区块链比特币科普

微笑、不失礼 提交于 2019-12-02 02:51:18

引言

比特币和区块链总是让人感觉高深莫测,网上一搜总会搜到各种:去中心化、分布式、甚至无政府等更让人摸不清方向的东西。哪些是对的,哪些是错的,接下来我们就来探讨下。

区块链技术诞生于比特币,所以一切都还得从比特币谈起!

什么是比特币?

比特币是一个虚拟货币,就像QQ币、游戏币等等,而比特币底层产用的技术被称作区块链技术,这个技术的神秘之处就在于:它让比特币在没有第三方担保情况下在网上交易了7年多。而游戏币和QQ币是由游戏和腾讯公司来管理控制,每一笔交易都得通过服务器的审核。

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比特币的由来

2008年10月31日,中本聪给密码学邮件列表发了一封邮件,邮件里说:“我一直在研究一个新的电子现金系统,完全点对点,无需任何可信的第三方”。

2009年1月11日,中本聪发布了比特币钱包第一个版本0.1版本,右边是比特币其中一个版本的客户端0.10.1版本。

从此中本聪就再也没有出现过,谁也不知道中本聪是谁。

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比特币为什么会火起来?

比特币第一笔交易

2010年5月22日,一位美国程序员用10000个比特币在论坛上购买了两个披萨。现在一个比特币已经快被炒到了40000了,这可真是世界上最贵的披萨了。这也是比特币的第一笔交易。

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比特币的奖励制度

不管中本聪多了解金融货币和经济学,不管比特币钱包涵盖了多少密码学和技术增加信任的方法,但是在普通人看来这就是一个很简单甚至简陋的小软件。你把电脑一打开,运行这个小软件,你就会有被奖励比特币。

因为钱包之间通过P2P通信,网络中每台计算机都可以当服务器又可以当请求者,从而完成信息的共享和交换。钱包之间交易比特币时候,每个节点会自动作为服务器,来促成交易。所以你只要把软件打开,你的钱包有可能就会多出几个比特币,作为充当服务器角色的奖励,不需要其它任何努力。

交易更加便捷

当第一笔交易发生后,10000个比特币买两个披萨,人们发现比特币也是有价值的。而比特币钱包内部符合经济学的奖惩制度、以及金本位制的货币与金融,促使越来越多的人加入到这个简单的游戏中来。

为了促进交易,很多比特币爱好者创建了交易网站,设计简洁优美的转账界面和银行账户关联。Mt.Gox于2010年7月创建,是最早的比特币交易网站。2013年前后比特币火爆程度飞速上升,各类交易网站层出不穷,给全球无数的投机者降低了入手门槛。除了交易网站还有公司做了比特币取款机、商家二维码付款、全球转账等实用app。

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还有个原因是,区块链技术引爆了金融科技圈,很多金融大咖开始大谈区块链颠覆,也推进了比特币的价格飞涨。

什么是挖矿?

提高被奖励的概率

前面提高比特币的游戏规则是,只要你需要交易,需要打开比特币钱包,那你就有可能获得比特币奖励。这就像迅雷加速,你打开迅雷,会自动上传你电脑已有的资源,P2P技术把你电脑当成一个小服务器,你帮助了别人节约了别人下载的时间,所以你应该得到奖励。

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假如比特币是通用货币,全球有70多亿人口,那么每时每刻都会有人交易,每时每刻都会有无数的电脑帮助别人促进交易。那谁应该得到奖励呢?答案是:随机的。全网100台电脑,你有1台电脑,那么你的概率:1%,如果你有20台电脑概率就是:20%。

比特币开始变得“有价值”了,可以兑换成可以现实交易的货币了,而且价格还不菲。假如我运行100台电脑,让他们每时每刻都运行,就可以提高得到比特币奖励的概率了。当然如果我买的电脑是高配的,你的电脑低配,那我获取的比特币奖励的概率也会变大。

奖励的原理

打开比特币钱包后,会赚比特币,我买更多计算机运行或更高配置电脑就会赚更多比特币。它是什么原理呢?

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比特币钱包会自动同步最近全网10分钟的交易数据,放在一个数据结构中,称之为一个区块。这时候比特币钱包会对这个区块做一些数学计算,其实就是枚举随机数,直到符合系统要求的值。所以谁枚举的越快,谁就越有可能得到奖励。

发明矿机和矿池

知道这个简单的数学原理后,为了提高自己运算的速度,有人发明了用显卡并行计算,这样可以提高概率,因为你用计算机1秒中可以枚举1000万次,我可以1亿次。从CPU、GPU、FPGA再到ASIC,为了提高自己的奖励概率,人们不遗余力的进行着创新。

这里定义三个概念:

  • 挖矿:我们就把这种不以交易为目的运行比特币钱包,而是主动挂机浪费电力的行为就叫挖矿;
  • 矿机:运行比特币钱包的计算设备我们就称为矿机;
  • 矿池:将众多矿机聚在一起进行挖矿的地方就叫矿池。

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还有一些商家看到了商机,将发明的ASIC做成漂亮的主机,然后在网上出售,这种专门用来挖矿的主机就叫矿机。最具代表性的是蝴蝶实验室研发挖矿机,销往全球,不过2014年9月23日 美国联邦贸易委员会以欺骗手段推销比特币挖矿机提出诉讼被关闭。

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我在想即使没有挖矿的行为,比特币依然会很好的运行,它的币不会多不会少,会沿着一条对数曲线逼近2100万,直到发行完毕。因为比特币系统规定总量是2100万个,不管加入的矿机有多少,它会自动调节复杂度,使得每次能枚举出的随机数的时间平均控制在10分以内。

最开始的时候比特币钱包兼顾了转账和挖矿两种工作,后来人们单独提取出来做成了一个叫CGMiner的小软件。通过它可以自动调用显卡进行挖矿,也可以加入到一些矿池,一起进行挖矿,然后进行分成。

为什么比特币安全运行的交易了7年多?

分布式

用户进行微信、支付宝交易,交易数据都会流经阿里服务器进行校验,这种方式称为集中式。

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比特币交易网站和支付宝区别是,网站的数据和每个比特币钱包的数据是一摸一样的。网站仅仅提供了一个界面和自己的一个账户系统,促进交易的依然需要全网的那些比特币钱包。钱包之间利用P2P通信,他们是一个个小服务器,这就叫分布式。

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数据校验的方法

在计算机中防止数据被篡改的办法就是进行数据校验。还记得以前在网站上下载Windows软件都会有MD5值吗?这个MD5可以用来校验下载的软件有没有被篡改。因为Windows系统病毒泛滥,很容易下载到被人篡改的软件。MD5值就叫做哈希值(Hash),比特币用的是SHA-256,原理是一样的。都是通过对一个文件进行哈希计算,生成32字节的字符串。

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可以看到上面字符串中有一个字符变了,生成的哈希值都是完全不一样的,所以通过SHA-256生成的哈希值,可以校验数据有无被篡改。

工作量证明

每发生一笔交易,都会通过P2P协议通知全网的其它节点。比特币钱包会自动同步最近全网10分钟的交易数据,放在一个数据结构中,称之为一个区块。

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区块除了包含10分钟的所有交易数据,还有一个随机数。矿机会不停的枚举这个随机数,再用SHA-256 生成一个哈希值,直到哈希值满足第1个字符为0。文件哪怕一个字符变了,生成的哈希值都是完全随机的,所以枚举随机数,会随机生成不同的哈希值。什么时候哈希值首字母为0完全是随机的。

每大约十分钟,全网的矿机会同时开始枚举,直到有一台电脑枚举出一个符合要求的随机数,这也标志着一个区块的生成。然后他就会通过P2P协议,向其它节点广播这个消息,其它节点会停止枚举。

比特币会会通过控制生产的哈希值前面0的个数,来调整生成区块的时间,使这个时间维持在10分钟。所以不过有多少台计算机,都得一起枚举大约10分钟才能找到符合要求的随机数。这个工作量是巨大的,这样篡改数据的成本变大,这就叫工作量证明。第一个发现随机数的矿机是幸运儿,它会获得一定数量的比特币奖励。

区块+连接=区块链

之所以要将区块连接起来,是为了进一步提高区块被篡改的成本。如果你要把一个区块单独拿出来,篡改它的数据,这时候你得通过自己努力找一个随机数让他的哈希值符合要求,以前是全网计算机一起努力计算10分钟才能算出。假如你用了10年,终于找到了一个符合要求的随机数。

这时候你会发现,10年时间里后面又生成了很多相连的区块。计算后一个区块哈希值的时候,会引用到前一个区块的哈希值。你篡改的这个区块,孤零零的在哪儿,因为数据验证永远都不会遍历到你篡改的这个区块,除非你把后面的所有区块全都找一遍随机数。

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一般交易比特币要等1个小时,才最安全。这就是说你的交易区块哈希值,会就被后面区块引用到,要篡改你的区块就需要同时计算后面大约6个区块的随机数,这个就变的非常困难了。

比特币系统本身有哪些技术问题?

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中本聪规定10分钟一个区块,比特币每个区块大小限定1M,这样计算下来全球每秒最多只能完成7笔交易。网上说今年11月会扩容,这时候比特币区块链就会被分叉成两个。相当于重新创建一个新比特币,可信度不高。

以前每台计算机都需要下载7年多所有的交易信息,需要校验1天时间才能校验完。当然现在也推出了轻量级版本。

中本聪为什么匿名?

中本聪用9页纸纸讲解了他的点对点电子现金原理,过了几个月他做了一个客户端,并且将内核开源。从此消失,后面越来越多的人参与了这个游戏,星星之火可以燎原,无数的人从这个游戏中获利,也有无数的人血本无归。没有人知道中本聪是谁,没有人知道中本聪是一个人还是一个组织。

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我们知道的是:

  • 1998年,伯纳德冯诺 创造私人货币被逮捕,宣判有罪盗版、欺诈、阴谋罪,在联邦监狱等判刑结果22年;
  • 2014年,全球最大比特币交易网站MtGox因黑客攻击损失了80多万个比特币从而倒闭;
  • 2014年,美国最早的比特币交易网站BitInstant,创始人兼CEO被判洗黑钱被捕。

什么是价值互联网?

在互联网上,当你给你个朋友发送邮件、照片的时候其实对方接收到的是复制品,因为你没办法将原件发送给他。但是现实生活中我给你100块钱,非常需要确保我手上这100块钱没有了。这说明互联网不具备价值传递。

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因为互联网价值传递功能的缺失,现在人们互相转账都需要流经支付宝、银行等。但是比特币却很特殊,它实现了网络中两个节点的价值传递。其实传递价值不仅仅是数字交易,可以是音乐、电影、电子书等。他们自带数字签名,假如你够买以后,只有你的账户能打开,你转移给他人后,数字签名就会变化。这样你就打不开了,实现了和现实生活中一样的价值传递。

去中心化的误区

中心化是一个很宽泛的词,容易误导人们,因为中心化可以是公司、国家、政府,会让人摸不清头脑。当明确区块链是一个技术,它能解决一些信任问题,实现互联网中陌生人在没有第三方担保情况下进行价值传递,这样理解会更清晰一点。

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火币朱嘉伟在《不要过度神化区块链》一文中也提到:从技术角度,区块链技术最终要解决的问题,是信任的问题,即区块链技术能够在不信任的个体或组织之间建立信任关系。区块链由于天然需要在全网络达成共识,和中心化的应用相比,必然要以牺牲效率为代价。换句话说,去中心化的应用一定是比中心化的方式效率要低的。

再谈信任问题

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信任可以促进人们交易,降低交易成本,增加信任的方法有三个:

  1. 重复交易
  2. 第三方担保和监管
  3. 投入附加成本

重复交易:

在没有互联网的时代,你去到一个陌生的地方会选择人多的地方。因为人多代表着重复交易的可能性高,这样就更可信。当然现在有了互联网,我们有了评价体系,极大降低了人们重复交易的成本。那些原先一次性买卖的商家,也得计算自己的伤害成本了,因为虽然你没有栽过跟头,但是你能看到别人栽跟头的经历。

第三方担保和监管:

为什么人们在淘宝上会相信从未谋面的陌生人,是因为有支付宝做担保。当然如果你在景区饭店吃饭,如果某家饭店门前挂着:卫生许可A级、景区优质商家等牌子,那也可以增进信任,促进交易。

投入附加成本:

一些酒店,他们在地毯、毛巾、床单上刻上他们的名字,这说明他们打算把生意做的很长久,不会轻易离开。如果只是短线投资,赚快钱,就不会这样。这是取信于人的办法,还有就是投入巨额的广告费。

区块链可以增加哪些信任?

没有区块链之前,实现降低交易成本,人们需要主动参与,投入成本和精力建立信任。就像第一次工业革命前,没有蒸汽机,很多劳动需要人们手动完成。上面我们介绍了市场经济中,人们增加信任的三种方法,而区块链会在第三方担保和监管方面会产生革命性影响。

美国一家市场调研公司,2015年美国所有行业的监管成本是:1.885万亿美金。相当于世界上第9大GDP,超过了俄罗斯和加拿大的GDP。

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现在金融科技圈有个很火暴的科技叫:监管科技。区块链技术在结算、清算和审计方面的应用是当前各大金融机构探索的重点。因为一家金融集团,需要向证监会、银监会、保监会、财政部甚至央行等,进行各种各样监管报送。利用区块链技术可以是各个利益相关方建立信任,从而实现监管的智能和自动化。

区块链因为它的数据的不可篡改性,也极大提高了作假的成本。所以除了应用与金融业监管,在可以像合同、毕业证、房产证等这样的纸质证明,有可能在未来消失。

区块链的现状和未来是什么样的?

这是区块链诞生到现在的一张专利分布图,可以大致看出目前区块链在各个行业的影响,依然是金融领域人们投入最多。我的一个朋友在众享比特,他们公司已经开始使用区块链技术和银行进行合作。

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区块链的核心在于价值传递,增进信任,身份认证和数字资产基础还没有成熟,目前区块链只起到了记录的作用。因此未来区块链应用真正的成熟,可能需要以身份验证,数字货币的流行为基础。当数字货币等价值资产搬迁到线上后,区块链应用就会大规模爆发。

最后引用各路大咖的一句话:区块链目前仍然在婴儿期,谈颠覆为时尚早!

参考书目和链接

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