比特币到底是怎么回事PPT学习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,2,#,比特币到底是怎么回事？,卫剑钒,1,2,关于作者,博士，信息安全专业,，,20,年信息安全工作经验,安全协议分析与设计,作者,大教堂与集市,译者,微信：,weijianfan,微信公众号：微月人话,（关注可获取本文）,2,2025/4/28 周一,关于本文,略微技术化，了解比特币背后的细节,偏重概念和理解,讲座大约,3,个小时,3,2025/4/28 周一,“虚拟货币是近,500,年来最伟大的金融创新”,It is,quite simply,one of the most powerful innovations in finance in 500 years.,华尔街日报,2015.1.26,4,2025/4/28 周一,比特币不仅仅是一种货币，它是一个全新的，去中心化的价值交换系统。,Bitcoin is much more than a currency.It is a radical new,decentralized system for managing the way societies exchange value.,华尔街日报,2015.1.26,5,2025/4/28 周一,2013,年,12,月,5,日，人民银行等五部委发布,通知,：“从性质上看，,比特币是一种特定的虚拟商品,，,不具有与货币等同的法律地位,。但是，作为一种互联网上的商品买卖行为，,普通民众在自担风险的前提下拥有参与的自由,。,6,2025/4/28 周一,2017,年,9,月,4,日，人民银行等七部委发布,公告,说，“,代币发行融资,是指融资主体通过代币的违规发售、流通，向投资者筹集比特币、以太币等,所谓虚拟货币,，,本质上是一种未经批准非法公开融资的行为,。”,7,2025/4/28 周一,“值得信任的机器”,比特币背后的技术,将如何改变世界,经济学人,2015.10.31,8,2025/4/28 周一,有了区块链，互不相识的人们可以不经过独立第三方机构进行合作，简单来讲，区块链是信任之源。,The blockchain lets people who have no particular confidence in each other collaborate without having to go through a neutral central authority.Simply put,it is a machine for creating trust.,经济学人,2015.8.31,9,2025/4/28 周一,可信赖的比特币,设想发生战争、政变、灾难、银行倒闭等情况。,设想你的所有银行账户被冻结的情况。,只要互联网还可用，你的财富就还在掌握在你的手中。,10,2025/4/28 周一,区块链的定义,区块链是,一个又一个数据块不断链接起来的账本（数据库），该账本被网络上的多个节点共同维护，由于,密码学,的破解难度保证，其数据不可能被篡改。,11,2025/4/28 周一,主要特点,无法修改前面的数据，可以添加新的数据。,数据多点存储,链上有可以执行的代码脚本。,何谓数据库？数据库,(Database),是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库,。,12,2025/4/28 周一,以前账本的问题,也即所有传统记账、记录（交易、证书、版权等等）的问题：,记录是可以人为修改的！,黑客入侵后修改怎么办,内部人作案怎么办,13,2025/4/28 周一,14,2025/4/28 周一,高校考试成绩篡改,2013,年,11,月,12,日，刘某因入侵高校网站篡改成绩被抓获归案，后其协助公安机关将教给他如何入侵的董某抓获。,19,周岁的刘某只有初中文化。董某为大学文化,，,董某自行研发制作出正方教务系统漏洞的软件，并数次侵入高校的正方教务系统进行测试。,15,2025/4/28 周一,经,过,2013,年,4,月,7,日，董某以网名“北方狼”在乌云网发布名为任意获取正方教务管理系统账号密码漏洞的帖子，并对正方教务系统漏洞进行描述。,刘某浏览乌云网发现董某的帖子后，通过,QQ,和董某联系，董某告知刘某侵入方法并作侵入视频演示，将其制作的软件,EXP,通过,QQ,传输给刘某。董某获得报酬,4950,元。,16,2025/4/28 周一,被抓,刘某学会侵入教务系统的方法后，通过互联网查找相关需修改成绩的帖子。此后，刘某侵入多所大学网站，先后为,20,余名在校学生将不合格成绩改为合格成绩，非法获利人民币,18,万余元。,天津市东丽区人民法院经认定刘某犯破坏计算机信息系统罪，判处,有期徒刑六年,；董某犯传授犯罪方法罪，判处,拘役六个月，缓刑六个月,。,17,2025/4/28 周一,区块链技术保证的是：没有任何人可以篡改区块中的数据！,如何保证：,历史记录都是耗费大量计算产生的。,修改某个时间点的历史，就要耗费那个时间点到现在的所有计算。,18,2025/4/28 周一,区块链和比特币,先有比特币（,2009,），后有区块链（,2014,）,比特币背后的技术是区块链技术,比特币是区块链目前最成功的一个实现,19,2025/4/28 周一,比特币的缘起,2008,年,11,月,1,日，中本聪（,Satoshi,）在某密码学网络论坛上贴出论文,比特币：一种点对点的电子现金系统,（,Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System,）,2009,年,1,月,3,日，中本聪挖出了第一批比特币,50,个。,2009,年,1,月,11,日，中本聪转账,10,个比特币给他的朋友芬尼。,20,2025/4/28 周一,2010,年,5,月,21,日，佛罗里达程序员,Laszlo Hanyecz,用,1,万,BTC,购买了价值,25,美元的披萨优惠券。,2010,年,12,月,，,中本聪,消失。,2011,年,4,月，比特币价格第一次达到了,1,美元。,21,2025/4/28 周一,2013,年，由于比特币的理念被人接受，价格由十几美元涨到,1000,美元。,2013,年,12,月,5,日，人民银行联合五部委共同发布,关于防范比特币风险的通知,。,2015,年,1,月，最低到,900,人民币，跌幅,88%,。,22,2025/4/28 周一,所有记录都是公开的,23,2025/4/28 周一,24,2025/4/28 周一,25,2025/4/28 周一,投资必须是理性的。如果你不能理解它,就不要做。,-,巴菲特,26,2025/4/28 周一,从密码学开始,“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”,密码学专家,Ron Rivest,27,2025/4/28 周一,密码学想完成什么目标？,不想让你看的让你看不懂。,机密性,不想让你的改的让你改不了。,完整性,你做过的事你抵赖不了。,不可否认性,你无法假冒别人。,认证性,。,。,28,2025/4/28 周一,最常用的密码算法,哈希算法（散列算法）,加解密算法,对称密钥算法,（,BTC,没有用到）,非对称密钥算法,（签名算法）,29,2025/4/28 周一,2,进制,16,进制,10,进制用,0123456789,这,10,个字符。,16,进制用,0123456789ABCDEF,这,16,个字符。,2,进制用,0,和,1,。,一个字母占一个字节，是,8,位（,2,进制）的。,一个汉字可占,2,个字节，为,16,位（,2,进制）的。,30,2025/4/28 周一,2,进制,16,进制,一个,16,进制字符可用,4,位（,2,进制）表示。,0 1 2 3 4 5 6 7,0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111,8 9 a b c d e f,1000,1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111,31,2025/4/28 周一,2,进制,16,进制,文本：“,day,”,编码为,1,6,进制：“,646179,”,相当于进制：“,0110 0100 0110 0001 0111 1001,”,32,2025/4/28 周一,2,进制,16,进制,汉字“明天”,GBK,编码,16,进制“,C3F7 CCEC,”,2,进制“,1100 0011 1111 0111 1100 1100 1110 1100,”,33,2025/4/28 周一,哈希算法,哈希算法：,一种算法，把任意长度的输入做复杂的变换后，输出固定长度的输出。,理想的特点：,无法从输出推算出输入（不可逆）,对于不同的输入，产生完全不同的输出。,对于特定输出，想找到输入只能靠暴力尝试。,34,2025/4/28 周一,md5 s“weijianfan”,MD5(weijianfan)=c49262b1117b9fd1d6ebd74aaa016f3e,md5 s“weijianfam”,MD5(weijianfam)=83cc9391aaf8c955b67ecdbf249c5fbf,md5,APT,攻击,9.10.mp4,MD5(APT,攻击,9.10.mp4)=e9c2a884af7b7c6db7919f8cc8abc51b,注：该视频,362M,。,35,MD5,生成,2025/4/28 周一,用户口令被,HASH,后再存放,36,2025/4/28 周一,MD5-,科普,Message-Digest Algorithm 5,是使用最广泛的散列算法（,Hash,、哈希、杂凑），虽然面临一些攻击。,MD5,是由国际著名密码学家、“图灵奖”获得者兼公钥加密算法,RSA,的创始人、麻省理工大学的,Ron Rivest,教授于,1991,年设计的。,输入为任意长度报文，输出为,128bit,（,16,字节）。,37,2025/4/28 周一,雪崩效应,MD5(It is possible to build a cabin with no foundations,but not a lasting building.)=43c8b7f658bc24388833730f5abef65c,MD5(It is possible to build a cabin with no foundations.but not a lasting building.)=c2d28011ac3993d46292931a5c69cb97,明文有微小的区别就会导致输出的严重不一致，这个特征用来鉴别是否修改过。,38,2025/4/28 周一,MD5,计算过程,计算过程很复杂，但速度很快。,39,2025/4/28 周一,关于碰撞,所谓,碰撞,，就是不同的明文，有相同的,Hash,注意输入是无限的，输出是有限的（,2,128=1038,）。所以碰撞必然存在。,极简化考虑一个,hash,算法，输出只有,3,位。,000 001 010 011 100 101 110 111,对于不同的明文，输出应该平均分配在这,8,个输出上，那么对于输出为,000,的明文，平均只需要试,8,次，就能找到碰撞。,40,2025/4/28 周一,暴力破解口令,MD5,值的速度,41,PC:Windows 7,32 bit,，,Catalyst 14.91x AMD hd7970 1000mhz core clock,oclHashcat v1.35,2025/4/28 周一,SHA1 and SHA2,算法,SHA1,（,Secure Hash Algorithm,）的输入不超过,2,64,bit,，输出为,160bit,。,SHA-1,基于,MD4,。,National Security Agency(NSA).,1,993,另外还有四种变体，,SHA-224,SHA-256,SHA-384,和,SHA-512(,这些有时候也被称做,SHA-2),。,National Security Agency(NSA).2001,MD5,、,SHA-,1,面临的攻击越来越多，攻击者需要的成本越来越低。越来越多的网站开始使用,SHA-2,，尤其是后者,。,42,2025/4/28 周一,逐步弃用,SHA,1,2014,年,9,月，,Google,官方博客宣布，将在,Chrome,浏览器中逐渐降低,SHA-1,证书的安全指示，逐步停止对使用,SHA-1,散列算法证书的支持。,Windows,将于,2017,年,1,月,1,日停止接受,SHA-1 SSL,证书。,各主要网站都已更换为,SHA,-,256,（,SHA,-,2,）证书。,43,2025/4/28 周一,思考,给定一个,hash,值，让你找出明文。（只能暴力破解。）,如果让你找出第,1,位是,0,的,hash,值，一般大概需要两次。,如果让你找出前,2,位是,0,的，大概需要,4,次。,如果找出前,3,位是,0,的，几次？,44,2025/4/28 周一,MD5(This is a test 17)=b0fc7f1d91e9053995f707a90970001d 1011.,MD5(This is a test 18)=2da096e2d33078719be1f71f19f3f10b 0010.,MD5(This is a test 19)=32333b0fcb54a8c89e3de7d6c9ad4b5c 0011.,MD5(This is a test 20)=bbe19f5c8edc2de5e19e7e374ba5e7ff 1011.,MD5(This is a test 21)=95090ec4bc9582eeed1ffa5190ed6e7d 1001.,MD5(This is a test 22)=2192d2e7b31a0ef78f2292631d5dd95d 0010.,MD5(This is a test 23)=de2e3710ec0fa7fb59d5e28dffce88c9 1101.,MD5(This is a test 24)=6cb7aaf335f7db96aff76568c7c528c9 0110.,MD5(This is a test 25)=c7ca696058808f0185b68398bc59ab32 1100.,MD5(This is a test 26)=162f09dd9c4d8f612f710fe54e5e585b 0001.,MD5(This is a test 27)=0daa804de33f7f8559bdb33b3e2d6f5c 0000.,MD5(This is a test 28)=b484f277e80c304751f00d670db98fb3 1011.,MD5(This is a test 29)=aa1cd22cc75b4b0eed9d48c639d3832d 1010.,MD5(This is a test 30)=c11afafbbffecd4d558c5069f27ad103 1100.,MD5(This is a test 31)=4f09394865cc6094e7a618a0a152e30c 0100.,MD5(This is a test 32)=6907ecb0a7d7887e338315331559383b 0110.,16,进制,2,进制,45,2025/4/28 周一,对称加密算法,明文,M,，需要加密的数据,密文,C,，经过加密的数据,密钥,Key,，用于加密和解密,E,K,(M)=C,D,K,(C)=M,46,2025/4/28 周一,python aes_test.py,Text:attack at 2 A.M.,Key:6865726520746865206b657920313642,Encode:b22e54e0bd8b45756108724cb8fef085,Decode:attack at 2 A.M.,加解密,Python,代码例子,47,2025/4/28 周一,柯克霍夫原则,Kerckhoffs,：密码系统应该做到这样：所有运算步骤都是公开的，仍然安全。,因为系统和源码终将落入敌手。,一切秘密蕴含在密钥之中。,48,2025/4/28 周一,49,2025/4/28 周一,公开密钥算法,公开密钥算法（,Public Key Cryptography,）的概念，是由,Diffie,和,Hellman,于,1976,年在美国国家计算机会议上首先提出的。几个月后，他们发表了论文“密码学的新方向”（“,New Directions in Cryptography,”）进一步阐述他们的思想，这篇开创性的论文，被公认为是密码学发展中的里程碑。,50,2025/4/28 周一,2016,年图灵奖获得者,51,2025/4/28 周一,公钥算法,公钥与私钥是通过一种算法得到的一个,密钥对,。,公钥可以公开，私钥要保密。,从私钥可以导出公钥，从公钥无法导出私钥。,RSA,算法：,用公钥加密，用私钥解开。,用私钥加密，用公钥解开。,52,2025/4/28 周一,如何理解,你可以用私钥加密一封信，其他所有人用你的公钥可以解开它看。,这保证肯定是你写的。,所有人都能用你的公钥加密写信给你，只有你才能用私钥解开来看。,这保证只有你才能看信。,53,2025/4/28 周一,公钥算法,公开钥匙算法大多基于计算复杂度上的难题，通常来自于数论。,RSA,源于整数因子分解问题,。,DSA,源于离散对数问题。,ECC,椭圆曲线加密算法则基于和椭圆曲线相关的数学难题，与离散对数相当。,54,2025/4/28 周一,RSA,算法,Ron Rivest,、,Adi Shamir,和,Leonard Adleman,开发了,RSA,算法（,1977,年）。在已提出的公开密钥算法中，,RSA,是最为流行，也最容易理解和实现的一个算法。,密码分析者对其进行了多年深入的密码分析，但仍然既不能否认也不能肯定,RSA,的安全性，,RSA,算法的可信度由此可见一斑。,55,2025/4/28 周一,数字签名,现实生活中的签名：,表达了签名人对所签署文件的认可。,隐含要求：文件不应该再被改动。,56,2025/4/28 周一,数字签名,一种做法：明文,，,签名者,用私钥,对明文加密,验证方法：用签名者公钥解开密文，对比明文,明文,签名,57,2025/4/28 周一,数字签名,常见做法,:,明文,，,签名者,用私钥,对明文的哈希加密,验证方法：用哈希算法计算明文的哈希。,用签名者公钥解开密文，对比哈希。,明文,签名,58,2025/4/28 周一,数字签名的效果,签名后的文件会被其他人用公钥验证，只有私钥才能做出签名。（无法假冒）,如果文件在传播过程中被篡改，验证签名时就会发现哈希不一样了。（无法修改）,59,2025/4/28 周一,比特币使用了那些密码学算法,哈希算法（散列算法）,SHA256,（,32,字节）,RIPEMD160,（,20,字节）,签名算法,ECDSA,签名算法,（椭圆曲线公钥算法）,60,2025/4/28 周一,比特币的基本原理,1.,网络中若干个,节点,运行比特币软件。,2,.,每个节点可以转账比特币，然后在网络内广播该,交易,。,3,.,每隔一段时间，网内某个节点就会打包出一个数据块（,区块,），里面是这段时间的所有交易包，区块会广播到全网。,4,.,很多节点都在抢着打包（像游戏），因为谁能正确打包谁就能得到比特币奖励（所谓,挖矿,）。只有通过数据尝试，计算出特定,哈希,值的节点才能打出大家认可的包。,5,.,每个节点收到区块后，如果验证无误后，就接受该区块，将其附到到已有的,区块链,上。,61,2025/4/28 周一,更进一步,1.,每个交易里面的主要信息是：,花谁的钱,（可以多份，即,输入,），,付给谁,（可以是多人，即,输出,），,付多少,，,签名,。,2,.,计算,hash,的,难度,会每两周调整一次，保证平均每,10,分钟出一个块，该难度值会写在区块中。,3,.,每个区块的大小不超过,1M,。,4,.,每成功打包一个区块，打包者将会被奖励,12.5,个比特币。每,4,年，奖励就减半，到,2140,年就会无币可挖。,62,2025/4/28 周一,靠,Hash,链接起来！,5,.,所有块之间都有一个链接的关系。本区块中填写的,hash,值，是由上区块中,hash,值和本区块通过哈希计算而得。所以，每个人可以从头到尾检验每个块都没有改动过。,本区块,hash,值,=Hash,（上区块,hash+,本区块,+,随机数）,63,2025/4/28 周一,关于块结构,每个块,=,头部交易数据（含,2000,左右个交易）,头部（,80,个字节,）：,版本号,上一个区块的,hash,值（通过这个来保障上一个区块是对的）,merkle,根（可简单理解为对交易数据的,hash,）,时间戳,难度（,bits,，调节挖矿的难度）,Nonce,（挖矿时用来穷举的变量）,64,2025/4/28 周一,区块是如何链接起来的,Hash=SHA256(SHA256(version+prev_Hash+merkle_root+time+diffculty+random),区块头,8,0,字节,65,2025/4/28 周一,再进一步,1,.,交易时，你需要向收款方发送比特币，也就是向一个,比特币地址,发送比特币,(BTC),。,2,.,你要花的,BTC,，要么来自于以前别人发给你的,BTC,，要么是你挖出来的，每一份这样的钱叫,UTXO,（,Unspent Transaction Output,）。,3,.,一个交易包里，发送部分为,输入,，接收部分为,输出,。,4,.,在广播交易包时，节点会检查输入是否为真实有效的,UTXO,（各个节点监测着以百万为单位的所有,UTXO,）。,66,2025/4/28 周一,再进一步,4,.,一旦使用一个,UTXO,，就必须全部花完，除了给接收者外，把,零钱,给自己的另一个地址，也即产生两个新的,UTXO,。,5,.,每个,BTC,地址都对应一个公钥和一个私钥。,6,.,每个,UTXO,都带有一个使用条件，也即提供了该地址所对应的私钥所做的签名，才被认可。,67,2025/4/28 周一,再进一步,7,.,一次游戏结束，每个挖矿的节点在上一个区块产生后，在内存中把上一个区块已经打包的交易剔除掉，把已经收到但尚未打包的交易打包，并开始不停的计算,，,试图做出符合条件的,Hash,。,8,.,也就是就是在打包时，对上一个区块的,hash,值、时间戳、随机数等信息做,hash,计算，要求能够算出一个小于某个数（前面若干位都是,0,）的,hash,值。,9,.,所有输入的,BTC,减去输出的,BTC,，就认为是给矿工的手续费。手续费越高的交易，越优先被打包。,68,2025/4/28 周一,交易的格式,每个交易的格式：,关键信息：来源、去向、金额,交易的版本号,输入的个数,1,个或多个输入（,注意：每个输入都是以前交易的输出！,）,输出的个数,1,个或多个输出,69,2025/4/28 周一,输出的结构,每个输出（,UTXO,）的结构：,主要是里面有多少钱,、,花掉它的条件。,比特币的数量，以,10-8,个比特币（成为,satoshi,，聪）为单位。,0.00000001BTC,锁定脚本,（,locking script,，主要是公钥,hash,值+签名验证脚本，,只有提供解锁脚本,（主要是公钥本身,+,签名值）,才能解锁,，才能被花掉）,70,2025/4/28 周一,输入的结构,每个输入的结构：,主要是要花掉的,UTXO,的编号和签名。,含有要花掉的,UTXO,的那个交易的索引（,tx id,，每个交易有一个,hash,值，用来索引交易）,该,UTXO,在那个交易中的输出的顺序号,该,UTXO,的,解锁脚本,（,unlocking-script,，主要是签名和公钥，使用,ECDSA,算法）,71,2025/4/28 周一,可以理解为：,UTXO,是被锁着的，只有用私钥做的签名才能解开它，然后得以使用。,也可以把签名理解为对,UTXO,这个支票签名，传送方和接收方（也即每个节点）都会验证签名。,所以拥有私钥的人才能花这个钱。,72,2025/4/28 周一,其他细节信息,节点启动后，先找到其他节点（一般有一个稳定节点列表，或者启动时给指定一个节点），使用,TCP,协议，,8333,端口通信。,每个节点通常和另外,8,个节点保持联系。,73,2025/4/28 周一,比特币地址,1HTrkKfaYLGJYZhMCdmS5JNdgctGj7qG5o,以,1,开头的,34,字节,Base58Check,字符串。,是由公钥经,hash,变换而得：,Address,=,Base58Check(Hash160,),Hash160,=,RIPEMD,160(,SHA,256(,P,ubK,)RIPEMD,和,SHA256,都是,hash,算法,74,2025/4/28 周一,Base58check,是在,Bsae58,编码的基础上，增加了错误校验功能，校验码占据,4,个字节。,Base58,使用在,Bsae64,的基础上，舍弃了容易搞错的,0,（零），,O,（大写字母,o,），,l,（小写字母,L,），,I,（大写字母,i,），,，,。,（,Base64,使用,26,个大小字母，,10,个数字以及和,）,75,2025/4/28 周一,两个人会碰巧有相同的地址吗？,地址相同的概率非常低,，,比特币私钥是,256,位的二进制随机数，两个用户产生相同地址的概率只有约,1/1078,。,这个概率与连续,8,次中六合彩头奖的概率相当（每次中头奖概率约,1/109,），担心用户地址冲突实在是杞人忧天了。,76,2025/4/28 周一,BTC,的匿名能力,用户一旦用比特币和现实世界的事物发生联系，就可能被关联，在商店用比特币购买一杯可乐，店员就可以把比特币支付地址和该用户的相貌、性别等信息关联起来。,国家法律要求，比特币交易所需要了解用户真实信息（,KnowYourCustomer,，,KYC,），以符合反洗钱（,Anti-MoneyLaundering,，,AML,）等一系列监管规定。,77,2025/4/28 周一,Pay to Public Keyhash,PubKHash,其实就是未经,base58check,的公钥地址,78,2025/4/28 周一,79,2025/4/28 周一,80,2025/4/28 周一,81,2025/4/28 周一,关于对哪些东西签名,也即对要使用的,UTXO,（包括,Txid,顺序号、锁定脚本等信息）和新产生的,UTXO,（包括锁定脚本和数量）的一个签名。,input UTXO,output,解锁脚本,82,2025/4/28 周一,挖矿,通过改变本区块头中的,nonce,以及其他可以改动的地方，要让本区块头中记录的,hash,值,software,、,hardware,、,everywhere,无处不在,-,software defined everything,（,The physical world as a service.,）,-,一切都是服务，软件定义服务,Every company is a software company,-,所有公司都是软件公司,103,2025/4/28 周一,参考,Mastering Bitcoin,Andreas M.Antonopoulos,blockchain.info,104,2025/4/28 周一,结束，谢谢！,105,2,