最近比特幣漲勢喜人，牽動著每一位股民的心，持有的老哥后悔說當時我咋就沒多買點呢，不然明天早飯又能多加個雞蛋啦，沒持有的呢，就在懊惱后悔當時為啥就沒買入呢？這不我女朋友也看到新聞了，說比特幣最近漲那么厲害，咱們要不買兩個呀！然后這個總是聽到的比特幣到底是什么東西呀？

你說那個比特幣呀，我也不是很懂，知道一點點，我給你講一下我知道的吧。

注：本文和股票無關(guān)，單純的介紹一下比特幣原理，投資有風險，入場需謹慎

關(guān)鍵詞 ：比特幣，去中心化，挖礦，區(qū)塊鏈，雙重支付，最長鏈原則，工作量證明

我先給你說一下比特幣的歷史吧。

2008年爆發(fā)全球金融危機，同年11月1日，一個自稱中本聰（Satoshi Nakamoto）的人在P2P foundation網(wǎng)站上發(fā)布了比特幣白皮書《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》 陳述了他對電子貨幣的新設(shè)想——比特幣就此面世。2009年1月3日，比特幣創(chuàng)世區(qū)塊誕生。

你平時不是會把每天的收入和支出記在自己的小本本上，我們稱之為記賬。我們平常在消費的時候，銀行也會為我們記錄這條交易記錄及交易后銀行卡里的余額。然后我們會通過銀行卡里數(shù)字來評估自己擁有的財富。所以我們擁有多少財富都通過銀行的記賬本來決定的。

中本聰在2008年提出，其實我們可以不需要一個中心化的記賬系統(tǒng)，不需要以某個人或者機構(gòu)為中心來幫我們記賬，我們可以去中心化，每一個人的賬本都是透明公開的，這就叫做去中心化電子記賬系統(tǒng)。下面我們通過一個例子來進行描述。

1.那你說的那個區(qū)塊鏈到底是什么東西呀，我不是很懂哎？

我們對上圖進行解析，A,B,C,D，四個小伙伴進行交易，首先 A 支付 5 個比特幣給 B，那么他需要將這條交易信息發(fā)送給每位小伙伴，同理 B 和 C，C 和 D的交易也要傳送給所有的小伙伴，用戶會將這些交易信息記錄下來，并打包成塊，我們稱之為區(qū)塊，（區(qū)塊大小約為1M，約4000條左右交易記錄），當塊存滿時我們將這個塊接到以前的交易記錄上，形成一條鏈，過一段時間再把新的塊接到它后面，我們稱這條鏈為區(qū)塊鏈，如下圖。

好啦，我們大概了解什么是區(qū)塊鏈了。

2.好啦我知道什么是區(qū)塊鏈了，但是那些用戶為什么要記錄交易信息呢？

記賬獎勵：每個用戶都可以去記賬，如果某個用戶進行記帳則會獎勵他一些手續(xù)費，比如A 和 B 交易 10 個比特幣，A 就需要多支出一點點給為其記錄的人。其實現(xiàn)實生活中，我們使用銀行卡時也會有手續(xù)費,這里的手續(xù)費是支付給銀行。

打包（將交易記錄打包成塊）獎勵：打包者只能有一位，完成打包的那一位能夠獲得打包獎勵，

3.哦，知道了，那打包一次能獲得多少獎勵呢？

2008年剛提出這個系統(tǒng)時，獎勵方案如下

每十分鐘打一個包，最開始的時候，每打一個包會獎勵打包者 50 個比特幣，過了四年之后，每打一個包獎勵 25 個比特幣，再過四年的則獎勵 12.5個比特幣，以此類推。

4.哇，那么多，那世界上一共有多少個比特幣呢？

一個包獎勵 50 個比特幣，一個小時 6 個包，一天 24 小時，一年 365天 ，每隔四年減半，則計算公式如下

總數(shù)大概為 2100萬個比特幣。

5.因為我們有手續(xù)費和打包費的獎勵機制，所以大家都搶著打包，但是打包者只能有一個人，那么我們應(yīng)該讓誰打包呢？

中本聰提出了一個工作量證明的辦法，說白了就是想打包的用戶都要去做一個很難的數(shù)學題，誰先做出來，誰就能獲得這個打包的權(quán)力。打包者就能夠獲得獎勵，但是這個題目很特別，就是我們?nèi)魏稳硕疾荒苡媚X子把他做出來，我們只能一個數(shù)一個數(shù)的去嘗試，直到你把這個數(shù)嘗試出來，那么你就獲得了獎勵，這個過程就是我們經(jīng)常說的挖礦。

6.你說的那個挖礦的原理是怎樣的呢，我想不通？

剛才我們說挖礦的原理其實是讓我們做一道數(shù)學題，誰先做出來算誰的，這個題目還不拼智商，需要我們一個一個的試，取決于咱們CPU的運行速度。那么具體原理是什么呢？

這里可以選擇性閱讀，不感興趣可以直接跳到第 8 個問題

介紹原理之前，我們先來了解一下哈希函數(shù)，大家可以去看一下我之前之前的文章《學生物的女朋友都能看懂的哈希表總結(jié)！》，里面對哈希函數(shù)做出了簡要描述。下面我們再來了解一下數(shù)字摘要。

數(shù)字摘要就是采用單向 Hash 函數(shù)將需要加密的明文“摘要”成一串固定長度的密文這一串密文又稱為數(shù)字指紋，它有固定的長度，而且不同的明文摘要成密文，其結(jié)果總是不同的，而同樣的明文其摘要必定一致。

通俗點說就是，一個字符串，我們通過 hash 函數(shù)計算，得到一個固定長度的密文，不同的字符串得到的密文不同，哪怕僅僅是兩個字符串相差一個 0 最后的得到的密文也可能完全不同，相同的字符串會得到相同的密文。通過明文得到密文很容易，我們通過特定的哈希函數(shù)就可以，但是反過來是極其難的。

下面我們簡單描述一下 著名的哈希函數(shù) SHA256 的生成摘要的過程

我們已經(jīng)了解了生成摘要的過程，那么挖礦的具體原理是什么樣呢？

剛才我們說到，區(qū)塊鏈其實是一大堆交易信息，其實我們的區(qū)塊里面不只有交易信息，還有頭部。目前有很多人記錄了系統(tǒng)的交易信息，然后想把自己記錄的交易信息打包成塊，并連接到區(qū)塊鏈上，獲得打包費。那么多人想打包，但是只能有一個人可以獲得打包權(quán)，那么具體是解決了怎樣的數(shù)學問題獲得打包權(quán)的呢？

剛才我們描述了生成密文過程，那么我們的明文，也就是輸入字符串，在這里主要由什么組成呢？

字符串 ：前塊頭部 + 賬單的信息 + 時間 + 隨機數(shù)

主要有以上信息組成，前塊的頭部，你所記錄的賬單信息，時間戳，隨機數(shù)組成。那么我們看，這里的組成部分對于所用用戶來說，只有前塊頭部是固定的，賬單信息因為每個人記錄順序不同也是不固定的，每個人開始的時間不一樣，那么時間也是不固定的，隨機數(shù)也不固定，那么既然我們的輸入都是不固定的，那這個題應(yīng)該怎么答呀，那怎么保證公平呢？主要通過以下方法

剛才我們也說了，經(jīng)過 SHA256 加密之后會得到一個 256位的二進制數(shù)。

獲得打包權(quán)的那個難題就是讓我們把字符串經(jīng)過兩次 SHA256 運算之后得到一個哈希值，哈希值要求前 n 位為0，意思就是誰先算出那個前 n 位為 0 的哈希值，誰就能獲得打包權(quán)。

因為每個人的輸入是不固定的，但是對于個人來說，他開始運算的時間是固定的，頭部也是固定的，他所記錄內(nèi)容也是固定的，所以他只能依靠調(diào)整隨機數(shù)來修改最后的哈希值，只能挨個試，但是如果人品爆發(fā)可能試的第一個數(shù)就能得到符合要求的哈希值，但是總的來說還是一個考察算力的題目。

7.那哈希值前 n 位為 0 ，這個 n 是依據(jù)什么決定的呢？

這個 n 越大計算難度就越大，因為我們不能反算，只能挨個去試，每一位上出現(xiàn) 0 或 1 的概率都為 1/2，那么我們獲得前 n 位為 0 的哈希值概率也就是 1/2 的 n 次方。

當時中本聰在設(shè)計時，為了保證每十分鐘出一個塊，所以就會適當?shù)恼{(diào)整 n, 比特幣系統(tǒng)每過2016個區(qū)塊之后，就會自動調(diào)整一次難度目標。如果上一個難度目標調(diào)整周期（也就是之前2016個區(qū)塊），平均出塊時間大于10分鐘，說明挖礦難度偏高，需要降低挖礦難度；反之，前一個難度目標調(diào)整周期，平均出塊時間小于10分鐘，說明挖礦難度偏低，需要提高挖礦難度。難度目標上調(diào)和下調(diào)的范圍都有4倍的限制。

所以這個 n 是根據(jù)挖礦難度（算力）進行調(diào)整的，也就是我們礦機的算力和礦機數(shù)量等進行調(diào)整。

8.哦，我懂了，那如果有人冒充咱們咋辦，偷偷花咱們的比特幣！

這個問題問的好

說到防止假冒，我們先來說一下身份認證，身份驗證又稱“驗證”、“鑒權(quán)”，是指通過一定的手段，完成對用戶身份的確認。指紋，人臉，簽名等都是傳統(tǒng)的認證手段，另外我們說一下比特幣系統(tǒng)的電子簽名。

比特幣用戶在注冊時會生成一個隨機數(shù)，通過隨機數(shù)會產(chǎn)生一個私鑰的字符串，這個私鑰又可以產(chǎn)生一個公鑰字符串和地址，私鑰和公鑰是對應(yīng)的，并且私鑰是保密的，別人向你交易時，你只需要把你的地址發(fā)過去即可，如果你給別人交易時，則需要將你的公鑰和地址一起發(fā)過去。流程圖如下

我們在傳輸記錄時通過私鑰加密，然后通過公鑰解密，加密和解密的鑰匙不一樣，所以我們稱之為非對稱加密

具體交易流程如下，例 A支付 5 個比特幣給 B

我們其他用戶接收到了這個支付消息，那其他用戶怎么判斷這條信息是不是A發(fā)出的呢？不是他人冒充 A 發(fā)的呢？具體流程如下

其他用戶進行對比，如果一致則認可這條消息是A發(fā)的，不一致則認為是別人冒充，所有用戶則會拒絕這條消息。這里可能會不明白了，公鑰和私鑰你都發(fā)出來了解密肯定的呀，剛才我們說公鑰的公開的，但是公鑰是由私鑰加密得到的，私鑰是私密的唯一的，只有 A 用戶知道自己的私鑰。

9.哇，好神奇啊，我知道了，那要是我只有 5 個比特幣，同時支付給兩個人咋辦，每個人五個，那我豈不是賺了呀。

厲害呀，這你都能想到，但是你想多啦。

比如A只有五個比特幣，他同時發(fā)了兩個消息，分別是給 B 五個比特幣，給 C 五個比特幣，但是他總數(shù)只有 5 個，這樣顯然是不行的，我們稱之為雙重支付。

那么我們?nèi)绾谓鉀Q呢？

余額檢查

用戶在接收到這個消息時，會先從區(qū)塊鏈里，進行查詢A的交易記錄，得出A的余額是否大于交易數(shù)額，如果大于則接收，反之則拒絕。

解決雙重支付

首先我們來了解下什么是雙重支付，打個比方哈，袁記菜館第963家分店因為店長經(jīng)營不善，要進行出售，出售的時候店長將這個房子同時賣給了兩個人，但是只有一個房子，這就是雙重支付。

在比特幣系統(tǒng)中是如何解決雙重支付問題的呢？我們 A 用戶只有 5 個比特幣，但是他幾乎同時發(fā)布了兩條廣播，此時有些用戶會先接收到第一條廣播，然后進行追溯，發(fā)現(xiàn) A 只有5個比特幣，則會拒絕第二條。同理先接收到第二條廣播的用戶也會如此。就好比形成了兩個陣營，然后兩個陣營的用戶進行答題，然后獲得了打包權(quán)，則會將自己打的包接到區(qū)塊鏈上，那么他所接收到的那條消息則會被整個系統(tǒng)認可。另一條則會放棄。

比如用戶 D 先接收到了第二條廣播 ，A 支付給 C，然后 D 用戶獲得了打包權(quán)，則 D 將包接到鏈上，那么其余用戶則會放棄自己的包，全部都認可 D 所記錄的交易信息。所以此時 C 收入 5 個比特幣，B 沒有收入。所以我們接收到別人交易消息時，不能認為當時已經(jīng)到賬，要等新的塊已經(jīng)形成，消息被記錄到主鏈上才可以。

10.那如果有人偷偷篡改交易信息，那他不就成比特幣最多的人了嗎？

想的挺全面呀，厲害呀你

我們考慮一下這種情況，A 已經(jīng)支付給了 B 五個比特幣，但是他想把這個記錄刪掉，偽造一下記錄。有這種可能嗎？

說之前我們先來描述一下比特幣系統(tǒng)遵循的最長鏈原則，那什么是最長鏈原則呢？

比如上圖，我們同時有兩個塊接到了鏈上，那么會有兩撥人，他們都會以第一個接收到的塊為準，然后兩撥人繼續(xù)運算，當某一撥中的某個人獲得打包權(quán)之后則會將新塊接到他接收的塊后面，那么此時他的這個鏈是整個系統(tǒng)最長的鏈，則會被所有人認可，另一撥人也會來到這個最長鏈下面繼續(xù)打包。之前的那個分支則會廢棄。如果說某個人他就不想轉(zhuǎn)移陣容，非得死守那個相對短的鏈，這樣也是可以的，只要你一己之力可以對抗所有人，把你這個鏈變成最長鏈，大家則會都認可你這條鏈。

那么我們來說一下，如何防止篡改

A 此時想要修改紅色塊里的交易記錄，則 A 需要重新計算重新打包，創(chuàng)造出一個支鏈來，但是大家不會承認你這個支鏈，因為這個支鏈不是最長的，所以不會承認你偽造的信息，如果你非要繼續(xù)往下算，什么時候你自己創(chuàng)造的支鏈長度大于世界上所有人的打包的鏈的長度，那么恭喜你，你偽造成功了，大家都認可你的偽造信息了，所以說理論上是可以篡改的，但是你改了之后不會被大家承認，除非你的計算能力超過了世界上其余所有的人。大家試想一下一個掌握全世界一半以上算力的人，會去干這種無聊的事嗎？

這下我全都懂了，那咱們快去買兩個吧！

你看看現(xiàn)在一個多少錢啦，買不起呀咱們。

巨人的肩膀

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《比特幣白皮書：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》