原标题：究竟什么是比特币？

Hi 大家好。今天我们来聊一个最近火的一塌糊涂的话题：数字货币。

提起货币，你可能觉得再熟悉不过了。你的钱包里放着现金，银行里有储蓄，还有各种理财、投资。生活中的方方面面，似乎都离不开货币。

从人类发明货币那天至今，它的样子发生过许多重大的变化，从原始粗糙的贝壳、金属块，到工艺精美的铜板、金币，再到印刷考究、凝结着无数现代科技的防伪纸币，这些都是看得见摸得着的实体货币。

而到了科技日新月异的今天，货币早已摆脱了实体形态，成为了一串虚拟的数字，也就是数字化的货币。比如早晨买早点，你用微信扫码，付给卖早点的大妈 12 块 8；再比如上个月你借给小张两万二买数码产品，中午支付宝提示你收到了小张的还款，还附言说周末要请你吃饭；下午银行发来短信，说你本月的房贷已经扣除，这个月又要吃土了呢。

数字化的货币凝结了现代科技的诸多成果，然而它仍然只是传统货币的一个替代品。自从人类政府取得了货币的铸造权，大部分货币本身的价值和它代表的价值就不再是一个概念了。例如，一张100美元纸币的生产成本大约是7.8美分，而数字化货币的成本则可能更低。

在传统的货币体系里，实体货币的价值由中央银行的信誉来保证。例如在金本位货币体系里，你相信政府的承诺，用你的纸币可以兑换等值的黄金。而数字化货币的价值则和实体法定货币挂钩，你相信你在银行、支付宝、微信里的账户余额，可以在相应的服务机构里兑换成实体的法定货币。也就是说，传统货币，包括数字化的传统货币，其价值基于人们对于中央银行这种权威中心机构的信任。

然而信任，并不是一件很容易达成的事情呢。如果没有一个可信的中心机构，除了靠人品，还有什么办法来达成信任呢？

答案就是：多年以来，一直没有太好的答案……

直到 2008 年，一位化名中本聪的神秘人士发表了一篇论文：《比特币：一种点对点式的电子现金系统》，提出了一个基于区块链技术的”去中心化”数字货币系统，它就是今天大名鼎鼎、人气爆棚的比特币。

比特币不是世界上第一个不依赖权威中心机构的，所谓”去中心化”的货币系统，但它绝对是迄今为止世界上最成功的一个。从 2009 年比特币系统正式启动，到今天(2018年1月)，它已经成为一个总市值超过两千亿美金的巨大体系了。

讲到这里，可能很多朋友脑子里已经冒出了一大堆关于“比特币”的问题。比如：

没有一个权威中心机构，你拥有的比特币保存在哪里？ 如何确保你的钱不会被别人拿去花？ 如何保证你的账户余额不会被黑客篡改呢？ 比特币怎么发行，如何避免比特币数量暴增带来的通货膨胀呢？

带着这些问题，可乐带你来探索比特币系统巧妙的设计和背后的技术。

事实上，在比特币系统中，并不直接记录每个账户的余额，而只是记录交易流水。

例如，你的账户流水显示，从古至今，你收到过一笔来自小 A 的 10 比特币，以及一笔来自小 C 的 20 比特币，并且这两笔交易的收入都没有被你花掉。那么你就拥有来自小 A 的 10 比特币和来自小 C 的 20 比特币这两条记录。只有把这两笔交易收入加起来，你才能知道自己总共拥有 30 个比特币。

而假如你打算使用 25 个比特币买套房，并且付出 0.001 比特币的手续费。那么你需要创建这样一笔交易，它的输入为来自小 A 的 10 比特币和来自小 C 的 20 比特币，输出为付给房主小 D 的 25 比特币，以及付给你自己的 4.999 比特币找零。

现在你已经在自己的账本上记录下的“支付25个比特币给小D”，那小D认不认可这笔交易呢？当然不认可。要知道，所有比特币的参与者都可以保存一份账本副本，如果你无法说服所有的人都帮你记这笔帐，那么这笔账不会受到大家的认可。

在比特币系统中，所有参与系统的人通过网络互相连接，以平等的身份组成了一个错综复杂的网络，称作点对点网络。你要做的，就是把你的交易进行签名 ，并且广播到这个网络里去。

那么，问题来了。该如何给交易数据签名，来证明这笔交易是你本人发出的呢？

在日常生活中，一个独一无二的签名可以证明你对一笔交易做了授权，除了少数天才，很少有人能够精确仿制出一个签名；而在数字的世界，复制是一件及其容易的事情，如何保证你的签名不被别人复制，从而被用于伪造你的授权呢？

这里可乐给大家介绍一下，计算机世界里的数字签名是如何进行的。首先，数字签名技术基于一种被称为”非对称加密”的技术。在使用这种技术时，你拥有两个钥匙，一个称作公钥，一个称作私钥。在计算机的世界里，公钥和私钥其实是两个数字，这两个数字是配对使用的。公钥，顾名思义，是可以公开给别人的，而私钥则是需要使用方严格保密的。

使用私钥，可以对一块特定的数据进行一个计算，得出一个独一无二的数字签名。数据不同，输出的数字签名也不同。使用公钥，可以对的消息，进行验证。如果公钥和私钥是配对的，那么验证通过，否则验证不会通过；通过私钥可以很容易计算出配对的公钥，而只知道公钥却极难推导出私钥；正是由于公钥私钥这样的性质，才使得我们可以用这种机制来进行数字签名。

私钥是你务必要妥善保存的，因为任何人掌握了你的私钥，就意味着掌握了你的钱包，以及里面的资产。而你的公钥，事实上就是你的比特币收款地址，其他人需要知道你的地址，才能转账给你。由于公钥是一个又长又难记的数字，因此比特币系统使用了一系列的编码转换，将公钥表示成类似这样(1NE5ZK9H4TBopmbq3jwin8uCjo1ZKZQNGx)的钱包地址。尽管仍然很难记，但是比原始的数字短了很多呢。

在真实的比特币系统中，使用私钥为一笔交易的输入进行签名，并且交易的输出要绑定收款人的公钥。例如，你之前收到来自小A 的10比特币收入，小A使用了你的钱包地址，也就是公钥来绑定这10比特币，要求必须用这个公钥对应的私钥进行签名，才可以花这笔钱。

当你打算花掉这10比特币时，必须使用你的私钥为它签名。这样，当网络中的其他节点收到你的交易信息，就可以用这10比特币上绑定的公钥，来检验你签名的合法性。而你指定你的交易输出为房主小D，也就意味着你使用小D的公钥绑定了付给他的25比特币。另外还有一笔找零，当然是绑定上你自己的公钥了。

制作出一笔合法的交易记录，然后签名之后，需要广播到比特币网络中。那什么又叫广播到网络里去呢？简单地说，就是把你的交易发送给网络中和你相邻的计算机节点，然后这些节点验证了你的交易签名，又把它发送给他们相邻的其他节点，一传十，十传百，最终你的交易就会被传遍全网。

如果全世界都知道了这笔交易，那你就无法赖账了。

这时，如果你再试图创建一笔交易，把已经花掉的10比特币和20比特币当作输入付给别人，网络中的所有人都会拒绝接受。不过，聪明的你可能会想，如果把买房的交易发给网络中一部分节点，而又用同一笔钱创建另一笔交易买豪车，发给网络中另一部分节点，那会产生什么样的结果呢?

首先，有一部分节点先收到了你的第一笔交易，他们会记录下来，传播出去；另一部分节点收到了你的第二笔交易，他们也会记录下来，传播出去。随着时间的推移，有一些节点先后收到了你的两笔交易。怎么办呢？很简单，他们把先收到的交易记录下来，然后认为后一笔收到的交易是不合法的，直接丢掉。

这时，网络中的节点出现了不一致：一部分节点认可你的第一笔交易，另一部分节点认可你的第二笔交易。作为一个货币系统，比特币当然只会承认其中一笔。具体怎么做呢？比特币系统引入了一个竞赛，让节点们互相竞争，最终达成一致。

说到这里，可乐有必要为大家介绍一下比特币的底层技术–区块链，是如何工作的。

在比特币系统中，节点是这么组织交易的：发生时间相近的交易会被放在一起，形成一个”区块”，然后每个区块按照时间顺序首尾相接，后一个区块里会写着前一个区块的编号，所有区块组成一个链条的形状。这个链条从第一个区块（也就是创始块）开始，到最新的一个区块为止，记录了比特币历史上所有已经确认的交易记录。

回到刚才的问题。网络中一部分节点认可了你的第一笔交易，把它放在了新生成的区块里；另一部分节点认可了你的第二笔交易，也把它放在了他们新生成的区块里。那么，谁说了算呢？

画外音：人多的说了算呗？

嗯，一定程度上是对的，不过比特币系统还要更复杂一点。实际上，把一个区块打包加入到区块链里，也被设计成了一件非常困难的事情。

当一个节点收集到一批交易信息，制作出来一个区块，它还需要先把这个区块合法化，才能把它加入到区块链里，被整个网络认可。中本聪在设计比特币系统时，要求一个区块必须满足一个非常苛刻的条件，才能被认为是区块链里的一个合法区块。

简单地说，所有新产生的区块，除了交易记录、上一个区块的地址等数据之外，还必须添加一个(称作 nonce 的)小块数据，使得整个区块经过一个(称作哈希计算的)数学运算之后，得到的结果满足指定的条件。而找到满足这样条件的小块数字(nonce)，至少对于现在计算机的计算能力来说，是一件非常困难的事情。

这里，比特币对区块做的数学运算称作哈希计算。在计算机科学里，哈希计算是一系列计算的统称，这类计算能够将一块数据，映射成一小串固定长度的数字，我们称作哈希值。

哈希计算有几个特点：

一是，给定输入数据，可以很快计算出来它的哈希值；反之只给出哈希值，则几乎不可能算出原始数据；

二是，输入的数据哪怕只是改变一点点，算出来的哈希值也会发生翻天覆地的变化。

也就是说，通过哈希计算，我们的区块(包含交易记录、上一个区块的地址以及额外的 一小块数据)，会算出一个固定长度的哈希值来。比特币系统要求合法的区块计算出来的哈希值小于某一个阈值，因此，比特币中的计算节点们就需要不停尝试不同的数字，使得整个区块的哈希值满足条件。

由于计算产生新区块是一件非常困难的事情，为了鼓励网络中参与区块链建设的节点，比特币系统协议允许生成合法新区块的节点得到两种收益。

一种收益是交易手续费，还记得你的买房交易里有一笔 0.001 比特币的手续费吗？这个手续费就是奖励给把你的交易打包进区块链的节点的。这个手续费是可选的，不过包含适量的手续费可以使得你的交易更快的被打包进区块链。

另一种收益来自一种称作 coinbase 的交易，这是比特币系统中一个特殊的交易，也是唯一一种无需包含输入，而只有输出的交易。比特币系统中的所有节点都认可这个规则，计算出合法区块的节点，可以在区块中包含一笔这样的交易，写上自己的钱包地址，奖励给自己一些比特币。最初这个奖励的金额是 50 比特币，大约每四年这个奖励金额就会减半，按照系统设计，2140年这个奖励就消失了，目前这个奖励大约是 12.5 比特币。

由于 coinbase 交易”凭空”创造出了比特币，它也是比特币发行的唯一方式。

参与比特币记账的节点要通过复杂而费力的计算工作来添加新区块，从而得到交易手续费和系统奖励，因此这种工作也被人们形象的称为”挖矿”，参与挖矿的计算机节点被称作”矿机”，控制矿机的人们则自称“矿工”。

在比特币系统中，并非所有参与者都会选择成为矿工。事实上，大多数参与比特币交易的普通人，只需要读取数据或者发起交易。

有了经济上的利益诱惑，所有参与记账的矿工节点，在组成一个新区块之后，就开始不停的计算，寻找这个能使整个区块合法的数字。所有的节点都参与竞争，每当有一个节点率先算出来了合法的区块，它就会兴奋地通知周围的节点，把这个新的区块广播给大家。

而当一个节点收到了别人传来的合法区块，它就会先去校验这个区块是否满足合法条件。如果校验通过，也就意味着自己在刚才这场竞争中失败了，于是它就放弃自己正在进行的计算，把别人传来的区块加入到自己的区块链中 ，然后重整旗鼓，参与下一个区块的计算。

再回到前面的情况，当你把用同一笔钱 买房的交易和买车的交易都发送到网络上之后：一部分节点可能先收到了买房这笔交易，于是尝试把这笔交易加入到它们的下一个区块里，而 这些节点稍后再收到买车这笔交易时，就简单地忽略掉它；而另一部分节点则可能刚好相反，它们尝试把买车这笔交易加入到它们下一个区块里。在绝大多数情况下，只有一方能够先胜出。假设买房的交易先胜出，那么当包含这笔交易的区块迅速被网络上所有节点都认可之后，买车这笔交易就再也没有机会被人接受了。

此外，由于在产生新区块非常困难，想篡改区块链中的交易记录（造分叉）也成了一件很困难的事情。假设你付给房主小 D 房款之后，你的交易被打包到了一个最新的区块 X 里，而 X 的上一个区块是 W。如果你想赖账，抹掉这笔交易，那么你需要把区块 X 里的交易拿出来，去掉你的交易，重新计算一个新的区块 X_1。如果你成功了，那就意味着你在w之后制造了一个区块链的分叉。

这时比特币系统有一个简单的策略来弥合分叉这种不一致的情况。那就是：所有比特币网络中的节点，都只在当前最长的区块链分叉上计算新块，而忽略较短的分叉。

此时网络中所有其他的节点都在尝试往 X 之后构建新的区块 Y，你必须赶在他们之前构造出区块X_1，然后在其他人算出 Y 之前，计算出X_1 后的新区块 Y_1，这样才能说服所有人放弃 X，切换到 X_1 和 Y_1 这个分支上来。除非你的计算能力爆棚，超过了全网计算能力的 50%，否则这已经是一件几乎不可能完成的任务了。

那如果你想篡改的交易 X 之后，已经被计算出来若干个新区块了呢？你必须从 X 开始逐一重新计算，试图制作出来一条更长的区块链分支来说服大家。这不仅是几乎不可能的事情，而且会让尝试做这样事情的人损失巨大的能源、计算机节点资源。有这个能力，你完全可以做个正常的矿工，赚取每个区块产生的收益。因此，你的交易在区块链里时间越久，前面产生的新区块越多，你的交易也就越安全。

虽然由伪造导致的分叉在实际情况中不常发生，但因为不同节点收到交易的先后顺序不同、选择策略不同，而网络则又不总是可靠，比特币偶尔也会出现分叉。

产生区块的过程称为工作量证明方法，这种方法使得篡改、伪造区块链变得代价高昂，从而确保了在没有中心权威的情况下，参与系统的各方出于保障自己的经济利益的目的，去遵守和维护系统规则。这样就使得人们对系统产生了信任，从而赋予了比特币价值。

怎么样，是不是非常精巧和神奇呢？

来源：可乐编程返回搜狐，查看更多

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