比特币安全性初探（上篇）基础架构与密码学原理

比特币安全性初探（上篇）基础架构与密码学原理

徐令予 ｜撰文

一周前，我撰写了《150 亿美元比特币被盗案的真相》，对比特币系统的安全性进行了简单介绍。文中指出，比特币所依赖的密码学算法与区块链结构在整体上是安全稳固的，所谓“150 亿美元比特币被盗”事件，并非源自密码学算法被攻破，而更可能是由低级技术错误或机构内部管理不善所引发。

该文发表后，一些读者反映，由于缺乏对比特币基本原理的了解，阅读时难免产生内容跳跃之感，对文中观点的理解与接受也造成困难。同时，亦有多位朋友建议，针对比特币的基础概念与安全设计，补充一篇更为系统且通俗易懂的科普文章，应该会受到更多读者的欢迎。

这正是撰写这篇文章的缘起。

事实上，尽管比特币已广为人知，却对它到底是什么、如何保存、如何交易、为何安全，仍然模糊不清。本篇将以尽量通俗的方式介绍比特币的基本概念，只要读完本文的上篇，你就具备了理解比特币的必备知识。

一、比特币不是“账户和余额”，它更像是“有序列号的纸币”

比特币资金不是存放在银行系统的账户余额，而是由一个个的数字化钱币“UTXO”组成，这是理解比特币的关键。

UTXO，即未花费交易输出（Unspent Transaction Output），指的是已收到但尚未花费的数字化纸币，它是区块链上记录的一条仍未被引用的交易输出。UTXO 很像数字钱包中的单张纸币，而您的比特币总余额则是您拥有的所有纸币（UTXO）面值的总和。

你可以把每个 UTXO 理解成一张纸币：

每个 UTXO 都有一个固定面额（例如 0.015 BTC）；

每个 UTXO 都有一个地址，这个地址确定了 UTXO 的“归属权”。地址可以理解为纸币上印的序列号，你知道多少个地址，如同手中握有了多少张有确定序列号的纸币。

UTXO不可拆开使用，就像纸币不能撕掉一半花出去。当您发送加密货币时，必须交付一个或多个 UTXO ，系统会为收款人创建一个新的 UTXO，并为您收到的任何“找零”创建另一个新的 UTXO。

请注意，这是UTXO和纸币的最大区别：一张纸币本身可以用于多次交易（你花给别人、别人再花给别人），某个序列号的纸币在交易中可以反复使用，它可以归属于不同的主人。但一个 UTXO 在比特币里是“一次性用品”，花费后即彻底失效。每个UTXO 在交易结束后就被废弃，它从一而终，一仆不事两主。

二、比特币和区块链

区块链是一个巨大的、不可篡改的历史账本，记录所有过去发生过的所有交易，包括：

• 哪张纸币被花掉
• 新纸币（新 UTXO）发给了哪个地址
• 金额是多少
• 何时发生

区块链通过密码学哈希函数和分布式共识机制，将交易按区块链接起来，从而保证历史不可篡改。

基于历史账本数据，在系统的每个节点维护的是“当前未花费纸币清单”，也就是 UTXO 集合。

区块链就像是档案室，保存着全部流水记录。

UTXO 集合是最新余额表，存放着当前每一个有效的UTXO的面值和相对应的地址。

这两者一起构成比特币系统的核心结构。

区块链记录历史 → 节点扫描历史生成 UTXO集合 → 交易时节点只用 UTXO

三、钱包里存的是什么？不是比特币，而是“钥匙”

许多人以为自己的比特币保存在电脑或手机里。事实上，比特币的UTXO永远存在于区块链上，钱包并不保存比特币，而是保存能动用这些UTXO的钥匙。

钱包存放的核心内容包括：

• 私钥：通过数字签名作为“钱的所有权”的唯一凭证，它必须得到严格保护；
• 公钥：由私钥计算而来，用于验证签名；
• 地址：由公钥的哈希计算而来（相当于纸币的序列号），收款时你只需要公布地址，而不是公钥本身。

钱包的本质是：比特币UTXO的地址记录，以及对这些钱币的所有权提供凭证。

四、A 给 B 支付比特币的完整过程

步骤 1：B 给 A 一个地址

B 打开钱包，生成一个新的地址，通过电邮或其它网络社交软件发给 A。

步骤 2：A 在钱包中填写金额并发起支付

A 输入金额，例如 0.01 BTC。钱包自动选择属于A 的某个 UTXO，例如一个0.02 BTC 的 UTXO（就像在真实钱包中拿出一张纸币）。

步骤 3：构造交易

钱包自动构造交易：

• 将 0.02 BTC 的地址输入并写进交易
• 将 0.01 BTC 输出给 B 提供的地址
• 将剩余金额找零到 A 的新地址
• 公布与0.02 BTC 的地址相对应的公钥
• 使用0.02 BTC 的地址相对应的私钥对交易进行数字签名

步骤 4：广播交易

交易被发送到比特币网络。各节点检查签名是否有效、UTXO 是否存在。

步骤 5：矿工更新区块链

矿工将这笔有效交易写入新的区块。当区块被确认后：

• A 拥有的旧 0.02 BTC UTXO 作废
• B 获得新的 0.01 BTC 的 UTXO
• A 的找零地址获得新的 UTXO

钱包更新余额，交易完成。

五、本篇总结

• 比特币是由 UTXO 组成的系统，而不是“账户余额”系统
• 每个 UTXO 像一张纸币，地址像序列号
• 钱包不存比特币，钱包存的是私钥
• 私钥通过椭圆曲线算法生成公钥，公钥哈希生成地址
• A 到 B 的支付流程

以上这些内容是理解比特币系统运作的基础。

下篇将对比特币的安全问题作更深入的探讨，内容包括：

• 为什么地址是公钥的哈希？公钥为何推迟公布
• 签名时随机数 K 的意义
• HD 钱包的分层结构和私钥保护

 

徐令予 作于南加州 （2025年11月23日）