你真的会玩比特币吗？

授权丨云时代架构

李彦鹏

比特币系统是当下最流行的电子货币之一，山寨币也有很多，但思想甚至源代码都来自比特币。

朋友圈里有很多介绍性的文章，也有人试图通过漫画形象地解释比特币的特性，但还是没能抓住重点，总有一些问题说不清楚。

为了弄清这些问题，我最近研究了几本比特币书籍和中本聪本人发表的比特币论文。

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比特币的历史

自从 2009 年一个自称中本聪（是的，日本人……）的人在一个名为“比特币：一种点对点电子现金系统”的秘密密码学讨论组上发表了一份报告后，比特币出现并获得了越来越多的人们的关注。

比特币的价格从最初的几美分涨到了现在的几万美元。价格大涨大跌，但价格总体呈上涨趋势。挖矿从最开始的个人电脑，到后来的矿机，再到后来的矿池，经过了几代人的发展。

该政策得到了一些国家的支持，也有一些国家反对，还有一些国家对比特币态度暧昧。最有趣的是，2010 年 5 月 21 日，在第一笔比特币交易中，佛罗里达州程序员 Laszlo Hanyecz 用 10,000 BTC 购买了价值 25 美元的披萨优惠券，该优惠券最近价值数亿美元。. 这一切都见证了比特币神奇的发展史。

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区块链的前世今生

虽然比特币没有得到各国政府的充分认可，也不是标准的金融机构，但比特币的挖矿活动十多年来从未停止过。比特币交易随时随地进行。成功的金融产品比特币挖矿产生图片，从技术上讲，比特币的每一个技术点，比如：非对称密码学、P2P网络、共识机制、智能脚本等，都不是创新，但这些技术的结合才是伟大的比特币。创新。

由于比特币的成功，比特币的核心技术区块链越来越受到关注，以至于区块链被认为是互联网金融行业的下一个风口，各行各业都在研究区块链。并找到区块链的使用场景。

有一个不恰当的例子，但非常生动。区块链技术就像一把锤子，在全世界寻找钉子。我最后找到的那几颗钉子仍然是螺丝钉。用锤子敲打也不是不可能，只是有点费力。

上面的例子生动地说明了区块链技术的现状。例如，一些公司使用区块链进行存储比特币挖矿产生图片，一些公司将区块链用于客户账户，还有一些公司使用区块链进行存储。电子资产，这些都是在寻找区块链的场景。虽然区块链还没有得到充分应用，但毫无疑问，区块链已经在金融领域崭露头角。

另一个现象是，很多公司为了炒作新概念，声称他们的产品使用了区块链。例如，某电子资产公司使用区块链。如果你仔细理解，别人使用的私链是难以置信的。私有链上链是为了提高性能，肯定不是。区块链最难的是性能，也就是安全性。私人安全在于私人产品的建设，而不在于是否使用区块链。那么私链有什么用呢？这里的读者可以自行YY。

实际上，区块链分为公链、私链和联盟链。

公链对参与节点没有限制。整个系统在公共网络上运行，不受中央组织的控制。它自由发展并自我组织。一个典型的例子是比特币。

顾名思义，私有链是在组织内运行的区块链系统。这种系统在组织内部运行，很难保证去中心化。在一个组织中，它是集中化的产物。因此，我一直认为一切都是私有链。更不用说去中心化的特点了。

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什么是比特币

比特币是一种通过点对点技术实现的电子现金系统，它允许一个组织直接与另一个组织进行在线支付，而无需中间的权威清算机构。

在比特币的世界里，如果你想拥有比特币，你需要申请一个比特币地址，就像你在银行存款，你需要开一个账户，然后你就拥有了这个账户，拥有自己的帐户，您可以将钱存入您的帐户，其他人可以将钱转入您的帐户。当您需要取款或转账给他人时，您需要出示可以打开此地址的密钥，也就是您的私钥，就像您在 ATM 取款时需要提供相同的密码一样。

与银行发行的法币不同，法币的发行由各国中央银行管理。大家都认为央行是可靠的，不会犯错，不会被攻击。但是，比特币的发行不需要中央银行等权威机构。它允许一笔交易直接从一个机构结算到另一个机构，省去了权威机构的结算，提高了交易和结算的效率，节省了交易量。成本，尤其是跨境交易。

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区块链是如何存储的？

对于现金账户系统，首先要解决的就是如何记账，记账在哪里，如何存账。例如，您在中国银行存款，中国银行为您开立账户，您的账户存储在中国银行的服务器上。如果您在中国建设银行存款，中国建设银行会为您开户，您的账户存放在中国建设银行。在银行的服务器上。

如果您需要转账到别人在同一家银行的账户，您需要通过这家银行转账和结算，如果您需要转账到别人在其他银行的账户，您需要转账和结算给您通过银联，虽然普通用户无法感知这么多流程，但这些步骤确实存在。从这个过程中我们可以看出，记账的账户体系是由某个组织专用的、集中的、拥有和维护的，通常这个组织是权威的、值得信赖的。

比特币没有中心化的记账系统，而是通过分布式区块链记录比特币的所有权和交易信息。

每个比特币参与者都有一个相同的区块链副本。区块链包含随时间排序的多个块。后一个块通过哈希指针指向前一个块，形成一条链。有了这个指针，可以一直找到顶端到底部的第一个块，第一个块成为创世块。

每个区块记录前一个区块的哈希值，其实就是前一个节点头的哈希值。如果你想改变一个区块中包含的交易，你必须改变这个区块之后的所有交易。，因为每个区块的生成都需要条件和时间，而且条件相当苛刻（后面会在共识机制相关的文章中详细说明）。

因此，一旦一个区块产生并被区块链的节点接受，并且在该节点之后产生了一定数量的区块，则该区块基本上是不可变的。

区块链示意图如下：

区块链

从上图可以看出，区块链是由多个区块组成的。每个区块由区块头和区块体组成。每个块头包含块的元信息，还包含指向前一个块的指针。指向区块头哈希值的指针，是防止区块链被篡改的关键信息。

块体包含比特币的交易信息。第一笔交易是特殊交易，是对挖矿节点的奖励。这也是产生比特币的唯一方式，即发行比特币的方式。剩下的Transactions都是转账交易，比特币从一个地址支付到另一个地址，这是比特币价值转移的唯一途径。

综上所述，比特币只有两种交易：发行和转让。比特币创建后，只能从一个人转移到另一个人，不能凭空消失。比特币发行总量有限，一共2100万枚，所以是一种通缩货币。

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如何证明你拥有比特币？

上面介绍了区块链的存储。区块链其实就是比特币的账本，记录了谁拥有多少比特币，但是​​这个账本是存储在互联网上并分发的，并不是由中央组织或服务器来存储的。

对于账本，剩下的问题是比特币的所有者如何证明他拥有比特币？

这就像在银行开户，当您想将钱转给其他人时，您需要在 ATM 上插入您的卡并输入您的 PIN 码。卡相当于比特币的地址，密码相当于比特币的密钥。有了正确的地址和密钥，您就可以主张自己的比特币权利并将比特币转让给他人。进行转账交易。

更具体地说，比特币交易在一个地址上锁定一定数量的脚本，声明拥有该地址的用户将通过密钥的签名证明他拥有该地址，然后花费比特币，比特币被花费后，它不会消失，它会被锁定在其他人的地址中，其他人可以用同样的方法来花费这个比特币。

从上面的过程中，我们总结了两个动作，加锁和解锁，分别对应我们平时的加锁和解锁头，在比特币系统中通过加锁脚本和解锁脚本来实现：

1. 锁定脚本将比特币与比特币地址相关联，证明比特币属于该地址。

2. 解锁脚本提供了这个地址是我所有的证明，这个比特币是我所有的，我可以用它来支付。

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矿业

既然区块链是一个分布式记账系统，每个参与节点都有一份副本，那么谁负责将一笔交易记录到区块链上呢？

这就不得不引入一个新概念，即共识机制。比特币通过工作量证明的共识机制确定记账权。一般来说，谁证明自己的工作量最大，谁就负责记账。

工作量证明示意图如下：

工作证明：

工作量的大小通过计算满足一定标准的比特币区块头的哈希值来体现。

试图争夺记账权的节点称为挖矿节点。挖矿节点将验证从网络节点发送的交易。经过验证后，它们将被存储在缓冲区中，形成一定的交易存储结构，并放入块体中。然后根据块的基本信息构造块头，通常包含前一个块的哈希值、Merkle 根（在后面的文章中详细介绍）、时间戳、难度目标和填充随机数价值。

这里的随机值是随机生成并填充的。挖矿的过程就是找一个可以填充块头的随机值，使块头的哈希值符合一定的标准，例如：哈希值的哈希值有的第一个位为0，而难度目标是用来表示哈希值标准的难度系数。通过概率算法可以计算出难度值和挖矿成功的概率。

网络上的每个矿工接收并验证一批交易，然后开始挖矿。View 计算满足一定难度值的区块头的哈希值。如果计算成功，则挖矿成功。网络广播挖矿收益后，全网节点验证通过后，区块连接到区块顶部，全网达成一致。

矿机需要反复测试随机填充值才能解决。一般是生成随机数，尝试将生成的随机数填充到块头中，然后计算哈希。后续文章会介绍矿机联盟，矿机联盟会生成随机数。划分多个小区域，分配给联盟成员，共同解决问题。

*本文由i黑马、作者李彦鹏授权的云时代架构（ID：cloudate）发布。如需转载，请联系原作者授权。