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用比特币的中间层知识完善区块链认知

2020-01-13 14:00:00

中本聪对于密码学与加密算法的纯熟应用,是比特币系统中最让人称道的天才之一。

编者按:本文来自区块链大本营(ID:blockchain_camp),来源:伊特瞅见,责编:Carol,Odaily星球日报经授权转载。

区块链的知识为啥看了这么多还是有疑惑?

一是当下已然娱乐时代,惯常用宣传代替理论。

二是大家在认知中习惯于因果的套路。对很多事物先看到果,然后再看因,继而就得出了因果。此法一般有用,但不常常有效,因为忽略了中间层,所以可能会得出一个有巨大偏差的因果。

例如华为公司,常见华为“果”是高创新、高利润,再看华为的“因”是高薪、狼性文化、大研发等等,然后就得出个“狼性就能高利润”的因果。

这当然是谬误,因为这个因果忽略了华为重要的“中间层”——从1998年开始到2007年结束,华为用10年时间,砸了几十亿美元,在IBM的倾力支持下完成的真正意义的数字化转型【1】。

今天(2019年)很多公司在未来5年规划中才准备大动干戈的数字化转型,华为在十多年前就高质量的实现了,这才是华为卓然不群的关键点。

“磨刀”完毕,说说区块链的中间层。现在百度一下,可见区块链有四要素:分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法。对此很多读者数年前就已经刷过了,但是为啥还是疑惑?因为四要素不是区块链的真相,只是区块链的四个特征,区块链另有自己的“中间层”。因此,我们还得从比特币说起。

中本聪创造了第一个在互联网上成功运行的去中心化实验金融体系——比特币,这也是今天广义区块链的发端。关于比特币的基础运行机制,大家可以阅读中教主唯一传世的著作《比特币白皮书》。

当年的中本聪,并不知道今天成为趋势的广义区块链。他只是专注于怎么建设一个在互联网上绝对安全可靠,去除中心以及第三方中介,全员参与、完全可信的货币发行与交易机制,这也算得“区块链教”的原教旨。基于这一初心,中本聪的比特币世界其实是由三个要素构成:非对称加密算法机制、区块链账本和节点(矿工)。我们先来说说非对称加密算法机制。

比特币中的非对称加密算法机制

中本聪对于密码学与加密算法的纯熟应用,是比特币系统中最让人称道的天才之一。此中的非对称加密算法机制,主要包含:私钥、公钥、数字签名三个关键技术点和配套的非对称加密算法。

先说说信息加密,在人类社会的发展历程中,对信息加密和破密的第一刚需就是军队。在古罗马时代人类为了加密已经可以熟练使用“密钥”机制。所谓密钥,就是可以对原始数据进行加密,也可以对加密数据进行解密的东东。

例如“baby”这个单词,我们采用密钥为1的向后错位加密算法(b向后错1位是c,a向后错1位是b...),那么加密后就变成了“cbcz”,解密时用密钥1向前反推即可。在漫长的历史中,人类围绕单密钥的算法演变原来越复杂,到二战时英德双方在基于单密钥的电报加密和破密方面斗智斗勇,精彩纷呈,并直接改变了二战的进程。

非对称加密算法于1976年发明,经过不断优化演变,目前号称人类最安全的加密算法,非对称加密主要的业务机制是:

1)加解密使用密钥,密钥即可用于加密,也可用于解密;

2)现在有配对的两个密钥,称为私钥A和公钥B,此为非对称;

3)用私钥A加密的信息,可以用配对公钥B解密;

4)用公钥B加密的信息,可以用配对私钥A解密;

5)目前人类的算力,理论上还不能破解非对称加密。

用比特币的中间层知识完善区块链认知

非对称加密算法出现后,在安全认证、信息传输加密等方面得到大量应用。但到了中本聪这里,让非对称加密算法陡然一变,成为了去中心化设计中最为耀眼的创造之一,这也是中本聪心心念念的东西,他在《比特币白皮书》中,一上来就得瑟此创造:“Digital signatures provide part of the solution”。

用比特币的中间层知识完善区块链认知

见上图,是笔者自绘的简化版的比特币交易模型,其主要过程如下:

(1) 用户A、用户B交易时都是使用私钥,但暴露在网络上的是经非对称加密算法计算得出的与各自私钥唯一匹配的公钥,通过公钥不能反推得到私钥,这很好地保护了用户的隐私性;

(2)用户A发起交易时,主要信息包括:a、发起者的钱包(公钥)地址;b、交易金额;c、接收者(用户B)公钥地址;d、交易发起者(用户A)用自己的私钥对本次交易确认的数字签名。

(3)此时要解密交易信息(以或得用户A的“转账款”)需要同时解开用户A和用户B两个密钥的复合加密内容:a、发起者用户A的加密信息(发起者的私钥数字签名);b、接收者用户B自己的身份加密(接收者的公钥)。

(4)接受者只需要通过自己的私钥和网络公开可得的发起者(此处为用户A)的公钥就能实现交易信息的解密。

这个机制从业务逻辑上实现了发起者对交易的有效确认及不可篡改,实现了接收者凭唯一有效身份(个人私钥)解密交易。

理论上我们推演了上述逻辑,比特币系统安全运行这么多年的实践也证明其安全有效:用户A和用户B可以自由、安全的大额转账(考虑到现在一个比特币价值数千美元),这也就是比特币实现“去中心化的点对点安全可靠交易”的基础之一:“Digital signatures provide part of the solution。”

而各位看官,您再瞅瞅,此时的比特币系统虽然和QQ一样是点对点的信息交互,但是已经不需要像QQ那样搞个中心数据库存放你的账号、密码了。您只要拿好自己的私钥,永远没人能盗走你的号。您只用凭个人私钥就能独闯江湖了,这真的是打开了魔盒,中本聪用私钥、公钥和数字签名干掉了劳什子的数据中心!从此你的世界你说了算!有时我想,这是不是中教主隐世的原因之一?

当然,实际的比特币交易要略复杂,主要是多了“公钥”与“钱包地址”的对称加密转换。【2】

另外,在比特币的世界中,私钥非常重要(很多人存在U盘上),一旦弄丢了就真的找不回来了,据估计,因私钥丢失而无法找回的比特币数量高达20%以上——据说,没事的时候到码农密集生活区的垃圾桶去翻找遗失U盘,是一件既锻炼身体,又充满致富梦想的活动。

后记:关于中间层的下一个知识点的白话文正在编写中,欲知后事,且听下回。

注释:

【1】任正非接受《华尔街日报》采访纪要:在我们公司,我实际是一个傀儡,我在与不在对公司没有那么大影响。当年我们向IBM学习管理变革时,IBM顾问跟我讲“管理变革最终就是把你“杀”掉,让你没有权力,你有没有这个决心?”我说我们有。十几年内,IBM数百位专家在这里帮助我们变革,华为今天走成这样,IBM给我们奠定了很重要的组织结构和管理基础。

【2】比特币中,私钥为一个256 位的二进制数(32字节),私钥转换输出有二:一是通过非对称加密算法可生成公钥,然后再转换生成公钥哈希值,这个过程不可逆推找到私钥。压缩格式的公钥有33字节,非压缩的公钥则有65字节,为了便于记忆,从公钥哈希还可以转换生成钱包地址(20字节),它与公钥唯一匹配,可以逆推演,主要是便于记忆。二是通过私钥可以生成数字签名。比特币的拥有者必须通过公钥、签名双重验证后才能使用比特币。

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