BTC:科普：比特幣的交易過程_區塊鏈

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。

歐科云鏈集團正式啟動區塊鏈科普行動“星途計劃”:歐科云鏈集團于4月26日，正式宣布啟動了區塊鏈科普行動——“星途計劃”，行動包括將在全國范圍展開系列沙龍，加大力度推進區塊鏈科普進機關、進國企、進校園等，聯合政府部門、行業協會等共同構建起更加完善和有效的區塊鏈科普教育生態，與此同時，直擊區塊鏈科普現存痛點，推出簡單易懂的“秒懂區塊鏈”公益短視頻課。

該計劃旨在全維度推動社會建立對產業更清晰的認知，與“鯤鵬計劃”一道助力數字經濟及區塊鏈產業本身健康發展夯實“人才”和“產業認知”兩大基礎。[2021/4/26 20:59:37]

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，可以保證信息傳輸的安全性；二，公鑰持有人可以使用私鑰對信息簽名，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。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，也叫指紋，散列值，或者哈希。好的哈希算法應該是不可逆的，敏感的，防沖突的。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。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

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

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。

聲音 | 火星人朋友圈科普RAM:火星人在朋友圈發文稱，“什么是RAM？簡單來說就是EOS這個國家的土地，所有的經濟行為都離不開土地。只要EOS的BP們能投票形成一個穩定的供給預期，并且不改變目前的Bancor算法，那么RAM后續的價格有可能會像北上廣深的房價走勢。房價下跌不行，房價過快上漲也不行，EOS的生態越來越像某國了，真有意思。”[2018/7/6]

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：

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

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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