开源 Bitcoin P2P电子货币系统背后的技术 （一）

转载：http://www.showmuch.com/article/article_115.html

开源 Bitcoin P2P电子货币是点对点的电子现金系统，创建于2009年[http://en.wikipedia.org/wiki/Bitcoin]。无需金融机构直接点对点支付。该电子货币系统的特色是无需信托中间人，能够方便的进行互联网上的汇款。第三方不能够控制或者阻止您的交易。Bitcoin 交易几乎免费, 而信用卡的网上在线支付系统通常收取 1-5% 的交易费用，加上其他各种费用高达数百美元。避免了中央储备银行的不良政策和不稳定性所造成的安全隐患. Bitcoin系统的有限货币通胀是均匀分布(由CPU决定)于整个网络, 而不是由银行垄断。

这被某些人认为是最危险的开源项目，但我觉得恰恰相反，这是有史以来最令人兴奋的开源项目。这样发行的币才是真正的“人 民 币”，人民才是被服务，而不是被管理。P2P必将从商业、政治、生活各个方面重新定义新的更加公平公正的意识形态。

名词解释以及背后的技术

Bitcoin涉及到很多有意思的技术，要想搞懂bitcoin首先必须对这些技术理解和把握然后是对Bitcoin术语的理解，bitcoin最重要的技术支撑是P2P，数字签名(EC DSA)，散列(SHA256, RIPEMD-160), POW，和HashCash。而术语则是：transaction, block,  address, Merkle Tree.

工作证明 POW(Proof-Of-Work)机制

工作证明POW系统是要求对方服务前，必须要出据某种工作证明的机制。主要用于防止拒绝服务攻击和反垃圾信息。通常这种“工作证明”会花费一定的时间计算才能得到。最常见的例子是CAPTCHA。另外用于防止DoS和垃圾信息的机制是HashCash，bitcoin使用的原理就类似于HashCash.

HashCash 机制

hashcash 的灵感来自于这样一个想法，即一些数学结果难于发现而易于校验。一个众所周知的例子是因数分解一个大的数字（尤其是因数较少的数字）。将数字相乘来获得它们的积的代价是低廉的，但首先找到那些因数的代价却要高得多。

对交互式质询来说，因数分解足以胜任。比如，希望客户端能象征性地为其付出代价方能访问在线资源。这个时候可以定义协议，首先服务器向客户端发送一个消息，说“只要您能因数分解这个数，我将让您得到这个资源”。没有诚意的客户端将无法得到我的资源，只有那些能够证明自己有足够的兴趣、付出一些 CPU 周期来回答这个质询的才能得到这个资源。

不过，有一些资源无法很方便地进行交互式协商。比如电子邮件反垃圾或者支付交易，怎么才能避免邮箱不被垃圾邮件所占据？“我并不介意陌生人给我写信，但是，我希望他们能以稍微认真的态度，亲自通过对我有价值的邮件与我取得联系。至少，我不希望他们是垃圾邮件制造者，那些人向我和上百万的其他人发送包含同样消息的邮件（double-spending），期望我们中的某些人能购买某种产品或者落入一个骗局。”而对于电子货币，内容的复制几乎是没有代价的，如何保证电子货币（内容）没有被交易（发送）多次？这和反垃圾邮件是同样的问题。

hashcash的解决之道就是：在电子邮件的消息头中，增加一个 hashcash 戳记（hashcash stamp）散列值；该散列中包含收件人地址，发送时间，salt，该散列值特别之处在于它至少前20位必须是0才是一个合法的hashcash戳记。为了得到合法的散列值，发送者必须经过许多次尝试（改变salt值）才能获得。一旦生成戳记，不希望每一个给我发送邮件的垃圾邮件制造者都能重复使用它。所以，hashcash 戳记要带一个日期。这样可以指定时间更早的戳记是非法的。另外 hashcash 的接收端要实现一个double-spending数据库，用来记录戳记的历史信息。

Bitcoin中的术语解释

散列：bitcoin在计算散列时一般会计算2次。第一轮总是使用SHA-256散列，而第二次在大多数情况下，也是使用SHA-256散列，但用于生成较短的散列(例如生成 bitcoin接收地址的时候)会用RIPEMD-160散列。

hello
 2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824 ( sha-256)
 9595c9df90075148eb06860365df33584b75bff782a510c6cd4883a419833d50 (sha-256)

生成比特币地址时(RIPEMD-160)：

hello
 2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824 (sha-256)
 b6a9c8c230722b7c748331a8b450f05566dc7d0f (ripemd-160)

Addresses: Bitcoin Address是ECDSA公钥(public key)的散列，计算方法如下：

if 正式网络
  Version=0x00
else if 测试网络
  Version=0x6F
end
key_hash=Version+RIPEMD-160(SHA-256(public_key))
Checksum = SHA-256(SHA-256(Key hash))[0..3]  #取两次散列值后的前4位
Bitcoin_Address = Base58Encode(Key_hash+Checksum)
#Base58编码做了特殊处理，与通用的base58有一些区别：转换的时候
#前面的0被作为单个0保留。