比特币（一）什么是区块链？

最近一段时间，比特币价格再次暴涨，超过2017年的最高点，达到约20000美元的天价比特币购买。短短十余年间，比特币从一文不值，到万人追捧，诞生了许多超级富豪，又让无数人倾家荡产。夜来风雨声，花落知多少。

比特币的价格走势

比特币到底有没有价值？不同的人有不同的回答比特币购买。有人认为：比特币不过是一个数字游戏，无论涨到多高，也终究是无源之水、无根之木，逃脱不了崩盘的厄运；也有人认为：货币的价值来源于信任，新的国家建立时，能将一张张普通的纸变成货币。只要人们信任比特币，它的价值就永远不会消失。

金融生来就或多或少带有原罪比特币购买。在这场争论中，每个人都会从自己的经济地位角度给出答案。我从未购买过比特币，不为比特币站台，但是我却认为：单纯从技术上讲，比特币的设计的确令人惊叹。我想把比特币当作一件艺术品，带着大家探讨一下它背后的原理。

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比特币的诞生

2008年，秋风渐冷，此时金融危机的阴云逐渐扩散到整个世界比特币购买。那年的11月1日，一个化名中本聪的网络极客对着电脑，给一篇不足5000字的论文做最后的修改。没有人会提前预知，这篇短小的文章竟会掀起长达十几年的腥风血雨。它就是《比特币：一种点对点式的电子现金系统》，也叫做《比特币白皮书》。虽然人们不知道中本聪是谁，但是许多比特币玩家都把《白皮书》看作新时代的《圣经》。

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白皮书

传统互联网上的贸易，几乎都需要借助金融机构作为可信赖的第三方来处理电子支付信息比特币购买。比如我们用信用卡、支付宝，或微信支付买东西，信息都会通过网络传递到银行或者腾讯、阿里的计算机系统，由它们来记账。我们信任这种支付方式，因为它有国家信用或者公司信用的担保。银行和大型公司是这个记账模式的中心，这就是中心化的记账系统。

但是，2008年严重的金融危机让中本聪感到这种“基于国家和公司信用的模式”存在风险，因为国家存在滥发货币的风险、公司更是可能为了利润滥用金融衍生品、剥削居民财富比特币购买。他在《白皮书》中提出：我们的记账系统并不一定需要一个中心，交易只需要一个公认的账本即可，这个账本应该要公开地广播给所有人。这就是去中心化的电子记账系统。在这个电子记账系统中流通的货币就是比特币。

中心化交易系统与去中心化交易系统

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什么是区块链比特币购买？

去中心化的电子记账系统是如何实现的呢比特币购买？

例如：网络上有A、B、C、D四个交易者，A向B支付了10个比特币，这件事要记录在账单中比特币购买。不过，账单不能只存在于A和B手里，否则就没办法确认账单的真实性。他们要把这笔账单广播到网络上，告诉C和D发生了这笔交易，并请求C和D帮忙记录这笔交易。过了一会儿B和C、C和D之间也进行了转账交易，他们同样要把账单广播给网络上的所有人。

A、B、C进行的交易记账

网络上的所有用户都可以接收到这些账单，如果他们愿意，就可以把账单进行打包，形成一个数据块，我们叫它区块比特币购买。一个区块的容量大约是1M，可以存储4000条左右的交易记录。区块打包好之后，就可以把它链接到以前的区块上。再过一会儿，又会有新的区块链接到它后面。如此形成了一条账单包的长链，这就叫区块链。

区块链

也许看到这里，许多人的脑子里会冒出许多小问号比特币购买。

比如：为什么我把账单广播到网络上比特币购买，就会有人收集打包呢？为什么别人要占用自己的电脑资源，记录一个跟他无关的账目呢？

再比如：因为网络延迟效应，每个人记录的账单可能是不一样的比特币购买。举例来说：网络上有两笔交易：A给B转账10个比特币，B给C转账5个比特币。由于用户C与A更近，他的账本里先记录了第一条数据，后记录了第二条数据。而用户D与C更近，他的账本里先记录了第二条数据，然后再记录第一条数据，最终C和D的账单不一样，我们以谁为准？

再比如：如果A原本没有给B进行转账比特币购买，B却向全世界广播:A给自己转账了10个比特币，我们该如何发现这是一条伪造的数据？假如有人在已经打包好的区块上动手脚进行篡改，我们是否能发现？假如一个人只有10个比特币，他却要同时支付给两个人每个人8个比特币，这能不能做到？所有账单都是公开的，我们又如何保护个人的隐私……

中本聪在设计比特币时做了周到的考虑比特币购买，我们先来回答第一个问题：为什么别人愿意为我们记账？

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记账手续费和打包奖励

在《天下无贼》这部电影中，傻根为了省下转账的手续费，怀揣6万元现金踏上了回家的列车，在车上遇到了盗贼、劫匪、警察，开启了一段曲折离奇的故事比特币购买。

《天下无贼》剧照

我们通过银行转账，需要额外付出一笔手续费比特币购买。在比特币系统中，每一笔支付也会有手续费，假如A给B转账10个比特币，A还要额外多付一点点钱，这笔钱是给记账的人的奖励，用以换取大家对这笔交易的认可。每打一个数据包，数据包里面的记账奖励就归打包人所有，从而促使更多的人愿意为别人的账单记账和打包。

手续费只是让比特币在用户之间流转，但是比特币没有中央机构，它从哪里发行呢？其实，每当我们将一个数据包链接到区块链上，还会额外获得系统约定的打包奖励，这个奖励是按照协议自动生成的，相当于是传统货币的发行过程比特币购买。

中本聪提出比特币系统的时候，设计出了这样的方案：尽量保证每10分钟出现一个新的数据块比特币购买。最开始的四年，将一个数据块链接到区块链上，就会得到50个比特币的奖励，为了保证资源的稀缺性，四年之后，每链接一个数据块会得到25个比特币的奖励，再过四年奖励变为12.5比特币…

虽然每十分钟新增一个数据块的速度基本保持不变比特币购买，但是每次加新块的奖励却成等比数列减少，根据高中学过的等比数列知识，如果按照这个打包速度永远进行下去（每小时有6个新的数据块，每天有24小时，每年有365天，每4年比特币奖励减半），总的比特币奖励也是有限的，它的数量是

也就是说：比特币的总量大概就只有2100万个，这就保证了比特币的稀缺性比特币购买。

既然记账并打包数据就可以赚取比特币，网络上的比特币参与者都想抢着记账，那么，记账的权利到底归谁呢？中本聪想到一个办法：工作量证明比特币购买。

每个参与记账的用户都要去做一个很难的数学题，只有第一个把这道数学题做出来的人，才有权利进行打包比特币购买。这个数学题是如此的复杂，以至于没有任何一个人能够直接通过脑子把它做出来，也没有任何更加快捷的方法，唯一的解决方案是利用电脑一个数字一个数字地进行尝试，最先通过尝试得到数学题答案的人立刻向周围人广播自己的答案，周围的人确认他的答案正确，那么他就有权利打包这个区块，并且获得记账奖励和打包奖励了。随后，游戏重新开始，全世界所有的比特币参与者进入下一轮试数解题的过程中。

通过努力的计算获得正确的结果，获得比特币奖励，这就如同我们在矿洞里一镐子一镐子地挖土，最终挖到了黄金一般比特币购买。人们把这个过程形象地称为挖矿，游戏的参与者就称为矿工，而用来计算数学题的电脑就称为矿机。

那么，这个数学题到底是什么？为什么用全世界的电脑同时计算也需要10分钟左右才能计算出来？敬请期待比特币（二）哈希函数和工作量证明比特币购买。

注：本文最早发布于2020年10月