本篇將介紹比特幣涉及的算法，由于本篇比較高能赚瘦，所以白皮哥先預(yù)告下篇將為各位帶來低耗能彩蛋：《幣圈小白粟誓？來看幣圈快問快答！》起意。
白皮哥知道大多數(shù)朋友看到“算法”就已經(jīng)暈了鹰服，所以只說兩個問題：
-
錢包里：
千萬不要把私鑰告訴別人，因為私鑰=幣揽咕！
挖礦的過程類似于做因式分解題悲酷，比如：56 = 2 * 2 * 2 * 7。它的特點是只能暴力循環(huán)找答案（效率低）亲善，但是一旦找到解反向驗算（2 * 2 * 2 * 7 = 56）就非常方便设易。
好了，打醬油的各位可以退場了逗爹，以下的內(nèi)容給
的你們亡嫌。
還是這張圖：
這個過程稱為非對稱加密，并不是區(qū)塊鏈獨有掘而，在非常非常多的場合中（比如瀏覽器地址欄里的https協(xié)議）都有應(yīng)用挟冠。具體在區(qū)塊鏈技術(shù)中用到的主要是下圖中出現(xiàn)的橢圓曲線算法、哈希函數(shù)袍睡。
橢圓曲線算法
橢圓曲線算法有什么用呢知染？它可以使得每一筆交易非常容易被驗證真?zhèn)巍?/p>
舉個例子：
somebody是一個礦工，他挖出了1個比特幣（如上期所說斑胜，coinbase交易）控淡，這時就有一個交易0，它產(chǎn)生一個somebody鎖定腳本止潘，只有這個鎖定腳本解鎖了掺炭，這一個比特幣才能被花出去。
這時somebody想把這一個比特幣轉(zhuǎn)到addr凭戴，他就新建一個交易1涧狮，這個交易1里需要有出入賬的地址，同時產(chǎn)生一個addr鎖定腳本，這都跟前面類似者冤。但最重要的是需要有交易0的解鎖腳本肤视，因為這一個比特幣是來源于交易0的。somebody用他自己的私鑰產(chǎn)生公鑰和簽名涉枫，進而產(chǎn)生交易0的解鎖腳本邢滑，放入交易1。somebody向整個網(wǎng)絡(luò)廣播交易1愿汰。
任何收到的礦工節(jié)點都會先驗算解鎖腳本困后，需要驗證三件事：
交易1的出賬公鑰和解鎖腳本公鑰一致；
數(shù)字簽名是針對該交易的衬廷；
數(shù)字簽名是由交易1的出賬公鑰的對應(yīng)私鑰簽的操灿，
都通過的話礦工節(jié)點就開始挖礦。挖礦最快的礦工將這筆交易寫入?yún)^(qū)塊鏈泵督，而addr的錢包應(yīng)用會發(fā)現(xiàn)自己的地址入賬了1個比特幣。addr向café花0.005個比特幣買咖啡的過程也類似庶喜。
可以注意到小腊，得益于橢圓曲線算法，這里只有簽名和公鑰在網(wǎng)絡(luò)上傳播久窟，私鑰則被嚴密保護秩冈，但是任何接收方都可以快速驗證交易來源方是否正確，以及它是否有足夠的幣斥扛。
哈希函數(shù)
哈希函數(shù)應(yīng)用更加廣泛入问，它是一種把一個任意長度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成一個字符串的算法，只要輸入不同則輸出一定不同稀颁，是一種數(shù)字指紋芬失。您在下載電影的時候匾灶，電腦需要判斷下載的文件是否完整，就可以通過哈希函數(shù)來檢查您機器里的電影的哈希值和完整版的是否一樣阶女。
在區(qū)塊鏈中，它用于公鑰向比特幣地址的計算（SHA256和RIPEMD160兩次哈希）以及挖礦時候的計算秃踩。之前的例子里闡明了錢包衬鱼，下面我們用挖礦過程來講述一下神奇的哈希函數(shù)(SHA256)。
之前說過憔杨，挖礦過程中鸟赫，礦工收到一筆交易后首先驗證交易是否有效，有效則開始挖礦計算，那么挖礦的過程是怎樣的呢惯疙？首先翠勉，礦工會把這筆有效交易放入?yún)^(qū)塊打包。礦工的目標則是用哈希函數(shù)計算這個打包完成的區(qū)塊霉颠，使得輸出的哈希值小于某個值target：
SHA256(block)<target
你可能會問对碌，函數(shù)本身（SHA256，哈希函數(shù)的一種）和區(qū)塊（block）都是確定的蒿偎，如果算出來比target大怎么辦朽们？這里就要說到區(qū)塊中除了上千筆打包的交易，還有一個隨機值nonce诉位，計算機可以不斷地嘗試不同nonce值以獲得不同的哈希骑脱，因為只要修改區(qū)塊中一點點數(shù)據(jù)（好比電影文件中丟了一幀），哈希值就千差萬別苍糠，比如：
I am Satoshi Nakamoto0 =>a80a81401765c8eddee25df36728d732...
I am Satoshi Nakamoto1 =>f7bc9a6304a4647bb41241a677b5345f...
I am Satoshi Nakamoto2 =>ea758a8134b115298a1583ffb80ae629...
I am Satoshi Nakamoto3 =>bfa9779618ff072c903d773de30c99bd...
……
如果我需要哈希值前6位都是0叁丧，那么礦工的計算機就不斷循環(huán)，來尋找這個隨機值岳瞭，終于：
I am Satoshi Nakamoto1759164 => `0000008bb8f0e731f0496b8e530da9`...
則挖礦宣告成功拥娄。
因為比特幣的設(shè)計是10分鐘左右挖出一個區(qū)塊，但全球的算力又是變化的瞳筏，所以比特幣網(wǎng)絡(luò)每隔一段時間就會通過修改前面0的位數(shù)來調(diào)整難度稚瘾，0的位數(shù)越多，則難度越大姚炕。
雖然算法的概念很難懂（這里仍然省略了數(shù)學(xué)原理）摊欠，但是當(dāng)你理解它時，你會感嘆它的精巧與美麗柱宦。正是橢圓曲線些椒，哈希算法及區(qū)塊鏈中的其他算法，共同鑄造了區(qū)塊鏈這個精密的信任魔法掸刊。
如果您不是開發(fā)者摊沉，咱們下期再見了。
下面是附加題痒给！再來介紹一下區(qū)塊鏈中涉及到的另一些算法相關(guān)問題：
- 公私玥及地址格式：
公鑰：公鑰是由私鑰通過橢圓曲線乘法得到的说墨，因此實際上是曲線上的一個點，具有xy坐標苍柏。因此格式分兩種：一種是以04開頭尼斧，然后直接將坐標串聯(lián)起來04xy，稱為未壓縮格式（130位）试吁；一種是因為可以從x推知y楼咳，因此只保留x和y的正負號信息母怜，稱為壓縮格式（66位）苹熏。
私鑰：私鑰是隨機產(chǎn)生的币喧，具有二進制杀餐、十六進制格式，但太長了枉长，很少直接顯示琼讽。為了減小長度跨琳，采用Base58Check算法（即去掉0脉让，O功炮，l，I的大小寫字母和10個數(shù)字組成滚澜，26*2+10-4=58）壓縮设捐，壓縮后得到WIF格式塘淑。對應(yīng)未壓縮公鑰的直接稱WIF格式存捺，對應(yīng)壓縮格式公鑰的稱壓縮格式私鑰（實際上WIF私鑰都壓縮，這里的壓縮指的是它和壓縮公鑰對應(yīng)而已）岗钩。
地址：Base58Check(RIPEMD160(SHA256(公鑰))) = 地址
即先通過SHA256哈希計算兼吓，得到結(jié)果再進入RIPEMD160哈希一遍，得到20位的哈希值隨后再Base58Check編碼一遍即可得到比特幣地址趋艘。
注意這里的Base58Check算法不是單向的凶朗，而是可雙向解碼的，類似Base64編碼搓萧，也就是很多小圖片會編碼為一串字符串在網(wǎng)頁里保存瘸洛，再交給瀏覽器來解碼回圖片次和，展示給用戶。
- Merkle樹
前面橢圓曲線的例子說到addr錢包發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈上有一筆交易（交易1）是入賬自己地址的石蔗，這是如何做到的呢养距？addr首先告訴比特幣網(wǎng)絡(luò)它只對于它地址的交易感興趣日熬，這稱為bloom過濾器。一旦有符合條件的交易耘纱，其他節(jié)點會將交易信息推給addr（merkleblock消息）揣炕。但是addr是一個SPV錢包（參見上一篇）东跪，它自己并沒有完整的區(qū)塊鏈鹰溜，如何驗證呢曹动？它需要驗證交易1在某個區(qū)塊里墓陈，且這個區(qū)塊在區(qū)塊鏈上。
區(qū)塊在區(qū)塊鏈上好追溯贡必，只需要在merkleblock消息中存在上個區(qū)塊的信息仔拟，addr就可以一路回溯證明這個區(qū)塊確實在鏈上利花。但是每個區(qū)塊有上千筆交易载佳，如果把整個區(qū)塊傳回體積太大，還需要遍歷挠乳。這里SPV錢包采用Merkle樹算法睡扬。
Merkle樹是一種哈希二叉樹：
它將區(qū)塊里的每筆交易的哈希不斷地兩兩哈希肋联，最終得到一個Merkle根橄仍，存在區(qū)塊里侮繁。要證明一筆交易（例如HK）在這個區(qū)塊里宪哩，只需要它所經(jīng)過的路徑的哈希值（圖中藍色底框）第晰，通過一層層哈希計算彬祖，如果最終得到的根能和Merkle根對的上储笑，則此交易在區(qū)塊中圆恤。所以merkleblock消息中只需有Merkle根和Merkle路徑盆昙，SPV錢包就能驗算入賬的交易是否在某個區(qū)塊中，再通過回溯驗證區(qū)塊在區(qū)塊鏈上秕磷，即可確認該入賬交易在鏈上拆火，這將SPV錢包從網(wǎng)絡(luò)請求消息的大小從1M降低到了1K。
下篇白皮哥將為大家?guī)恚簬湃π“妆姨荆縼砜磶湃靻柨齑穑?/strong>
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