一篇了解比特币及其底层区块链技术的文章

正文 | 小派克

编辑 | 陆晓明

出品 | Odaily 星球日报

2008年，一位名叫中本聪的人发表了论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》（论文PDF版原文），开启了比特币在全球的普及。大屏幕。

随后发现了比特币底层区块链技术，其去中心化、去溯源、不可篡改等技术特性可应用于金融、溯源等场景。无论您想了解区块链还是比特币，我们认为比特币作为区块链的发源地和首次应用是您在开始之前需要了解的第一点。

什么是比特币以及如何获得比特币，本文将一步步教你如何理解和使用比特币。

1.开户

如果你想拥有比特币，无论是在交易所购买还是转账给你，你都需要一个比特币账户。开立比特币账户需要携带哪些材料，去哪个机构开户？无需任何材料，只需下载一个比特币钱包。

小知识：比特币钱包是一个比较大的话题。首先要明确的是，数字货币钱包并不是真正的“钱包”。硬币不是存放在钱包里，而是在上面提到的链上（本质上是一堆数字），钱包只是一个可以让你开户、查询余额和转账的应用程序。事实上，理论上每种货币都是自己的钱包。因此，市场上的大多数钱包更容易使用，聚合各种货币，或者更安全。还有去中心化的冷钱包、热钱包和托管钱包。

有兴趣的可以点击下方链接了解更多。

区块链钱包能否成为第二个支付宝？（本文第一部分介绍）

区块链 100 问题第 38 期 | 比特币钱包有什么用？

区块链 100 问题第 39 期 | 冷钱包、热钱包

区块链 100 个问题 40 个问题 | 全节点钱包，轻钱包（如果存储了所有账本信息，则成为全节点钱包，本文指轻钱包）

使用链上轻钱包可以让你更多地了解比特币的一些私钥、地址和助记词，这有点“反人类”。比特派、imtoken等都是比较老的钱包，英语好的人甚至可以用。比特币官方钱包；托管钱包会更容易使用，但私钥不会自己保存。

拥有比特币钱包后，您需要做的就是动动手指并开设一个账户。

一个比特币账户由一对密钥（私钥、公钥）组成。帐户所有者可以用他的私钥进行数字签名，并用他的公钥验证签名。公钥可以从私钥生成，但私钥不能用公钥生成。也就是所谓的“非对称加密”（参考链接：区块链100 Q60 | 什么是非对称加密算法？）。这也是为什么比特币被称为数字加密货币的原因，因为整个系统依赖于加密基础。

小知识：这里的哈希计算是什么意思？

哈希计算具有以下特点：

1、将任意长度的数据映射为固定长度的大整数；

2、数据任意变化后，计算结果完全不同；

3、哈希结果无法推导出原始数据内容。

哈希算法的实现有很多，比如比特币使用的 SHA-256 算法。哈希值是一个以十六进制表示的整数；只要原始内容稍有变化，hash结果就会相差千里，所以每次原始内容发生变化，得到的hash值就相当于从1到2的256次方随机选取一个数。这样别人就无法从账户地址中推断出公钥。所以你可以放心的告诉别人地址，接受对方的转账，不用担心账号被盗。除非您自己丢失了私钥。

当您拥有第一个比特币账户时，您会很高兴；但同时你也很沮丧，因为它是空的。如何让你的钱包鼓起来？

你有以下方法来实现这个目标：

1、比特币“挖矿”；竞争很激烈，普通人的机会很渺茫，但是租机器可以挖矿。详情可了解：星球日报战略孵化云计算平台“仙一投”正式上线，助力投资者“持有”比特币

2、在交易所花钱买。有关详细信息，请参阅本文“如何拥有您的第一个比特币？” ”。目前大家使用的各大交易所都是中心化平台，安全性不是很高。当然也有去中心化交易所，但是很少使用。点击链接了解更多。

3、请你的好朋友给你刷一下；（如果有这样的朋友。）

2 会计

一旦你有了比特币账户和比特币，你就可以在不同账户之间转账。比特币的最小单位是 1 satoshi，1 satoshi = 0.00000001btc。当我们使用支付宝向他人转账时，银行实际上负责扣除您账户的金额，将其添加到对方的账户中，并给您付款。账单并收取您的手续费。

比特币转账步骤类似，但没有银行的角色。那么在比特币转账的过程中，谁来扣款，谁来记账呢？

与银行系统不同，这里出现了一种去中心化的记账形式：分布式账本。即账本不再由银行系统维护，而是由参与者共同维护，简单理解为：每个人都可以参与记账。维护账本的人一般称为节点，也称为矿工。

在区块链中，交易是按时间顺序排列的。区块链是一揽子交易，一个区块可以看成是账本的一页。

账本每一页的记账人（即这个区块的出块人）必须通过竞争选出，才能获得记账权。录制完此页面后，将此页面广播给其他所有人。这个过程称为区块生成，也称为“挖矿”。

其他人可以加密验证这些交易。如上所述，帐户所有者可以用他的私钥进行数字签名，并用他的公钥验证签名。其他参与记账的人可以同步最新的区块/账簿页面并继续对其进行挖掘。同时，在区块链中，账本的每一页（每个hash）都是链接在一起的，通过上面提到的hash算法记录前一个区块的hash值。

在这样的分布式系统中，每个节点独立维护一个完整的交易账本，也称为“分布式账本”。每次都需要大多数节点的批准。没有节点可以单独篡改账本。除非他得到 51% 的节点同意，否则不可能成功。这就是所谓的51%攻击。

如果任何节点退出网络或宕机，都不会影响系统运行。这种方法比单节点集中式系统具有更高的安全性。节点分布在世界各地，每个节点都与附近的节点相连，形成一个全球 P2P 网络。这也是比特币在全球流通的物质基础。

上一节提到，如果一个账户需要知道自己的余额，可以通过钱包查询。

但是节点只有完整的账本信息，钱包也需要通过节点查询自己的余额。那么节点在哪里呢？看不见也摸不着比特币每十分钟产生一个区块，在哪里可以找到？幸运的是，您不必费心寻找节点，您的“比特币钱包”会为您完成。

事实上，如果比特币钱包需要将交易信息告诉节点，它必须至少连接到比特币网络中的一个节点。当连接到节点时，比特币钱包本身就成为网络中的一个节点，但与完整账本的全节点相比，钱包节点是一个“轻量级节点”，因为它既不记录完整账本，也不记录完整账本”矿业”。

如果你好奇，还想再问一个问题：比特币钱包是如何发现节点的？

很简单，在比特币网络发展的过程中，会出现一些长期稳定的节点，称为“种子节点”。在开发比特币钱包软件时，会将这些“种子节点”的域名写入代码中，并通过DNS动态查询向“种子节点”请求活动节点地址列表。加入网络。

例如，陈先生通过比特币钱包将0.05BTC转给Miss.Lv，该转帐通过“分布式账本”被全球比特币网络节点记录。

转账记录：陈先生 -> 吕小姐：0.05btc 当然不会这样记录姓名，而是两人的比特币账号，类似：

1AC4fMwgY8j9onSbXEWeH6Zan8QGMSdmtA -> 1JWq3G8pqCo6jZGhLHpctYap5yVScqGxkv : 0.05btc

这样的记账过程，其实就是所谓的区块链。比特币是区块链的第一个应用。

3 发行/挖矿

既然是货币，那你一定要问，它最初是怎么来的？

这涉及到比特币的发行。

普通货币是由中央银行或其他机构发行的，但在比特币中，每一个区块的产生都伴随着新币的产生（这个程序里有写，不要问我为什么）。谁赢得了本轮区块的记账权，就可以获得最新的比特币。

总共发行了 2100 万个比特币。区块奖励最初为 50 BTC，即矿工每挖出一个区块即可获得 50 BTC。系统规定每 210,000 个区块（约 4 年），区块奖励减少一半，直至少至 1 satoshi，比特币的最小单位。所以2012年以后出块奖励调整为25个BTC，2016年12.5个，2020年下一次减半。这个竞争过程就像挖新金币，所以大家都叫挖矿，账本维护者被称为“矿工”。

说起来，其实已经涉及到比特币的激励机制，就是为什么节点愿意浪费资源来记账？

事实上，为了奖励记账的节点，比特币系统的设计目的是让每个用户在转账时都需要支付验证交易的交易费用。同时，较早加入网络的节点可以获得新发行的比特币（直到比特币全部发行完毕）。这样一来，矿工每次出书就可以获得两份收入。

4 共识机制：PoW

要知道，现在一个比特币值1万美元，记账节点每出块可以得到12.5个币，大家不是都想挖吗？

比特币系统为了让每个人都能公平地获得记账权，设计了一套竞争机制。

该系统要求参赛者通过SHA-256运算猜测出符合要求的随机数。谁先找到，谁就有录音的权利。您可以将这个过程理解为随机猜测数字比特币每十分钟产生一个区块，谁先猜中谁获胜。

被随机猜到的数字实际上会记录在这个区块的区块头中，并且会一直作为随机数记录在账本中。如果你还记得上面的话，你会发现本文提到的每个区块都会记录上一个区块的哈希值，而哈希值本身就是通过哈希计算来计算的。这个随机数实际上是一个哈希值。Hitch 计算的一个因素。（区块头的构成及更详细的流程可见《星球研究报告 | 比特币挖矿的行业转折点及其背后的经济周期》）

由于 SHA-256 操作是与随机数碰撞，所以谁在同一时间内猜得越多，就越有可能找到“答案”并获得记账权。因此，这种竞争机制被称为工作量证明，也称为PoW（工作量证明）。

为了提高自己的计算速度，大家只能不断地提高单位时间内的计算能力。因此，硬件设备从最初的笔记本电脑不断更新到如今的专业矿机（有兴趣的可以了解一下行星矿业研究报告，图6，硬件设备的更新迭代），普通笔记本电脑可以不再是我的，所以矿池也出现了。（想了解更多可以看《小明学习笔记 | 一篇文章看懂矿池是干什么的》）

算力设备越来越先进。但是，比特币系统也有一个非常有趣的设置。它会自动调整难度，使出块时间保持在 10 分钟以内。

有兴趣挖矿的朋友可能会问，现在还能挖矿吗？当然可以，但是现在已经不能用电脑甚至买矿机来挖矿了，成本太高了。所以，市场上也有普通人参与挖矿的方式，相当于租用别人的机器给自己挖矿。（详情点击链接） 挖矿现在已经成为一个比较成熟的行业。有兴趣的话，这篇文章有更完整详细的介绍：行星研究报告 | 比特币挖矿的行业转折点及其背后的经济周期

5 比特币的优点和缺点

现在您了解了比特币系统的工作原理，所有这些复杂的设计都仅适用于以下条件：

1、总量有限，供应减少；

2、不能伪造；

3、交易方便安全；

这些特征使人们相信比特币可以用作一般等价物，而且速度如此缓慢：

4、被广泛认可和接受

此外，比特币还具有鲜明的特点：

5、去中心化；

6、全球发行流通；

这包括发行的去中心化和分布式账本。

比特币的优点很明显，但缺点也同样明显：

1、比特币的“挖矿”机制在全球范围内消耗大量能源；

2、盲目炒作让比特币价格大幅波动，币价的首要目标是币值稳定；

3、交易的匿名性有缺陷，比如之前的勒索软件要求使用比特币作为赎金；

4、比特币总量有限，属于通缩货币，价值只增不减，可能导致大家囤积，导致市场流动性不足，最终导致经济收缩；

5、转账耗时，需要手续费；

6、事务并发能力有限。

本文还参考知乎网友@ceelog 的文章：看完你就知道什么是比特币了。它已被授权。

其他参考文章：

行星研究报告 | 比特币挖矿的行业拐点及其背后的经济周期

星球日报战略孵化云计算平台“仙一投”正式上线，助力投资者“持有”比特币

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