十分钟带你认识比特币

提到比特币，很多人的印象要么是带有革命光环和科技背景的金融良药，要么是笼罩在阴谋论和传销阴影下的庞氏骗局。 对事物缺乏基本的认识，包括我身边的一些朋友，也是一知半解。 因此，我觉得有必要写一篇比特币原理介绍文章，介绍一下比特币的基本原理。 为了帮助大家快速理解，本文比较简单。 只讲基本概念，多是干货，注意吃。

比特币的发展

比特币有一段奇妙的发展史，但其实际的发展史只有短短的8年。 从2008年金融危机开始萌芽。冰点，信用货币的弊端暴露无遗。 换句话说，以国家信用为基础的货币体系并没有那么可靠。 比特币就是这样诞生的。 它的基础侧重于数学而不是信用。 它将整个交易系统的可靠性寄托在密码学上，交易规则的创新以数学为基础。

中本聪在一篇论文《比特币：一种点对点电子现金系统》中，首先介绍了一种基于去中心化网络的数字货币。 一种不受中央票据交换所控制的货币体系。

2009年，比特币在线交易网络上线，第一批50枚比特币由中本聪亲自挖出；

2010年，美国一位程序员完成了第一笔交易，用10000个比特币买了一个披萨（按现在的汇率，这10000个比特币现在价值6000多万人民币（2017年1月），史上最大的昂贵披萨);

2011年是比特币比较黑暗的一年，黑客盗窃事件多起，而全球最大的网络黑市丝绸之路（SilkRoad）为了提高网站的匿名性，将比特币作为结算方式，开始了比特币的阴暗面，一个高度的匿名性也为非法活动提供了极好的工具；

此后，比特币一帆风顺，兑人民币的汇率甚至接近10000。 2009年投资，投资回报率至少1000倍；

短短8年时间，一个乌托邦理想主义的货币计划总市值近200亿美元。 中本聪的去中心化货币设计不得不说是非常成功的。 当然，除了金融业的发展背景，比特币本身还具有以下优秀的特性，使其规模日益扩大。

一、货币发行规则。 比特币的发行是基于奖励的。 每产生一个区块，节点都会获得相应的奖励，让大家有动力投入资金来维持整个交易网络的正常运行（交易网络的正常运行需要庞大的计算量。目前，绝大部分算力由矿机提供，矿机的主要目的是获得奖励，这种设计使得货币发行和节点扩展巧妙地结合在一起，相互激励。

第二，可靠的分布式账本。 分布式账本的好处是保证交易不可篡改，除非你能修改整个网络一半以上的节点账本，这种可能性很小。

第三，匿名交易。 比特币的兴起离不开黑市交易、非法洗钱等，而这些交易需要可靠的匿名交易平台。 比特币的钱包地址（相当于平时使用的银行账号）是匿名的，钱包地址的生成是基于密码学的，即一笔交易可以生成上千个“账户”，难以区分真假之间，完全匿名，增加了追踪难度。

比特币基于数学原理而非信用。 在这方面，它是现代货币演变的重要标志。 这是人类第一次使用数学作为货币的基础。 比特币天生就带有相对公平公正的基因。 它为我们的经济找到了新的可能，即摆脱具有几千年历史的中心化金融体系，构建具有数学理性的新经济形态。

基本数学原理

比特币的数学原理主要涉及两个方面，一是数字签名和非对称加密技术，二是数字指纹技术。 了解数字加密技术的朋友可以跳过这个介绍。

1.数字签名机制

数字签名是现代计算机密码学中的一个重要概念。 比特币的数字签名基于非对称加密算法。 具体的例子如下：如果小明想给小红发一条消息，但是这条消息可能被小张监听到了，于是他们想到了一个好办法，就是通过一套加密规则对消息进行加密。协商好了，以至于小张即使听了内容，因为不知道加密规则比特币买卖规则，仍然无法破译信息内容。 这称为对称性。 加密。

对称加密场景

但是对称加密的一个明显缺点就是小明需要把加密规则告诉小红。 如果小张能截获加密规则，那么小明和小红之间的信息交流就可以被破解，小张也可以向小红伪装成小明。 红色发送假消息，所以我们需要另一套通信规则来避免这种情况。

非对称加密可以有效解决上述问题。 首先，小明需要一对公钥和私钥。 公钥和私钥成对存在。 公钥是由私钥通过不可逆的数学公式生成的。 公钥和私钥遵循以下规则：

1、用公钥加密的信息可以用私钥解密，反之则不行；

2、用私钥签名的信息可以用公钥验证，即验证签名；

有了以上规则，我们可以设计如下信息交互场景：

使用私钥签名和公钥验证场景

我们从上图可以看出，在这种情况下，整个系统中没有人可以冒充小明发送消息，因为只有小明知道自己的秘钥。 这种设计可以有效保证发送方的消息不会被恶意伪造。

当然这种机制也可以进行加密信息传输：

公钥加密私钥解密示例

以上就是数字签名和非对称加密的主要内容。 两者结合可以保证交易的安全性。 签名算法的一般原理可以用下面简单的数学例子来说明：

我们把两个数相加，比如2+8=10。 这个结果只需要一次操作就可以验证，但是从10推2和8就比较困难了，因为有很多种可能。 这说明我们可以找到一个不可逆或难以逆向的数学算法，并利用这个算法来实现非对称加密。

事实上，比特币使用的是椭圆曲线数字签名算法（SECP256K1），可以在很大程度上保证交易过程不会被破解，我们在正常使用中不用担心。 比特币钱包地址的生成也是基于这个算法。 首先，从一个随机字符串中生成一个秘钥，然后通过秘钥算法生成公钥。 转换公钥生成比特币钱包地址。 也就是说，我们只需要知道钱包的地址，就可以使用随机种子或者秘钥推导出来，但是这个过程是不可逆的，所以保护好自己的秘钥非常重要。

2.数字指纹

如果小明给小红发消息，小红怎么验证这条消息没有被小张篡改过呢？ 小明想到了一个巧妙的办法。 他提前将发送的信息进行了转化，生成了一个字符串。 如果原始信息被篡改，字符串也会发生很大变化，然后将两端的消息发送给小红。 小红收到后，对收到的信息进行同样的变换，得到一个字符串，然后将这个字符串与小明生成的字符串进行比较。 如果相等，说明信息没有被篡改。 过程如下：

1、小明将发送的信息通过算法进行转化，得到一个指纹串。

2.将信息和对应的指纹串发送给小红。

3、小红提取信息，进行同样的变换，得到第二个指纹串。

4、通过比较两个字符串，小红可以知道信息是否被篡改过。

我们将上述过程称为数字指纹技术，广泛应用于比特币交易系统中。 常见的数字指纹算法有MD5/SHA1/SHA256等，注意数字指纹也是不可逆的，即不可能通过指纹字符串反转原始信息。

交易原则

比特币交易是去中心化的。 为了便于理解，我们不妨想象一个故事。 故事中的三个主人公：小明、小红、小张。 小明想转一笔钱给小红。 传统的交易流程应该是这样的：

1、指定结算中心记账，需要维护一个中央台账。 在这张照片中，小张扮演这个角色；

小张的结算中心功能

2、小明支付给小红的结算流程。

小明付100元给小红的结算流程

我们可以看到小明给小红的付款是小张完成的。 小张通过操作账本完成了转账工作。 账本是不透明的，每个人只能查看自己的账户信息，而小张可以随意查看和操作个人账户。

三、货币发行

我们当前的货币体系是基于信用的。 事实上，我们使用的货币的价值是由国家信用支持的。 货币由中央银行发行。 中央银行估计市场需要的货币总量，然后发行相应数量的货币。 然后主要是商业银行以负债的形式发行，让货币在市场上流通。 整个货币的发行都是以央行为中心，凭空印出来的，而货币的价值在很大程度上取决于我们对央行的支持。 相信。

4.这个系统的问题。

显然，在这样的结算系统中，小张的地位是非常重要的。 每个人的所有帐户信息都组织在由他维护的中央分类帐中。 对于小明和小红来说，这笔支付是基于张某的信任，因此，中心化交易系统存在以下缺点：

1. 过度依赖具有冻结所有账户能力的中央结算机构；

2.唯一总账有遗失或损坏的风险；

3. 交易成本较高，需要一个中央机构来执行所有账面操作；

4、通胀风险。 由于货币是由中央机构发行的，因此存在这些机构乱发货币的风险。 但是，各国中央银行通常使用这种方法来调节经济；

针对这些问题，比特币提供了相对较好的解决方案。 由于比特币使用分布式账本，没有中央结算机构，其基本原理与传统货币体系有很大不同。 事实上，比特币的所有交易节点都是平等的。 每个节点负责维护一个账本，所有账本会每隔一段时间同步一次。 比特币网络还提供了一种“民主”的账本决策机制，保证只有一个有效的账本，交易的大致流程如下：

小明、小红、小张需要交易，但彼此不信任，无法接受其中一个人单独负责记账，于是同意各自维护一个账本，它不加区别地记录所有交易。 交易不依赖于某个分类账。 在这种情况下，每个人都是记账员，但每个人记账的结果可能不同，那么谁为准呢？ 所以他们同意，最终版本的账本是由投票机制来保证的。 如果三个人中有两个人的记账结果相同，那么每个人的账本都会被迫与最终版本同步，于是他们开始愉快地交易。 过程如下图：

分布式账本同步流程

我们再回顾一下这个过程中发生了什么：

1、交易摆脱了对中心账本的依赖，记账全员参与；

2、民主化的决策机制，相同账本过半数视为有效账本，其余强制同步；

3. 记账成本去中心化，全网共享；

4. 消除账本被篡改的可能性，网络中至少一半的账本必须被篡改才有效；

以上就是去中心化交易的核心原理，但是这个系统还存在一些致命的漏洞，比如双重支付等，这里就不一一列举了。

真正的比特币交易是基于密码学的，它们之间通信的隐私保护是由一对公钥和私钥完成的。 简化步骤如下：

第一步，小明要转一笔钱给小红。 他首先用自己的私钥签署了一条转账信息，其中包括以下信息：

1、小明自己的钱包地址；

2、小红的钱包地址；

3、转账信息（转账金额、时间等）；

4、小明的公钥；

第二步，小明通过比特币网络向全网广播转账信息，全网每个节点都能收到这个转账请求；

第三步，验证其他人（小张、小强）的转账信息，主要验证以下几点：

1.信息是否为小明发送，可通过小明公钥验证；

2、小明钱包地址下的钱是否足够，因为账本是公开的，大家可以查看。 您可以根据交易记录查看小明的余额是否充足。

第四步，其他人公布验证结果，投票决定交易是否有效。 如果有效，交易记录会保存在最新的账本中，其他所有账本都会同步到这个账本上（实际上这部分工作是由很多矿工完成的，这是一个简化的过程，可以在这个阶段理解）。

第五步，小红确认付款，小红同步后观察最新的账本就可以知道是否收到了。

小明转100元给小红的场景

以上是比特币交易流程的简化版。 我们注意到，在这个过程中，进行信息验证的小强和张某起到了至关重要的作用，这些人就是矿工。

矿工

我想很多人对比特币的第一印象就是矿工。 经常会有新闻报道某个矿工挖了多少比特币，如何一夜暴富。 同时，问题也随之而来，矿工的主要工作是什么？ 挖矿是如何进行的？ 为什么挖矿需要这么高的配置？

事实上，比特币网络中矿工的主要工作就是记账。 每个矿工都持有一个账本，该账本是从其他矿工那里复制而来的。 谁获得记账权，系统就会自动奖励一定数量的比特币。 因此，矿工之间存在事实上的竞争关系，竞争的是计算机的算力。

在这个系统的激励下，矿工为了获得奖励，会不断的加入。 更巧妙的是，矿工不仅承担了记账的核心工作，系统还具有通过奖励比特币来发币的效果，一石二鸟。 .

你可能会认为记账不需要消耗太多的电脑性能，那些矿工为什么要花巨资购买性能优越的显卡呢？ 这是中本聪的另一个规则设计。 他规定所有矿工必须算一个数。 这个数字是完全随机的。 尝试所有的可能性。 这个时候，谁的算力最强，谁就最有可能算出数字，夺取记账权，获得奖励。 具体步骤如下：

1、小明广播转账请求；

2、本次转账请求被所有矿工接收；

3、所有矿工开始检查本次交易请求的有效性，即通过公钥验证发送方，验证数字密钥是否被篡改，支付账户余额是否充足；

4. 验证工作完成后，矿工重新开始计算一个数字，这需要大量的算力。 谁先计算，谁就能获得这笔交易的记账权；

5、矿工A先赢，将自己计算的结果广播给其他矿工检查；

6、其他矿工通过检查，认可A记账的合法性；

7、矿工将交易信息添加到自己持有的账本背面；

8、系统定期将A的账本同步给其他矿工，保证账本的一致性；

当然，以上是一个简化的过程。 实际上，矿工争夺的是一个区块的打包权（可以理解为账本中的一页）。 一个区块是10分钟内全网所有交易的集合。 将权利打包后，打上时间戳，然后将区块添加到区块链的末尾（可以理解为账本）。

账本同步问题

从上面的描述我们可以看出，比特币的核心在于如何同步这些分布式账本，防止这些账本出现重大分歧。 对此，中本聪提出，所有的账本都应该以记录链最长的账本为基础：

比特币账本树

当两个节点的账本记录不一致时，如上图中的分支1和分支2，系统会默认链最长的主分支。 本图中选择2号分支作为主分支，即所有账本同步到该分支。 这种机制保证了不会有太多的分叉。 在比特币系统中，所有节点每10分钟会自动同步一次账本，将最新的分支同步到自己的账本中。

双花问题

有这样一种可能，小张打算从小明和小红那里买东西，但是他打算把钱花在两个地方。 原理如下：

1.先向小明发起正确的支付请求，等待小明确认；

2、交易确认后，最新的账本多了一条支线，小明看到了，确认了支付；

支付给小明的账户分行

3、小明确认收款后，小张将自己账簿的最新支行回滚一次，绕过小明的支付记录，以此为起点向小红发起支付；

支付给小红后的账户分支

4、此时账本上有两个分支，然后小张继续在小红的分支上交易，因为比特币会默认最长的分支为主分支，小明支付的分支会被忽略并删除。

双重支付完成

上述问题就是所谓的双重支付。 为了防止这种情况，中本聪提出比特币买卖规则，一笔支付完成后，交易链必须在当前交易的基础上至少增加6个交易页，才能被识别。 由于每促成一个交易页面都要计算一个随机数需要很大的算力，在这个规则下，小张要想实现双重支付，至少要在小红的分行页面上多生成6个交易页面。 不可否认，计算能力的成本是不可估量的。 即使你拥有再多的算力，也很难赶上账本的自然增长，而中本聪从数学的角度证明了这种机制的可行性，从而可以防止双重支付。

中本聪提出的工作量证明机制是为了防止双重支付，这也是比特币在设计上优于其他电子货币的体现。

区块链技术

区块是交易记录的集合。 我们可以理解为普通账本中的一页。 每个页面记录了许多不同的交易信息。 这些页面按时间顺序绑定，形成一个区块链。 分布式账本方便是区块链技术的一种体现。

在比特币网络中，每隔10分钟，将全网的交易打包，加上时间戳，形成一个区块，并入比特币账本，这就是区块链。 装箱由各个节点的竞争决定。 谁先算出随机数，谁就负责打包记账。

区块链技术不仅应用于比特币，现在在其他行业也越来越受欢迎。 它的优势是不言而喻的。 分布式的存储结构和去中心化的决策机制，可以有效保证信息的安全性和决策的公平性。 这也是比特币的潜在价值之一。

比特币钱包

既然比特币账本是公开的，就意味着每个人都有权查看每一笔交易，所有的交易记录都是透明可见的，那么它是如何实现匿名交易的呢？ 这就涉及到比特币钱包地址的生成机制。 在比特币网络中，钱包地址的概念相当于我们日常使用的银行账户，密钥相当于对应的账户密码。 不同的是，比特币没有开户流程。 ，不用认证，我们想要获取钱包地址很简单：

第一步是生成一个随机字符串（你也可以自己定义一个密码）；

第二步，对字符串或密码（私钥）进行变换（哈希变换SECP256K1）生成公钥；

第三步，将生成的公钥重新编码（BASE58）生成钱包地址。 公钥和钱包地址是可逆的，两者在密码学上是等价的；

从上面的过程可以看出，我们可以离线生成大量的钱包地址，而且这些钱包都没有实名注册，也就是说我们可以生成大量没有用户的银行账户，甚至可以生成多个钱包为每笔交易分配地址，增加追踪难度，有效隐藏财富，如钱包应用BLOCKCHAIN为每笔交易生成单独的钱包地址。

如果政府强制执行钱包地址实名登记怎么办？ 比特币钱包的生成不依赖任何机构，可以离线生成，不能实现完全实名注册。

从比特币钱包的生成原理，衍生出一个很有意思的概念，就是脑钱包，它的工作原理是这样的：

1、用户想象一段文字，可以是什么，只有用户自己知道；

2.使用此文本生成密钥；

3.使用密钥生成钱包地址；

因此，只要用户知道初始文本，就可以随时复制钱包密钥和地址。 只要初始文本不泄露，钱包对应的财富就是安全的。 不需要银行卡、存折等，只需要记住Live一段文字即可。

假设你是贪官或罪犯，需要接受一笔汇款，于是你想象一个只有自己知道的密语，用密语生成一个比特币钱包，然后将钱包地址发送给对方，对方用人民币或美元换取比特币，再将这些比特币转入你指定的钱包地址，就完成了一次非法交易。 在这个过程中，你是完全匿名的，唯一最重要的密语就储存在你自己的大脑里，你不需要用虚假身份开户，随时可以提现，更重要的是，你不会通过银行结算系统。

从这个角度来看，比特币可以有效降低贿赂、洗钱和非法交易的监管风险。

比特币的价值回报

诚然，比特币的汇率屡创新高，但比特币真正的价值支撑仍然很难被认可。 在近8年的发展历程中，比特币始终未能回归其货币本质。 从目前的发展来看，比特币还有很长一段时间可以摆动找到自己的价值锚点。 今天比特币的价值集中在以下几个方面：

1. 稀缺。 比特币的发行是一个收敛的过程。 每隔一段时间奖励减半，即货币发行量减半。 随着时间的增长，比特币最终会减少到0。至此，比特币全部发行完毕。 这个数字稳定在2100万。 从长远来看，比特币仍然具有一定的投资价值。 在这方面，比特币更类似于黄金；

2、技术价值。 源自比特币的区块链技术也逐渐开始在其他领域得到应用。 这项技术对相关产业的价值是无法估量的。 不少国外银行已经将区块链技术应用到具体业务中，提升自身业务效率，但技术价值并不能算作比特币本身的价值。

3、黑色产业。 比特币自推出以来就深受黑产业的喜爱。 最著名的是丝绸之路。 该网站出售大量违禁品，小到毒品，大到枪支弹药。 比特币涉及的非法领域规模很难估计，但通过比特币兑换货币和洗钱确实更容易。 我们只能推测，与比特币相关的地下产业数量众多。

4、货币的本质。 事实上，比特币目前的货币属性是相当弱的。 在整个亚太地区，支持比特币支付的线下门店并不多，虽然它确实是一种流通货币。 比特币不想沦为简单的投资品，需要强化其货币属性，回归其货币本质。

比特币生存的环境越来越复杂，其能力的多样性也在不断被探索。 从最初的理想化货币到现在的多面手，比特币能否回归其作为货币的本质还是一个未知数。 目前，国内比特币市场仍以炒作为主。 每年，比特币的价格都会在一段时间内剧烈波动。 庄家的幕后之心不言而喻。 至于比特币，目前还在价值回归的道路上迷茫。

结束