区块链比特币科普

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。

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。

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。

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。

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。

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？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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？

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。

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。

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。

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

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。

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。

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

• 《区块链：定义未来金融与经济新格局》、《区块链革命》、《图说区块链》、《区块链技术指南》、《薛兆丰的北大经济学课》
• 中国信通院全球区块链应用十大趋势
• 火币朱嘉伟：不要过度神化区块链
• 对未来产生影响最大的科技
• 吴大维：金融科技对监管的潜在影响——监管科技、区块链
• 详解比特币的原理和运行机制
• 比特币：货币的终极形态
• 比特币的崛起

来源：CSDN

作者：zcube

链接：https://blog.csdn.net/zcube/article/details/78844264