進入Web3.0時代後，我們迫切需要一種用戶創造、用戶擁有、用戶控制的貨幣形態。存在一套機制進行“信用”背書，讓人們對這種貨幣在交易層面達成“共識”。隨着人們的網上消費增多，它應該仍然能夠滿足數字交易的需求。它應該是去中心化的，存儲的數據應該屬於所有創造它的人。它應該是安全的，可以被驗真，交易體系需要能持續平穩運行，任何人都不能隨意改變自己手上的貨幣量。電子簽名與分佈式賬本爲了方便理解後續有關比特幣和區塊鏈的一系列概念，我們來營造一個虛擬的場景，模擬貨幣的實際運行，思考存在的問題和解決的方法。場景：小明、小紅、小剛、小麗是四個好朋友，他們之間有頻繁的金錢往來，於是他們建立了一個公共電子賬本，記錄下彼此賬戶間發生的交易，到月底統一結算。現在讓我們看看這樣簡單的交易體系會出現哪些問題，以及比特幣是如何解決這些問題的。電子簽名：公鑰與私鑰第一個問題是如何保證交易的記錄是準確的？因爲電子賬本是公共的，所以任何人都可以偷偷在上面增加記錄。如果小明在未經小剛的允許下在公共賬本上增加了一條不存在的記錄，說“小剛要轉給小明10元錢”怎麼辦？一個最簡單的思路是，每一筆交易都需要這個人不可僞造的電子簽名以確認本人授權了這筆交易。(私鑰簽名，公鑰校驗簽名)但是，怎麼樣實現不可僞造的電子簽名呢？這就涉及密碼學的研究成果：公鑰與私鑰。每個人的賬戶都有一對字符串，一個叫作公鑰，一個叫作私鑰。公鑰是公開的賬戶地址，所有人都可以看到，而私鑰相當於賬戶密碼，只有你自己才知道這一串數字，每個公鑰都只對應唯一的一個私鑰。爲了實現電子簽名，需要用到兩個函數：簽名函數和驗證函數。簽名函數（交易記錄，私鑰）= 針對該交易的電子簽名驗證函數（交易記錄，簽名，公鑰）= True/False破解難度因爲函數具有不可逆轉性，想要獲取公鑰配對私鑰來僞造的簽名，除了一個個嘗試枚舉之外，並沒有任何其他方法，而進行完全枚舉則需要嘗試2256次。也就是說，如果想要通過枚舉法來找到這個數字，假設使用1000萬億臺中國峯值性能爲每秒1.206千萬億次的“天河一號”超級計算機，就算花1000萬億年的時間，連這個枚舉量的零頭都遠遠達不到，這一龐大的計算量從根本上保證了電子簽名的不可僞造性。電子賬本與加密貨幣爲了避免這種情況，需要像使用支付寶一樣，讓每個參與這套系統的人都向賬戶裏先存儲一定的資金並同樣記錄在賬本上，然後才能進行交易。例如，“小明向賬戶上存了100元”，每次增加交易記錄時，需要判定對方賬戶上是否有這麼多錢，如果存的錢不夠，就需要宣佈這一筆交易無效。到此爲止，以上都是一個支付系統最基礎的功能。分佈式賬本與廣播網絡電子簽名和電子賬本成功地解決了如何讓機制進行信用背書以及數字交易的問題，但爲了實現Web3.0時代“用戶創造、用戶擁有、用戶控制”的理念，我們需要把賬本做成分佈式的，儲存在網絡中的每一個用戶那裏。又因爲“歷史交易信息的總和就是貨幣”，那麼每個人手中的賬本也應該是一樣的，這時，就需要一個廣播網絡。例如，小明要給小剛100元，小明需要順着網線“大吼一聲”，把這個消息傳給小紅、小剛和小麗，讓他們在賬本上也添加上這條信息，以保證所有人的賬本保持一致。當然，這只是一個形象的比喻，這個過程實際上是由加密貨幣系統自己完成的。共識機制與區塊鏈共識機制當我們採用電子簽名和分佈式賬本的時候，我們用一套機制體系去解決了信用背書的問題。然而，藉助這樣的體系，我們真的能在交易層面完全達成共識嗎？設想一個場景，小明要給小剛100元，小明順着網線“大吼一聲”把這條消息傳送給了所有人。但這時小紅的網絡出現了故障，她丟失了這條消息記錄。小剛的賬本上有這條信息，所以他認爲能夠使用這“100元”進行交易。但是他找小紅的時候，小紅賬本上又沒有這條記錄，自然就不認可這“100元”的價值，也就無法達成交易的“共識”。因此，爲了能達成交易層面的“共識”，需要建立一套機制，保證每個人以相同順序接收了相同的消息記錄，這就叫作“共識機制”。比特幣在建立之初設計的共識機制叫作工作量證明，此外還有權益證明、委託權益證明（Delegated Proof of Stake，簡稱DPoS）、實用拜占庭容錯算法（Practical Byzantine Fault Tolerance，簡稱PBFT）、參與度證明（Proof of Participation，簡稱PoP）等其他形式的共識機制。下面是拜占庭圖片說明：工作量證明（Proof of Work, PoW）工作量證明的核心思想是，如果需要得到大家認可的“共識”，你需要付出足夠的工作量。在互聯網的世界，這種工作量就是計算。在這種情況下，計算所消耗的算力與時間資源就是大家信任的基礎。那麼如何證明自己的計算量呢？這時就需要借用一個著名的加密工具——哈希函數（又稱散列函數）。這類函數的性質非常奇特，你可以輸入任一長度的字符進去，它會輸出固定格式的一串字符串出來。有趣的是，雖然任意一種輸入只會有一種輸出，但是輸出的排列看起來卻是完全隨機的，針對輸入做任何微小的調整，都可能引發輸出巨大的變化。比如，如果你輸入“小明給了小剛100元”，結果是256個0，但是如果你輸入“小明給了小剛101元”或者“小明給小剛101元”（去掉一個“了”字），其中幾十、上百個隨機的數位都可能會發生變化。這就意味着，這個函數類似於前面提到的簽名函數，想要通過輸出逆向推斷出輸入，在計算上幾乎是不可能的，能夠破解的唯一辦法就是一個個枚舉嘗試。以哈希函數“SHA256”爲例，對於任何輸入，它都會輸出一個256位的二進制數列，也就是需要嘗試2的256方次才能枚舉完，前文已經提到過這是怎樣一個天文數字了。因爲這一獨特性質，哈希函數也被廣泛地應用在密碼學領域，大家平時註冊網站填寫的密碼、銀行存款的密碼，可能都是通過這類函數加密的。有了這樣一種函數，就可以建立一種“工作量證明”的機制，所有人可以給想要證明自己工作量的那個人出一道題。例如，指定一串20位二進制的0-1字符串，讓答題者去找到一個輸入值，使得256位的輸出值中有20位和指定字符串一模一樣。對於想證明自己工作量的人，只能一個個嘗試，大概枚舉220次（大約100萬次）之後，他才能算出結果。而檢驗結果的方式對於出題人來說非常簡單，並不需要枚舉這樣的重複工作，只需要把答案輸入哈希函數裏，看一看前20位是不是和出的題一模一樣就行，這樣就能證明答題者大約付出了“220”這個量級的工作量。示例工作量證明的一個經典例子是比特幣網絡的挖礦過程。以下是一個簡化的步驟說明：交易發生：當有人在比特幣網絡上進行一筆交易，例如Alice想向Bob轉賬1個比特幣。交易廣播：這個交易信息被加密並廣播到整個比特幣網絡中的所有節點。交易確認：網絡中的礦工接收到這個交易信息後，會將其與其他等待確認的交易一起打包進一個新的區塊。計算工作量：每個礦工開始嘗試找到一個特定的數字nonce，通過將這個nonce與新區塊的其他信息（包括前一個區塊的哈希、新的交易列表等）進行組合，並通過SHA-256哈希函數進行運算。滿足難度目標：比特幣網絡會動態調整挖礦的難度，使得礦工平均需要經過一定數量的哈希運算（通常是數百萬次或數十億次）才能找到一個滿足條件的nonce。這個條件通常是要求哈希結果的前幾位爲零。發現 nonce：當一個礦工通過大量的計算嘗試找到了一個滿足條件的nonce時，他們就完成了工作量證明。新區塊生成：礦工將包含正確nonce的新區塊廣播到整個網絡中。驗證和確認：其他節點收到新區塊後，會獨立驗證其中的所有交易以及nonce是否真的滿足工作量證明的要求。如果驗證通過，他們就會接受這個新區塊，並將其添加到自己的區塊鏈副本中。獎勵和費用：成功生成新區塊的礦工將獲得一定的比特幣作爲獎勵（目前是6.25 BTC），同時也可以收取該區塊中所有交易的手續費。通過這個過程，工作量證明確保了只有付出實際計算資源的礦工才能創建新的區塊，並且由於篡改歷史區塊需要重新完成之前所有的工作量證明，這使得比特幣網絡具有很高的安全性。然而，這也導致了大量的能源消耗，因爲礦工需要不斷運行高性能的計算機來競爭解決這些複雜的數學問題。2024-2025年註定是區塊鏈不平凡之年💸如果你對交易技術感興趣，並且也想和我一樣能擁有一套自己的交易系統，不管是交易長週期，還是短週期，都能夠遊刃有餘！來 我 社 羣一起交流，讓我們一起擁有更多的比特幣💸💕 記得關注哈💕你的關注讓我有更多的動力分享乾貨給大家！我會隨時分享財富密碼💸記得查看喔💰#熱門話題 #Web3Wallet #Web3Pay $BTC