August 1, 2021

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【比特幣原理】一文了解什麼是區塊鏈、錢包與挖礦

比特幣原理

CoinWatch 早前在《比特幣懶人包》中簡介過比特幣這種虛擬貨幣,但其背後的運作原理又是怎樣的?要了解比特幣原理,大家必先了解「區塊鏈」(Blockchain) 、「比特幣錢包」(Bitcoin Wallet) 及「挖礦」(Mining) 這三大概念。

區塊鏈是什麼?

區塊鏈的起源就是世界上第一種虛擬貨幣比特幣,比特幣也是區塊鏈的首次應用。

區塊鏈是一種資料記錄的技術,它是一個「去中心化」的分散式資料庫,以密碼學(Cryptography) 的方式加密資料,並利用數學分散式演算法,解決了安全信任問題,在毋須經第三方的前提下,以極低的成本來達到各使用者達成共識的目的。這個資料庫是全民也可以參與的,透過大眾的集體維護,區塊鏈內的資料更加可靠。

區塊鏈可以被理解為比特幣及其他加密貨幣的公眾電子交易記帳本,它是共享、 公開、分散式的,而每一筆交易資料也可記錄其中,所有用戶都可以查看到區塊鏈上的交易。以比特幣為例,該幣的每一筆交易都能以匿名方式,記錄在區塊鏈上。

區塊鏈的主要宗旨就是「去中心化」,各使用者毋須依靠額外的管理機構及硬體設施等中心機制,每個區塊鏈的資料均分別儲存於連結而分散的伺服器節點,採用分佈式的審核及儲存方式。

當每一筆比特幣(或其他加密貨幣)的交易產生時,都會被永久記錄在區塊鏈,並需要由其他用戶核實及記錄。區塊鏈會一直延長,並且互相連結,但新的區塊一旦加入到區塊鏈上,就不能被移除或更改,因此,比特幣及其他加密貨幣的交易都是不可逆轉的。

資料來源:CloudMile錢家有道

比特幣挖礦是什麼?

剛才提到區塊鏈是加密貨幣交易的記帳本,而有關交易需要用戶去核實及記錄。新的交易一直出現,區塊鏈這個帳本就必須不斷更新,平均每10分鐘比特幣區塊鏈就會出現一個新的區塊,區塊上記錄了過去一段時間內一些未被驗證的交易。

要明白比特幣區塊鏈背後是沒有中央機構負責記帳及結算的,因此這些記帳及審核的工作落在用戶身上,通過這些工作並獲取網絡承認的回報就是「挖礦」,而進行這些工作的就是所謂的「礦工」。中本聰 (Satoshi Nakamoto) 的比特幣論文提到,產生比特幣需要消耗電力及時間,就如金礦亦需要消耗資源來出產黃金一樣,故產生比特幣的過程就是「挖礦」。

原則上,所有可連接到比特幣區塊鏈的用戶都可以成為「礦工」,而中本聰的論文提出以「工作量證明」(Proof of Work, 簡稱 PoW) 作為「挖礦」工作的機制。線上的「礦工」們會將未處理的新交易集中處理 ,利用電腦運算能力,去共同核實及批准比特幣交易。誰花最少時間完成運算,就有資格將新區塊添加至區塊鏈上,並需廣泛傳送予其他「礦工」節點確認,並更新「帳本」,有參與的「礦工」均可獲得特定數量而新產生的比特幣作為回報。

在硬件上,「挖礦」需要使用「礦機」,而「礦機」從2009年起,經歷了幾代的變化:由最初普通家用電腦的CPU(中央處理器),轉到GPU(圖像處理器),再轉為特殊應用積體電路(ASIC)。

「挖礦」的形式也起了變化。早期的「礦工」是以個人形式利用電腦來「挖礦」,後來隨着比特幣的價格提升,全網的運算能力亦跟隨增長,個人「挖礦」的成本效益太低,於是便出現了專業的「礦池」。「礦工」們將各自的運算能力接到「礦池」中聯合「挖礦」,後來「礦池」間的競爭漸趨激烈,成本效益也降低了,也有不少「礦池」因比特幣熊市而被迫結業。

近年,雲端「挖礦」興起,雲端「挖礦」是利用遠程的雲端運算能力來進行「挖礦」,「礦工」只需要向相關平台租用所需的運算能力就可「挖礦」,毋須自置「礦機」。

資料來源:動區動區專欄CloudMile錢家有道

比特幣錢包是什麼?

比特幣和其他加密貨幣都是虛擬貨幣,因此沒有實體,但我們仍需要「錢包」去作為使用比特幣的媒介。剛才提到,比特幣是記錄於區塊鏈上的,因此「錢包」並不是用來收藏比特幣的,實際上是用於裝載「私密金鑰」(Private Key,簡稱「私鑰」或「種子」)。

比特幣錢包由三大部份組成:

公鑰、私鑰

區塊鏈以密碼學的方式來加密資料,「密鑰」是「公鑰」及「私鑰」的組成的一個組合。

「私鑰」是一長串的字元,並為一個秘密的數據片段。有了「私鑰」便可以控制並證明自己擁有的加密貨幣資產,並可簽署以進行加密貨幣轉帳等。

假設用家A 以「私鑰」簽署發起交易時,該筆交易就會變化成一組亂碼信息,並上傳到網絡,而用家A 的「公鑰」,就會經由其「錢包」,傳遞給每個「礦工」節點, 以協助驗證發起交易的用家A 的身份。若所有節點都成功確認用家A 的「公鑰」通過驗證,並能夠還原該亂碼信息,就能證明這筆交易是由用家A 發起的。

助記詞

在註冊「錢包」時,用家有時候需要記下由12個英文單詞組成的「助記詞」,每個用家的「助記詞」都是獨一無二的,只要取得「助記詞」,就能連接到你所有帳戶的加密貨幣資產。

地址

「地址」就像我們日常生活中的銀行帳戶號碼,你可以把「地址」透露給朋友或交易對象,以用作收款及轉帳之用。當用戶啟動「錢包」後,它便會給用戶產生第一個「地址」,「地址」可以使用多次。用戶還可以在有需要時建立更多「地址」。

冷錢包 vs 熱錢包

剛說過「錢包」主要是由來收藏「私鑰」的,如果用戶丟失了「私鑰」,就等於失去了他的有關加密貨幣資產,因此「錢包」對於保管加密貨幣而言是十分重要的。

「錢包」大致上可分為「冷錢包」和「熱錢包」兩類:

冷錢包

「冷錢包」就是線下且實體的「錢包」,外形類似「USB 手指」,一般內置加密系統,用戶需要設定密碼,才能取得「私鑰」,是目前公認加密貨幣最安全的保管方法。「冷錢包」的好處是它平常不會連接到互聯網,只在交易時會上線,故黑客較難透過互聯網攻擊盜取「私鑰」,缺點則是使用上較為不便 。「冷錢包」的例子包括 imKey、Ledger、Trezor 及 CoolWallet S 等。

熱錢包

與「冷錢包」相反,「熱錢包」是線上且虛擬的「錢包」,普遍「熱錢包」可於智能手機、電腦或網頁上使用 。與「冷錢包」相比,「熱錢包」的優點是毋須額外購置硬件,操作上較為方便;惟其缺點是「熱錢包」是在線上產生「地址」及「私鑰」的,故較容易受到網絡釣魚攻擊或其他黑客攻擊。常見的「熱錢包」包括瀏覽器插件式「錢包」MetaMask 及 智能手機「錢包」imToken、Trust、Cipher 及 MetaMask App 等。

交易所 — 懶人方法

除了以上所說的,其實大部份加密貨幣交易所都有提供免費的「錢包」服務,用戶只需作簡單登記(就如登記電郵及社交媒體帳戶一樣),毋須自行設法管理「私鑰」,即可持有及交易加密貨幣,但背後是用戶需要同意把「私鑰」與「加密貨幣」資產託管予交易平台。

利用交易所看似最方便,但過往亦曾出現交易所被黑客攻擊,或是遺失「私鑰」的個案,故用戶戶在選擇「錢包」及交易所時,必先權衡風險。

資料來源:動區動區專欄Bitcoin.org