟筆者一樣的技術門外漢了解比特幣。

歐易OKEx將于3月18日推出DeFi系列科普視頻:據歐易OKEx官方消息顯示，歐易OKEx將正式推出DeFi系列科普視頻《歐易DeFi20講》，本系列節目由歐易OKEx亞太區CEO馬克金主講。該視頻首期將于3月18日11:00(HKT)推出，用戶可以在歐易OKEx官方學院、金色財經觀看。

《歐易DeFi20講》主要包含DeFi入門指南、全景解讀DeFi生態及如何參與DeFi三個篇章，可以輕松使用戶了解DeFi原理，洞察DeFi價值，掌握DeFi熱點，更多詳情請關注歐易OKEx官方學院。[2021/3/18 18:55:59]

在展開說明之前，需要先安利幾個概念：

非對稱加密：也叫公開密鑰加密，它是通過密碼學的算法生成一對公私鑰，公鑰對外公開，私鑰由本人保管。它有兩個

用途：一，他人可以將數據用公開的公鑰加密后傳輸給公鑰持有人，公鑰持有人使用對應的私鑰將數據解密，讀取信息，通過這種方式，可以保證

IMF今日發布的加密貨幣科普視頻實為兩年前舊聞，且存在諸多疏漏:國際貨幣基金組織IMF今日在推特上發布了一條關于加密貨幣的科普視頻，這段時長兩分鐘的視頻最初發布于2018年6月。該視頻稱加密貨幣是“貨幣進化的下一步”，但沒有特別提到DLT、區塊鏈，甚至是代幣名稱等術語。BTC、XRP和ETH只出現在說明加密交易的圖形中。盡管這段視頻到目前為止已經獲得了超過13.7萬的點擊量和2900個贊，但來自加密社區的許多反應都是批評的，他們指出了信息中的漏洞和似乎具有誤導性的措辭。

Reddit用戶nanooverbtc稱：“他們犯了很多錯誤，比如把私鑰稱為密碼。”該視頻也沒有討論挖礦或加密貨幣供應。Kraken策略師Pierre Rochard等知名人士表示：“可證明的稀缺性是比特幣有趣的原因，你忘了提這一點。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

信息傳輸的安全性；二，公鑰持有人可以使用私鑰對

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

信息簽名，然后將信息和簽名一起發送給他人，他人可以通過公鑰對信息簽名進行驗證，驗證簽名信息與發送信息一致，則證明信息是由公鑰持有人發出，可以在不暴露公鑰持有人身份和私鑰的情況下，確保信息來源的可靠性。（參考鏈接：

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

https://en.wikipedia.org/wiki/Public-key_cryptography）

財政部副部長朱光耀：數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展:今日，在中國發展高層論壇2018年會上，財政部副部長朱光耀表示：“數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展。也要關注數字經濟的其他影響，包括稅收征管、反洗錢監管措施等要跟上。”[2018/3/25]

哈希算法：也叫散列函數，可以通過它將數據量較大的消息或者數據計算出一個格式固定，數據量較小的

數字摘要。好的哈希算法應該是

不可逆的，

敏感的，

防沖突的。（參考鏈接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_function）

比特幣里的公鑰和私鑰：比特幣世界里，用來確定比特幣歸屬的是按照比特幣協議生成的一對對公鑰和私鑰，它們通過非對稱加密算法生成，

公鑰通過兩次

哈希算法運算

得到一個散列值，再經過

Base58Check編碼生成了我們常見到的比特幣的

錢包地址。所以錢包地址經過解碼后，就可以得到對應公鑰的哈希，可以用于驗證私鑰簽名，加密數據等等。

UTXO：Unspenttransactionoutput，未花費的交易輸出，它是比特幣世界里的

抽象貨幣，每個UTXO都被一個

公鑰鎖定，只有持有該公鑰對應私鑰的人，可以

通過私鑰簽名并使用該UTXO。可以把UTXO理解為

抽象的紙幣，但它的面值不是固定的。（參考鏈接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Unspent_transaction_output）

拋開代碼，我們接下來看看比特幣的交易是怎樣的一個過程：

如下圖，有甲、乙、丙、丁四個人，他們都有比特幣錢包，錢包私鑰自己持有，錢包地址在比特幣網絡公開，用于UTXO的鎖定和驗證。

起始，甲給丙0.7BTC，在比特幣網絡里的記錄是

UTXO(1)：甲給丙0.7BTC；乙給丙0.5BTC，在比特幣網絡里的記錄是

UTXO(2)：乙給丙0.5BTC。此時，丙的比特幣錢包的賬戶余額為這兩個UTXO之和，

丙的比特幣總數=UTXO(1)+UTXO(2)=1.2BTC。如下圖：

這天，丙向丁買了一批貨物，需要向丁支付0.8BTC。丙通過比特幣網絡向丁轉賬，但丙現有的兩個UTXO均不足0.8BTC，需要將兩個UTXO一起使用，

類似現金交易：給丁支付1.2BTC，丁找給丙0.4BTC。但在比特幣網絡中，這個

找零的工作是由丙自己發起的。

整個交易的流程如下：

丙通過比特幣錢包準備交易信息，交易信息包括輸入和輸出兩個部分，輸入是UTXO(1)和UTXO(2)，以及丙的錢包私鑰簽名

交易的輸出是未確認的UTXO(3)：丙給丁0.8BTC，這個新的UTXO指向丁的錢包公鑰，待交易確認后，將被丁的錢包公鑰鎖定。

此時還有0.4BTC需要找零給丙，因此還需要輸出一個未確認的UTXO(4):丙給丙0.3999BTC，這個新的UTXO指向丙的錢包公鑰，待交易確認后，將被丙的錢包公鑰鎖定。

為什么找零的數額不是0.4BTC呢？因為比特幣網絡要求，交易轉賬，需要向比特幣網絡支付交易手續費。剩余0.0001BTC未指向任何錢包公鑰，將作為轉賬手續費支付給打包這筆交易的礦工。

交易信息準備完畢后，經過丙的錢包驗證交易合法后，將交易廣播到比特幣網絡中，由挖礦節點驗證交易后，打包交易，并向比特幣網絡廣播，交易完成。

舊的UTXO被消耗，新的UTXO開始生效，此時丁的錢包里有一個未使用的UTXO(3):丙給丁0.8BTC，丙的錢包里有一個未使用的UTXO(4):丙給丙0.3999BTC。

以上是較為抽象的比特幣交易的過程，有關比特幣交易的構造，簽名驗證，節點驗證，交易廣播，加入挖礦節點mempool，礦工構造預備區塊，以及最終的出塊確認的過程，后續會分別介紹，本篇不做展開。

從這個抽象的交易過程，我們可以發現，比特幣的交易實質上是一堆UTXO的輸入和輸出的過程，伴隨舊的UTXO被消耗，新的UTXO產生，完成了一次又一次的比特幣交易。交易的過程由非對稱加密和哈希算法進行雙重保護，比特幣持有者可以放心完成交易而不必擔心身份被泄露，交易過程中也消耗了一部分比特幣，用于獎勵打包交易的礦工，使礦工樂于完成自己維護比特幣網絡的任務。

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