在比特币白皮书《比特币:一个点对点电子现金系统》中本聪详细地解释了他是如何设计这个系统的。在其中,他确立了此后所有区块链系统的主要设计原则。一个真正的点对点电子现金应该允许从发起方直接在线支付给对方,而不需要通过第三方的金融机构。现有的数字签名技术虽然提供了部分解决方案,但如果还需要经过一个可信的第三方机构来防止(电子现金的)“双重支付”,那就丧失了(电子现金带来的)主要好处。
 
针对电子现金会出现的“双重支付”问题,我们用点对点的网络技术提供了一个解决方案该网络给交易记录打上时间戳(对交易记录进行哈希散列处理后,将之并入一个不断增长的链条中,这个链条由哈希散列过的工作量证明(hash- based proof-of-Work)组成,如果不重做工作量证明,以此形成的记录无法被改变。
 
最长的链条不仅仅是作为被观察到的事件序列的证明,并且证明它是由最大CPU处理能力池产生的。只要掌控多数CPU处理能力的计算机节点不(与攻击者)联合起来攻击网络本身,它们将生成最长的链条,把攻击者摔在后面。
 
这个网络本身仅需要最简单的结构,信息尽最大努力在全网广播即可。节点可以随时离开和重新加入网络,只需(在重新加入时)将最长的工作量证明链条作为在该节点离线期间发生的交易的证明即可。
 
威廉·穆贾雅在《商业区块链》一书中对比特币白皮书摘要进行了分析,他总结了四个要点:①点对点电子交易;②不需要金融机构;③加密证据而不是中心化的信用;④信用存在于网络,而不是某个中心机构。
 
而从这个摘要中,我们提炼出了比特币系统设计的五个要点:比特币的区块链系统是由分布式账本(即狭义的区块链)和去中心网络(点对点网络)组成的,形成链条的方式是工作量证明共识机制。最长链是由网络中的算力共同决定的,因而它是可信的,节点离开和加入依据的是最长链是可信的这一原则。这些组合起来形成了比特币系统。
 
1、去中心化的点对点电子现金系统
 
比特币要做的是一个“点对点的电子现金系统”,发送方和接收方直接交易,它们之间不需要中介机构的介入。要去掉可信第三方等中介机构,就需要解决“双花问题”。在摘要中,中本聪给出了点对点网络的解决方案,并介绍了这个方案的核心—区块链。他并没有提到区块链( blockchain)这个词,但在论文中分别提到了区块( block)和链( chain)这两个概念。
 
2、分布式账本
 
比特币的区块链是基于工作量证明形成的带时间戳、存储数据的数据块和由哈希指针连接成的链条。这个链条或者说账本以分布式的方式存储在比特币网络的各个节点上,因而也被称为分布式账本。
 
3、工作量证明
 
比特币网络中的节点按照规则进行加密哈希计算,以竞争获得生成新区块的权利。节点在竞争获胜后就获得记账权,它生成区块成为最新区块后,就获得与新区块对应的挖矿奖励。工作量证明也是区块链账本的安全机制。如果不重做“工作量证明”所需的大量计算则此链条不可修改,这一共识机制保证了区块链上的数据的可靠性。
 
4、最长链原则
 
在任何时刻,最长的链条是所有人都接受的最终记录。由于最长链是由网络中的主要算力完成的,因而只要它们不都与攻击者合作,那么它们生成的最长链就是可信的。这个原则被称为最长链原则”。
 
5、去中心网络
 
比特币的去中心网络的架构非常简洁,本身需要的基础设施很少。它可以在互联网网络上运行。计算机节点可以随时离开或加入这个去中心网络,在加入时它们只需遵守最长链原则即可。
 
来源:摘自《超入门区块链》方军著
 

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