区块链技术演进：从比特币的起源、发展和技术创新看

很多人谈论区块链，但很少有人真正研究其基础。如果没有对技术的基本了解，就很难在业务上有所作为。比特币是区块链技术的起源。我们应该回到本源，探索比特币的深层结构和质地，梳理其演化过程中的矛盾和创新。探索区块链技术的本质是从业者的必经之路。

1 个来源

区块链技术起源于比特币。

比特币是点对点电子现金系统，由中本聪于2008年设计开发。这是一个分布式系统，其价值流通媒介是虚拟加密数字货币：比特币。

比特币的发行和流通不受任何中央机构的控制，只要你有计算能力和互联网接入，你就可以参与其中。它的代码是开源的，由来自世界各地的极客组成的比特币核心钱包（Bitcoin Core）的核心开发者在GitHub（源代码托管仓库）上共同维护和更新。 GitHub收藏有4万多人，代码分叉。 (fork) 超过 24,000 次。

比特币是密码学和经济学的结合体，人类首次掌握了自己的数据主权，将打破现有互联网巨头垄断的数据孤岛状态。所有数据都在区块链上，这将是一个全人类维护的分数数据库。

比特币使用的关键技术实际上可以追溯到 1970 年代。

1977 年，Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 共同提出了非对称加密算法 RSA。首次将非对称加密的思想落实到具体算法中。

1980 年，Ralph Merkle 提出了 Merkle 数据结构，广泛应用于文件系统和网络系统中的点对点（P2P）。比特币使用 Merkle 树计算交易根哈希（hash）。

1982 年，Leslie Lamport 提出了拜占庭将军问题来描述分布式系统中的一致性问题。 Leslie Lamport 提出的 Paxos 算法只适用于没有拜占庭错误的可信环境。中本聪创造性地在比特币中引入了工作证明（POW）来解决这个问题。

1983 年，David Chaum 发表了论文 Blind Signatures for Untraceable Payments。在论文中，他提出了一种盲签名密码算法，利用该算法实现了电子交易中的匿名性，这也是他提出的eCash中的一项重要密码技术。

1985 年，Neal Koblitz 和 Victor Miller 独立提出 Elliptic Curve Cryptography，这是一种椭圆曲线数学的公钥加密算法。比特币使用ECDSA secp256k1算法来实现其公钥签名系统。

1997 年，Adam Back 提出了 HashCash 方法，算法论文中出现了工作量证明的概念，当时主要用于反垃圾邮件。如果将一封电子邮件发送到目标邮箱，则必须满足一定的计算结果才能被目标邮箱系统接收。对于普通的邮件发送者来说，满足要求的数据计算是在不经意间完成的，但对于垃圾邮件发送系统来说，每天都要完成大量的邮件发送任务，这些邮件所需的计算时间可以加起来。大大增加了系统的负担，从而增加了发送垃圾邮件的成本。

1998年，戴伟提出B-money（一种匿名的、分布式的电子加密货币系统），占据了比特币白皮书的第一个参考资源。它继承了工作量证明的造币思想，将记账工作分发到点对点网络，但与可以使用的P2P电子支付系统仍有很大差距，因为它缺乏最关键技术——共识机制，即无法解决双花问题，交易双方必须信任第三方。

1998年，Shawn Fanning在美国波士顿东北大学读大一时，为室友开发了一个音乐收藏程序，可以在网上搜索音乐文件，检索音乐文件。它被组织和索引，以便用户可以轻松找到他们想要的音乐。该程序被 Sean Fanning 命名为 Napster，从那时起，越来越多的人开始在互联网上使用 P2P 技术。

2001年，由美国国家安全局（NSA）开发，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的SHA2（Secure Hash Algorithm2）算法诞生。哈希函数算法标准是SHA算法中的一种，可以进一步分为6种不同的算法标准，包括SHA224、SHA256、SHA384、SHA512、SHA512 /22 4、SHA512/256。比特币使用SHA256算法计算区块的数字摘要，两次使用SHA256算法进行挖矿操作。

2 开发

2008年11月，中本聪发表《比特币：一种点对点的电子货币系统》，正式开启比特币时代。

Nakamoto 在描述文本中的数据结构时使用了 Block 和 Chain 等词。后来，当人们细化比特币的底层实现技术时，抽象的技术体系以区块链为代表。区块链一词是创造出来的，可以说是比特币的底层设计思想衍生了区块链的概念。

中本聪在论文中表示，区块链由一系列密码组成。这些区块是按顺序连接的技术作为比特币，新的区块总是添加到区块链的末尾。

区块链由点对点网络节点共享。网络中的所有交易由全网节点共同维护并存储在本地，数据与其他节点保持一致，因此区块链也可以看作是一个去中心化的分布式数据库。

比特币主网上的第一个比特币诞生于 2009 年 1 月 5 日。比特币的网络节点使用工作量证明算法来生成区块，也就是通常所说的“挖矿”。

“挖掘”是指使用计算机解决复杂的数学问题。谁拥有最强的计算能力，谁就可以先解决问题并将其广播到网络上。这个数学问题的验证过程非常简单，其他节点可以快速验证答案的正确性。如果正确，则承认谜题（块数据）的合法性。区块数据包含交易，网络节点会在确认数学问题答案的同时确认交易的合法性。 ，并记录在本地区块链中。

为了激励网络节点积极打包出块，抵消节点使用算力带来的功耗和设备损耗，比特币开发者在系统中设计了一种挖矿激励机制，即区块奖励机制。初始区块奖励50比特币，之后每10分钟增加一个区块，奖励50比特币。

比特币总产出为2100万枚，当挖矿总量达到剩余一半时，区块奖励减半。例如，当挖矿量达到1050万枚（2100万枚×1/2），出块奖励为25枚（50枚×1/2）），当挖矿量达到1575万枚时块（1050块+1050块×1/2），出块奖励为12.5块（25块×1/2）），这样反复减半。每个减半周期为4年左右，2140年左右总产量将接近2100万。用户发起交易时，需要额外支付一笔交易费用，这笔费用也会随着区块奖励给挖矿和打包的网络节点奖励。

在比特币系统中，用户签名发起的交易与实体经济中的交易相同。描述等。比特币系统中的所有交易都存储在区块链账本中，也称为区块链账本的记账。

在白皮书《比特币：一种点对点的电子货币系统》中，中本聪创新地使用未使用的交易输出 (UTXO) 来记录比特币交易。

比特币的交易由交易输入和交易输出组成。每笔交易花费（Spend）一个（或多个）输入（Input）并同时产生一个（或多个）输出（Output），它产生的输出就是“未花费的交易输出”。交易需要发起方使用私钥签名，证明资产所有权和交易合法性，交易接收方无需全程参与。

图一

如图11所示，A、B、C是三个账户，Tx定义为一笔交易。一笔交易由两部分组成：输入和输出。每个交易的输入指向前一个 UTXO。交易完成后，UTXO 将成为已花费的交易输出，不能再次使用；而交易产生的输出就是新的UTXO。 UTXO 的所有权属于接收者。如果交易过程中有多余的资产，就会产生一个找零UTXO，接收方就是他自己。交易流程如下：

(1）Transaction-1 (coin minting) 表示交易由矿工获得，输入标识为挖矿(Mining)，输出的所有者为A，表示UTXO-A矿工挖矿获得的-1属于账户A。

(2）transaction-2的输入指向transaction-1的输出，即账户A使用自己的UTXO作为transaction-2的输入，输出为B和A，即表示A账户转入B账户，同时还有资金余额，给自己找零钱，此时UTXO-A-1将成为消费交易输出，无法使用再次。为使用，它被标记为灰色。

(3）Transaction-3是B账户向C账户的转账，Transaction-4是A账户向C账户的转账，同时给自己找零形成一个新的Output，账户C此时有两个UTXO UTXO-C-1和UTXO-C-2。

(4）transaction-5的输入由账户C的两个UTXO组成（UTXO-C-1和UTXO-C-2），输出为B账户和自己的C账户，即资产转入B账户，找零给自己。

由于余额由最终属于自己的所有UTXO的总和组成。经过这5次交易，账户A的资产是UTXO-A-3，账户B的资产是UTXO-B-2和UTXO-B-3，账户C的资产是UTXO-B-2和UTXO- B-3。有UTXO-C-3资产，每个账户只能控制自己的UTXO，也就是自己剩余的资产。因此，从这个角度来看，比特币区块链中没有余额的概念，只有UTXO。

可以在GitHub网站上搜索比特币的项目地址，搜索比特币后的结果如图2所示。

图2

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比特币项目主要包括两个项目：bitcoin 和 bips。

比特币是比特币客户端的源码项目，用C++语言开发实现，用户可以下载编译，用于挖矿或作为全节点钱包。

bips（Bitcoin Improvement Proposals）是一个比特币改进提案项目，用于接收比特币升级和改进提案列表。任何人都可以在项目中提出自己的改进想法并使其成为一个新的提案，每个提案都有多个状态，例如接受、拒绝、草稿、最终等。比特币的升级和维护更多地取决于这些提案是否最终得到确认，这些提案由比特币社区共同维护和确认。

3 技术创新

比特币是第一个基于区块链技术的去中心化支付系统，其特点和创新比较多，主要体现在两个方面。对于支付体系的创新技术作为比特币，二是去中心化的创新。

1、作为支付系统的创新

作为支付系统的创新主要体现在以下四个方面：

(1）比特币可以作为全球资产。无论如何，无论资产有多大，都可以通过区块链网络转移到目标账户。比特币的出块时间是10分钟，并且交易地点不受任何物理限制，只要有网络，用户就可以通过工具发起交易进行资产转移，不分国界和地区；%，有些支付方式费用高达3 %.如果使用比特币网络支付，只需要支付少量的交易打包费，与金额无关，尤其是大额支付。其优势在于手续费低；

(3）比特币是一个去中心化的网络和系统，不属于中心化的组织或个人，它的规则不会被轻易修改，它的网络不会被个人机器控制。例如，网络的稳定运行已足以证明其安全性，其总量2100万的机制由所有矿工维护，至今未变；

(4）交易是公开匿名的，任何人都有机会参与交易，而且他们的账户是匿名的，无需申请特殊权限就可以进入网络，只有通过密码学来证明合法性身份与实际身份无关，具有一定的匿名性。

2、去中心化创新

在去中心化创新方面，比特币带来了系统建设的新思路。核心是去中心化，但还是要正确理解比特币的“去中心化”属性。以下三个维度说：

(1）架构层。在物理世界中，系统由多台计算机组成。在运行过程中，我们可以容忍一些计算机停机时间而不影响系统。比特币网络节点部署在各个角落全世界，而且这些节点还存储着完整的区块链数据。任何一台或多台计算机的宕机都不会影响比特币网络中的其他节点，更不会影响整个区块链网络的使用。

(2）治理层。系统的所有权不受某个中心控制，而是由多个机构或个人共同拥有。比特币网络的治理由所有参与的矿工决定。矿工分布均匀，一个人或组织很难控制大多数（51%）的矿工，保证了比特币系统在治理上的去中心化。

(3）逻辑层。从系统设计和数据结构来看，它是一个完整不可分割的整体，所有参与者都维护着相同的账本数据。每个参与计算的网络节点自己维护着全量的区块链账本，节点之间的账本具有强一致性，也是基于相同的数据进行验证、打包、区块增长。数据层本质上是强一致性。分布式账本。返回搜狐，查看更多