2024 年,比特币仍然是加密货币市场的驱动力,为其他币种确定了方向和增长率。从 1 月到 12 月,主要数字资产的价值增长超过 601TP3(从 $29.08 千美元到 $47.87 千美元)。最高峰时,币值达到 $69 千美元。在这一年中,BTC 资本化 增长了 1.7 倍(从 $5,438.8 亿美元增至 $9,246.1 亿美元)。比特币如此受欢迎的原因是多方面的:安全、匿名、无国界等。但最主要的还是比特币的数学,这种加密货币正是建立在数学基础之上的。由于椭圆曲线和有限域的协同作用,该系统运行良好。
比特币的数学基础
加密货币彻底改变了所有权的通常定义。在传统世界中,拥有某物意味着处置其物理表现形式。区块链的工作方式与此不同。数字硬币是分布式账本中的记录,没有实物等价物。拥有比特币意味着通过在区块链上记录交易来随意处置它。
与传统的保险箱或保管箱相比,所有权记录是一种更安全的财产保管方式。
椭圆曲线数字签名算法机制提供了这种能力。这是一种建立在椭圆曲线和有限域基础上的加密签名系统。它无法伪造,网络中的任何人都能轻松验证其有效性。
ECDSA 包括两个独立的签名创建和验证程序。每种程序都是一种结合了多种数学运算的机制。第一个程序使用私人密钥激活交易。第二个程序通过公共字符集进行验证。
椭圆曲线
ECDSA 的概念由密码学家 Scott Vanstone 于 1992 年提出。在 BTC 协议中,a 为 0,b 等于 7。从图形上看,这个元素是这样的
该元素有几个有用的功能:
- 通过曲线 2 点的非垂直线也必然与曲线相交于 3 点。
- 如果这条线在一个地方接触到椭圆元素,那么它就会在另一个地方穿过椭圆元素。
这些特征用于点的加法和倍增。在第一种情况下,必须通过求和 P 和 Q(在图形上)画一条直线。它与曲线相交于点 R′。然后,必须在椭圆线上找到一个与 R′值相反的点。这个点可以称为 R,是 P 和 Q 的和。
要使数值加倍,可使用公式 P + P = R。考虑到元素的特性,线段应与曲线相交于 R′点,即 R 的反方向。
要确定标量积 R = aP(将标记 P 与自身相加若干次),需要进行这 2 次计算。
对于 BTC,R = 7P 或 R = P + (P + (P + (P + (P + (P + (P + P))))).
如果简化,就可以得到
R = P + 6P
R = P + 2 (3P)
r = p + 2 (p + 2p)。
因此,运算分为 2 个加倍步骤和 2 个加法步骤。在处理复数时,可以使用更快的方法。
有限域
在密码学中,使用的是相同的曲线,但要考虑一定的数值限制。这是一个有限域,从理论上讲,所有计算结果都属于这个域。
有时获得的数值会超出某些限制。在这种情况下,有必要结束操作,然后返回到范围的起点继续计算。这样,计算结果将始终位于最终区域内。
例如,我们可以确定整数除法的余数(模运算 - MOD):9/7 = 1,余数为 2。运算值为:9 MOD 7 = 2。有限域的边界是 0 和 6。这意味着,无论原数是多少,所有模 7 计算的结果都将落在指定的范围内。
使用公式 y2 + x3 +7 的比特币椭圆曲线是在有限域上以 67 为模定义的。在图形上,这可以用一组标记来表示。其中所有的 x 和 y 值都是 0-66 范围内的整数。当直线到达数字 67 时,就会环绕所选空间,并在另一侧继续。如果将标记 2,22 和 6,25 相加,经过它们的直线将与第三个标记 47,39 相交。计算结果将是相反的分数 47,28。
用于密码学
比特币协议固定了椭圆曲线和给定空间的值。因此,网络中的每个成员只能应用某些公式。这些固定特性包括
- 椭圆元素公式 (方程)。
- 基地点.
- 总理模量.
- 命令的基点 (命令)。
比特币数学使用复数来表示这些值。它们确保了加密货币网络的安全性,因为用简单的暴力方法几乎不可能找到交易或钱包的私钥。BTC 的计算值见下表。
指标 | 结果 |
---|---|
椭圆元素公式 | y2 = x3 + 7 |
有限场模量 | 2²⁵⁶ - 2³² - 2⁹ - 2⁸ - 2⁷ - 2⁶ - 2⁴ - 1 = ffffffffff ffffffffff ffffffffffff ffffffffffff ffffffffff ffffffffffffffffffff ffffffffff ffffffffffffff ffffffffffffffff ffffffffffffffffff ffffffffffffffff ffffffffffffffff ffffffffffffffffff |
基点 | 04 79be776e F9dcbbdc 54a06275 ce870b27 023bfcdb 2dce58d9 59f2817b 26f81778 443ada77 26a3c875 5da5tbfc 0e2208a8 fh15b448 a6854419 8c48d08c fb10d5b8 |
订购 | fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffe baaedce4 af47a04b bfd25e8c d0366141 |
这一串值被称为 secp256k1。在比特币协议中,它与 ECDSA 方案结合使用。系统将私人密钥设置为一个介于 1 和一个数量级之间的数字。公开密钥通过平方乘以基础标记指数的方法从秘密密钥中获得。
如果过于复杂
比特币区块链建立在数学原理之上。网络使用数字签名方案 ECDSA 发送交易。该机制基于在一定数值范围内计算的椭圆曲线。在这些函数的帮助下,创建了一个生成私人和公共地址的复杂系统。
一方面,创建数字签名的数学顺序表明,比特币钱包的最大数量是确定的。但另一方面,计算的复杂性呈指数增长。大约需要 2¹²⁸ 次尝试才能解决这个问题。这需要的时间相当于宇宙的存在时间。
常见问题
❓ 什么是 ECDSA?
数字签名的加密机制是比特币区块链的基础系统。数字签名无法伪造,网络上的任何人都可以轻松验证其真实性。
🔑 为什么比特币区块链有私钥和公钥?
第一个功能激活交易。第二个可以通过简单的字符组合进行验证。
📈 什么是椭圆曲线?
代数术语指的是图形上与某个等式相对应的点的集合。在密码学中,这些元素被用作构建区块链的工具。
✅ 为什么比特币无法伪造?
该网络以数学运算为基础,使用庞大的数字创建私人和公共地址。要破译这些密码是不可能的。
❕ 什么是有限域?
区块链中的计算是在一定的数值范围内进行的。这是记录所有计算结果的字段。
文字有误?用鼠标选中它,然后按 Ctrl + 输入。
作者: 赛义夫德安-阿穆斯他是加密货币经济学专家。