NSC: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_CoinScan

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。

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。

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。

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。

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。

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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