比特币到底是什么？

大家好。 今天我们要聊一个很火的话题：数字货币。

谈到货币，您可能会觉得再熟悉不过了。 你钱包里有现金，银行里有存款，还有各种理财和投资。 金钱似乎与生活的方方面面都密不可分。

从人类发明货币到现在，它的面貌发生了很多重大变化，从原始粗糙的贝壳和金属块，到做工精美的铜板和金币，再到凝聚了无数现代技术、印刷精美的防伪钞票。 它是一种看得见、摸得着的有形货币。

在科技高速发展的今天，货币早已摆脱了物理形态，变成了一系列虚拟数字，即数字货币。 比如早上买早餐，微信扫二维码，付12.8元给卖早餐的阿姨； 再比如，上个月你借给小张22000买数码产品，支付宝提醒你中午收到了小张的还款。 还有后记说周末请你吃饭； 下午，银行发来短信，说你这个月的房贷已经扣完了，这个月又要吃土了。

数字货币凝聚了现代科技的诸多成果，但它仍然只是传统货币的替代品。 自从人类政府获得了货币的铸造权之后，大部分货币本身的价值和它所代表的价值就不再是一个概念了。 例如，一张 100 美元的钞票的生产成本约为 7.8 美分，而数字货币的成本可能更低。

在传统的货币体系中，实物货币的价值是由中央银行的信誉来保证的。 例如，在金本位货币体系中，你相信政府的承诺，你可以用你的纸币换取等量的黄金。 数字货币的价值与实物法币挂钩。 您认为您在银行、支付宝、微信的账户余额可以在相应的服务机构兑换成实物法币。 也就是说，传统货币，包括数字化的传统货币，其价值是建立在人们对中央机构中央银行的信任之上的。

然而，信任并非易事。 如果没有可信的中央机构，除了靠人品，还有没有别的方法可以达到信任？

答案是：多年来比特币长什么样?，一直没有一个好的答案……

直到2008年，一位名叫中本聪的神秘人物发表了一篇论文：《比特币：一种点对点的电子现金系统》，提出了一种基于区块链技术的“去中心化”数字货币系统，这就是今天大名鼎鼎的比特币。

比特币并不是世界上第一个不依赖中央权威机构的所谓“去中心化”货币体系，但它绝对是迄今为止世界上最成功的一个。 从2009年比特币系统正式上线到今天（2018年1月），已经成为一个总市值超过2000亿美元的庞大系统。

说到这里，可能很多朋友的脑海里都有很多关于“比特币”的疑问。 例如：

没有权威的中央机构，你自己的比特币放哪了？

如何保证你的钱不被别人花掉？

如何确保您的账户余额不被黑客篡改？

如何发行比特币，如何避免比特币数量激增带来的通货膨胀？

带着这些问题，可口可乐将带您一起探索比特币系统的巧妙设计及其背后的技术。

事实上，在比特币系统中，并没有直接记录每个账户的余额，只是记录了交易流水。

比如你的账户历史显示，从古至今，你从小A那里收到了一笔10个比特币，从小C那里收到了一笔20个比特币，而这两笔交易的收入你都没有花掉。 那么你就有了小A的10个比特币和小C的20个比特币的两条记录，把这两笔交易的收入加起来，你就知道你总共有30个比特币。

而假设你打算用25个比特币购买套房，并支付0.001个比特币的手续费。 那么你需要创建这样一个交易，它的输入是小A给的10个比特币和小C给的20个比特币，输出是支付给房主小D的25个比特币，以及支付给自己的4.999个比特币找零。

既然你已经在账本上记录了“支付25个比特币给小D”，那么小D是否同意这笔交易呢？ 当然不是。 要知道，所有比特币参与者都可以保留一份账本副本。 如果你不能说服所有人为你保留这个账号，那么这个账号就不会被所有人认可。

在比特币系统中，所有参与系统的人都通过网络相互连接，形成错综复杂、身份平等的网络，称为点对点网络。 您所要做的就是签署您的交易并将其广播到网络。

那么，问题来了。 如何对交易数据进行签名，证明交易是自己发出的？

在日常生活中，一个独一无二的签名可以证明你授权了一笔交易。 除了少数天才，很少有人能准确模仿一个签名； 在数字世界中，复制是一件极其容易的事情。 如何确保您的签名不被他人复制并用于伪造您的授权？

在这里，可乐就为大家介绍一下计算机世界中的数字签名是如何进行的。 首先，数字签名技术基于一种称为“非对称加密”的技术。 使用此技术时，您有两把钥匙，一把称为公钥，另一把称为私钥。 在计算机世界中，公钥和私钥其实是两个数字，这两个数字是成对使用的。 公钥，顾名思义，可以对外公开，​​而私钥则需要用户严格保密。

使用私钥，可以对特定的数据进行计算，得到唯一的数字签名。 数据不同，输出的数字签名也不同。 使用公钥，可以验证消息。 如果公钥和私钥配对，则验证通过，否则验证不通过； 通过私钥可以很容易地计算出配对的公钥，但是仅知道公钥就很难推导出私钥； 私钥的性质允许我们使用这种机制进行数字签名。

您必须妥善保管好私钥，因为谁拥有了您的私钥，就意味着谁就掌握了您的钱包和里面的资产。 而你的公钥其实就是你的比特币接收地址。 其他人需要知道您的地址才能向您转账。 由于公钥是一个又长又难记的数字，比特币系统通过一系列的编码转换将公钥表示为钱包地址，就像这样（1NE5ZK9H4TBopmbq3jwin8uCjo1ZKZQNGx）。 它仍然很难记住，但它比原来的数字短得多。

在真实的比特币系统中，交易的输入使用私钥进行签名，交易的输出与收款人的公钥绑定。 比如你之前收到了小A的10个比特币收入，小A用你的钱包地址，也就是绑定这10个比特币的公钥，要求用这个公钥对应的私钥进行签名。 钱是可以花的。

当你想要花费这 10 个比特币时，你必须用你的私钥对其进行签名。 这样，当网络中的其他节点收到你的交易信息时，就可以使用这10个比特币绑定的公钥来验证你签名的合法性。 而你指定你的交易输出为房主D，也就是说你用D的公钥绑定支付给他的25个比特币。 还有一个变化，当然是绑定你自己的公钥。

制作合法的交易记录并签名后，需要广播到比特币网络。 那么什么是向网络广播呢？ 简单的说，就是把你的交易发送给网络中与你相邻的计算机节点，然后这些节点对你的交易签名进行验证，然后再发送给与其相邻的其他节点，以一对十，十对一百，以及最终你的交易将传播到整个网络。

如果全世界都知道这笔交易，那么你就无法摆脱它。

这时候，如果你试图创建一个交易，将你已经花费的 10 个比特币和 20 个比特币作为输入支付给别人，网络中的每个人都会拒绝接受。 但是，如果你聪明的话，你可能会想，如果你把买房子的交易发送到网络中的某些节点，然后用同样的钱再创建一个购买豪车的交易并发送到网络的另一部分， 会发生什么？ 结果呢？

首先，一些节点先收到了你的第一笔交易，他们会记录下来并传播出去； 另一部分节点已经收到你的第二笔交易，他们也会记录并传播出去。 随着时间的推移，一些节点已经接连收到了你的两笔交易。 怎么做？ 这很简单。 他们先记录收到的交易，然后认为后面收到的交易是非法的，然后扔掉。

这时候网络中的节点之间就出现了不一致的情况：有的节点认可你的第一笔交易，有的节点认可你的第二笔交易。 比特币作为一种货币体系，当然只会承认其中的一种。 怎么做？ 比特币系统引入了一个节点相互竞争以最终达成共识的竞赛。

说到这里，可口可乐有必要给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，节点是这样组织交易的：将发生在相似时间的交易放在一起形成一个“区块”，然后每个区块按照时间顺序首尾相接，写入下一个区块按照前一个区块的编号，所有区块形成一个链状。 这条链从第一个区块（即创世区块）开始，一直到最新区块，记录了比特币历史上所有已确认的交易记录。

回到刚才的问题。 网络中的某些节点批准您的第一笔交易并将其放入新生成的区块中； 另一部分节点批准你的第二笔交易并将其放入他们新生成的区块中。 那么，谁说了算呢？

画外音：有多少人说了算？

嗯，这在一定程度上是对的，但比特币系统稍微复杂一些。 事实上，把一个区块打包进区块链也被设计成一件非常困难的事情。

当一个节点收集到一批交易信息并产生一个区块时，需要先将该区块合法化，然后再将其加入区块链并被全网认可。 中本聪设计比特币系统时，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中的合法区块。

简单的说，所有新产生的区块，除了交易记录和前一个区块的地址等数据外，还必须加上一小块数据（称为nonce），这样整个区块经过一个（称为hash）后数学运算，得到的结果满足指定的条件。 找到满足这样条件的一小段数（nonce）是非常困难的，至少对于今天的计算机的计算能力来说是这样。

在这里，比特币对区块执行的数学运算称为哈希计算。 在计算机科学中，哈希计算是一系列计算的总称，可以将一段数据映射成一串固定长度的数字，我们称之为哈希值。

哈希计算有几个特点：

一是给定输入数据，可以快速计算出它的哈希值； 相反，如果只给出哈希值，几乎不可能计算出原始数据；

二是即使输入的数据只改变一点点，计算出的哈希值也会发生巨大的变化。

也就是说，通过哈希计算，我们的区块（包括交易记录、前一个区块的地址和附加的一小块数据）会计算出一个固定长度的哈希值。 比特币系统要求合法区块计算出的哈希值小于一定的阈值。 因此，比特币中的计算节点需要不断尝试不同的数字，才能使整个区块的哈希值满足条件。

由于计算和产生新区块的难度很大，为了鼓励网络中的节点参与区块链建设，比特币系统协议允许产生合法新区块的节点获得两类收益。

一种收入是交易费。 还记得你的购房交易有0.001个比特币的交易手续费吗？ 这笔手续费将奖励给将您的交易打包到区块链中的节点。 这笔费用是可选的，但包括适当的金额可以使您的交易更快地打包到区块链中。

另一种收入来自一种叫做 coinbase 的交易，这是比特币系统中的一种特殊交易，也是唯一一种不需要包含输入，而只包含输出的交易。 比特币系统中的所有节点都认可这个规则，计算出一个合法区块的节点可以将这样的交易包含在区块中，写入自己的钱包地址，并奖励自己一些比特币。 初始奖励金额为50个比特币，奖励金额大约每四年减半。 根据系统设计，奖励将于2140年消失，目前奖励约为12.5个比特币。

由于 coinbase 交易“凭空”创造了比特币，因此这是发行比特币的唯一方式。

参与比特币记账的节点需要通过复杂而费力的计算工作来增加新的区块，从而获得交易手续费和系统奖励，因此这种工作也被人们称为“挖矿”。 参与挖矿节点的电脑称为“矿工”，控制机器的人自称为“矿工”。

在比特币系统中，并非所有参与者都选择成为矿工。 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发起交易。

在经济利益的诱惑下，所有参与记账的矿工节点，在形成一个新的区块后，开始不断地计算，寻找能够使整个区块合法的数字。 所有节点参与竞争。 每当一个节点首先计算出一个合法的区块时，它就会兴奋地通知周围的节点，并将新的区块广播给所有人。

而当一个节点从别人那里收到一个合法的区块时，它会首先检查这个区块是否满足合法的条件。 如果验证通过，就意味着它在刚才的比赛中失败了，那么它就会放弃自己正在做的计算，将别人发来的区块添加到自己的区块链中，然后重新组合，参加下一轮。 块的计算。

回到之前的情况，当你用同样的钱同时向网络发送买房交易和买车交易时：有些节点可能先收到了买房交易，所以他们尝试添加这笔交易到他们的下一个区块中，当这些节点稍后收到买车的交易时，他们直接忽略它； 而另一部分节点可能会做相反的事情，他们会尝试将购买汽车的交易添加到他们的下一个区块中。 堵塞。 在绝大多数情况下，只有一方可以先获胜。 假设买房交易先获胜比特币长什么样?，那么当包含该交易的区块迅速被全网所有节点识别时，买车交易将永远没有机会被接受。

此外，由于很难产生新的区块，因此也很难篡改区块链中的交易记录（创建分叉）。 假设你向房主D付款后，你的交易被打包到最新的区块X中，而X的前一个区块是W。如果你想否认并抹掉这笔交易，那么你需要取出区块X中的交易，删除你的交易，并重新计算一个新的区块 X_1。 如果你成功了，就意味着你在 w 之后对区块链进行了分叉。

这时，比特币系统有一个简单的策略来弥合分叉的不一致性。 即：比特币网络中的所有节点只在当前最长的区块链分叉上计算新区块，而忽略较短的分叉。

这时，网络中的所有其他节点都在尝试在X之后构造一个新的区块Y。你必须在它们之前构造区块X_1，然后在其他人计算Y之前在X_1之后计算出新的区块Y_1。只有这样才能让每个人都说服放弃 X 并切换到 X_1 和 Y_1 分支。 除非你的算力是压倒性的，超过全网算力的50%，否则这已经是一个几乎不可能完成的任务。

那么如果你要篡改的交易X之后又计算出了几个新的区块怎么办？ 你得从X开始一个一个重新计算，试图做一个更长的区块链分支来说服大家。 这不仅几乎是不可能的，而且对于试图做这样的事情的人来说，它会花费大量的能源和计算机节点资源。 有了这个能力，你就可以做一个普通的矿工，赚取每个区块产生的收益。 因此，你的交易在区块链上的时间越长，之前产生的新区块就越多，你的交易就越安全。

虽然伪造造成的分叉在实际情况中并不经常发生，但由于不同节点接收交易的顺序不同，选择策略不同，网络并不总是可靠的，所以比特币偶尔会出现分叉。

生成区块的过程称为工作量证明方法，这使得篡改和伪造区块链的成本很高，从而确保在没有中央权威的情况下，参与系统的所有各方都有动力保护自己的经济利益。 宗旨，遵守和维护制度规则。 这使人们可以信任该系统，从而赋予比特币价值。

怎么样，是不是很精致很神奇呢？