比特幣又爆了。。。
最近這段時間，虛擬貨幣頻頻沖上熱搜，比特幣、以太坊、狗狗幣各種技術名詞層出不窮，搞得大家眼花繚亂的。
而且虛擬機貨幣大漲大跌的事情頻頻出現(xiàn)，不過講真這東西我沒有碰，因為秉持著「看不懂的東西，絕不碰」。否則自己就是一個賭徒，再加上搞這種，每天肯定會花大量時間來看盤，極大消耗的精力。
正所謂內行看門道，外行看熱鬧，咱們也不能光吃瓜看熱鬧，也得看看里面的門道。
身為技術人，我也對比特幣這個玩意到底是什么感到好奇，是由什么技術支撐的呢？
我在「阮一峰」的博客那，發(fā)現(xiàn)他之前寫這篇很通熟易懂，是一個能了解比特幣來龍去脈的機會，特此分享給大家。
比特幣的開始
比特幣（bitcoin）誕生于 2008 年的一篇論文。
一個署名為中本聰?shù)娜耍岢隽烁锩缘臉嬒耄?strong style="font-size: inherit;line-height: inherit;color: rgb(48, 79, 254);">讓我們創(chuàng)造一種不受政府或其他任何人控制的貨幣！
這個想法堪稱瘋狂：一串數(shù)字，背后沒有任何資產支持，也沒有任何人負責，你把它當作錢付給對方，怎么會有人愿意接受？
但是，狂想居然變成了現(xiàn)實。
隨后的幾年，在全世界無數(shù)愛好者的支持下，比特幣網絡運行起來了，越來越多的人和資本參與，星星之火，終成燎原。
剛剛過去的 2017 年，比特幣迎來了爆發(fā)式的增長，從年初的1000美元，最高漲到了2萬美元，全世界都為之震動，上到政府，下到普通百姓都在關注。事實就是比特幣已經并將繼續(xù)改變世界。
新聞媒體往往只關注它的火爆表現(xiàn)，忽視或者無法回答一些基本的問題。
比特幣的原理是什么？
為什么這個無人管理的體系可以成功運作？
比特幣交易的流程是怎么回事？
它與區(qū)塊鏈又是什么關系？
下面，我嘗試回答這些問題，希望幫助大家理解比特幣。拋開技術細節(jié)，還是很容易解釋的。
有一點說明，本文只討論技術問題，不涉及如何投資比特幣，更不會預測價格走勢。
事實上，我也不知道，如果我知道怎么發(fā)財，可能就不會在這里寫博客了。
一、非對稱加密
首先，理解比特幣，必須理解非對稱加密。
PS：小林我之前寫過非對稱加密的文字，想更深入的可以這篇：硬核！30 張圖解 HTTP 常見的面試題
你可能聽說過這個詞，所謂非對稱加密，其實很簡單，就是加密和解密需要兩把鑰匙：一把公鑰和一把私鑰。
公鑰是公開的，任何人都可以獲取。私鑰是保密的，只有擁有者才能使用。他人使用你的公鑰加密信息，然后發(fā)送給你，你用私鑰解密，取出信息。反過來，你也可以用私鑰加密信息，別人用你的公鑰解開，從而證明這個信息確實是你發(fā)出的，且未被篡改，這叫做數(shù)字簽名。
現(xiàn)在請設想，如果公鑰加密的不是普通的信息，而是加密了一筆錢，發(fā)送給你，這會怎樣？
首先，你能解開加密包，取出里面的錢，因為私鑰在你手里。其次，別人偷不走這筆錢，因為他們沒有你的私鑰。因此，支付可以成功。
這就是比特幣（以及其他數(shù)字貨幣）的原理：非對稱加密保證了支付的可靠性。
由于支付的錢必須通過私鑰取出，所以你是誰并不重要，重要的是誰擁有私鑰。只有擁有了私鑰，才能取出支付給你的錢。（事實上，真實的交易流程稍有不同，私鑰保證的不是取出支付給你的錢，而是保證只有你能把這些屬于你的錢支付出去，詳見后文。）
二、比特幣錢包
對于比特幣來說，錢不是支付給個人的，而是支付給某一把私鑰。這就是交易匿名性的根本原因，因為沒有人知道，那些私鑰背后的主人是誰。
所以，比特幣交易的第一件事，就是你必須擁有自己的公鑰和私鑰。
你去網上那些比特幣交易所開戶，它們會讓你首先生成一個比特幣錢包（wallet）。
這個錢包不是用來存放比特幣，而是存放你的公鑰和私鑰。軟件會幫你生成這兩把鑰匙，然后放在錢包里面。
根據協(xié)議，公鑰的長度是 512 位。這個長度不太方便傳播，因此協(xié)議又規(guī)定，要為公鑰生成一個 160 位的指紋。
所謂指紋，就是一個比較短的、易于傳播的哈希值。160 位是二進制，寫成十六進制，大約是 26 到 35 個字符，比如 1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2。這個字符串就叫做錢包的地址，它是唯一的，即每個錢包的地址肯定都是不一樣的。
你向別人收錢時，只要告訴對方你的錢包地址即可，對方向這個地址付款。由于你是這個地址的擁有者，所以你會收到這筆錢。
由于你是否擁有某個錢包地址，是由私鑰證明的（具體的證明方法稍后介紹），所以一定要保護好私鑰。這是極其重要的，如果你的私鑰被偷了，你的比特幣也就等于沒了，因為他人可以冒用你的身份了，把錢包里面的錢都轉走。
同樣的，你向他人支付比特幣，千萬不能寫錯他人的錢包地址，否則你的比特幣就支付到了另一個不同的人了。
三、交易過程
下面，我把整個流程串起來，看看比特幣如何完成一筆交易。
一筆交易就是一個地址的比特幣，轉移到另一個地址。
由于比特幣的交易記錄全部都是公開的，哪個地址擁有多少比特幣，都是可以查到的。因此，支付方是否擁有足夠的比特幣，完成這筆交易，這是可以輕易驗證的。
問題出在怎么防止其他人，冒用你的名義申報交易。舉例來說，有人申報了一筆交易：地址 A 向地址 B 支付10個比特幣。我怎么知道這個申報是真的，申報人就是地址 A 的主人？
比特幣協(xié)議規(guī)定，申報交易的時候，除了交易金額，轉出比特幣的一方還必須提供以下數(shù)據。
上一筆交易的 Hash（你從哪里得到這些比特幣）
本次交易雙方的地址
支付方的公鑰
支付方的私鑰生成的數(shù)字簽名
驗證這筆交易是否屬實，需要三步。
第一步，找到上一筆交易，確認支付方的比特幣來源。
第二步，算出支付方公鑰的指紋，確認與支付方的地址一致，從而保證公鑰屬實。
第三步，使用公鑰去解開數(shù)字簽名，保證私鑰屬實。
經過上面三步，就可以認定這筆交易是真實的。
四、交易確認與區(qū)塊鏈
確認交易的真實性以后，交易還不算完成。
交易數(shù)據必須寫入數(shù)據庫，才算成立，對方才能真正收到錢。
比特幣使用的是一種特殊的數(shù)據庫，叫做區(qū)塊鏈（blockchain），本文只討論交易如何寫入區(qū)塊鏈。
首先，所有的交易數(shù)據都會傳送到礦工那里。礦工負責把這些交易寫入區(qū)塊鏈。
根據比特幣協(xié)議，一個區(qū)塊的大小最大是 1MB，而一筆交易大概是 500 字節(jié)左右，因此一個區(qū)塊最多可以包含 2000多 筆交易。礦工負責把這 2000 多筆交易打包在一起，組成一個區(qū)塊，然后計算這個區(qū)塊的哈希。
計算哈希的過程叫做采礦，這需要大量的計算。
礦工之間也在競爭，誰先算出哈希，誰就能第一個添加新區(qū)塊進入區(qū)塊鏈，從而享受這個區(qū)塊的全部收益，而其他礦工將一無所獲。
一筆交易一旦寫入了區(qū)塊鏈，就無法反悔了。
這里需要建立一個觀念：比特幣不存放在錢包或其他別的地方，而是只存在于區(qū)塊鏈上面。
區(qū)塊鏈記載了你參與的每一筆交易，你得到過多少比特幣，你又支付了多少比特幣，因此可以算出來你擁有多少資產。
五、礦工的收益
交易的確認離不開礦工。為什么有人愿意做礦工呢？
比特幣協(xié)議規(guī)定，挖到新區(qū)塊的礦工將獲得獎勵，一開始（ 2008 年）是 50 個比特幣，然后每4年減半，目前（ 2018 年）是 12.5 個比特幣。這也是比特幣的供給增加機制，流通中新增的比特幣都是這樣誕生的。
你可能看出來了，每 4 年獎勵減半，由于比特幣可以分割到小數(shù)點后八位，那么到了2140 年，礦工將得不到任何獎勵，比特幣的數(shù)量也將停止增加。這時，礦工的收益就完全依靠交易手續(xù)費了。
所謂交易手續(xù)費，就是礦工可以從每筆交易抽成，具體的金額由支付方自愿決定。你完全可以一毛不拔，一分錢也不給礦工，但是那樣的話，你的交易就會沒人處理，遲遲無法寫入區(qū)塊鏈，得到確認。礦工們總是優(yōu)先處理手續(xù)費最高的交易。
目前由于交易數(shù)量猛增，手續(xù)費已經水漲船高，一個區(qū)塊 2000 多筆交易的手續(xù)費總額可以達到 3～10 個比特幣。如果你的手續(xù)費給低了，很可能過了一個星期，交易還沒確認。
一個區(qū)塊的獎勵金 12.5 個比特幣，再加上手續(xù)費，收益是相當可觀的。按照目前的價格，可以達到 100 萬～ 200 萬人民幣。想想看，運氣好的話，幾分鐘就能挖到一個區(qū)塊，拿到這樣一大筆錢，怪不得人們對挖礦趨之若鶩。
六、區(qū)塊的擴容
《區(qū)塊鏈入門教程》說過，比特幣協(xié)議規(guī)定，平均 10 分鐘誕生一個區(qū)塊。區(qū)塊的大小只有 1MB，最多只能包含 2000 多筆交易。也就是說，比特幣網絡每 10 分鐘，最多只能處理 2000 多筆交易，換算一下，就是處理速度為 3～5 筆/秒。
全世界的比特幣交易這么多，可是區(qū)塊鏈每秒最多只能處理5筆，這已經成為制約比特幣發(fā)展的一個瓶頸。
很早就有人呼吁，改革比特幣協(xié)議，提升處理速度。
這件事在2017年8月有了一點眉目，當時區(qū)塊鏈發(fā)生了一次分叉，誕生了一個新協(xié)議，稱為 Bitcoin Cash（簡稱 BCH）。
這種新貨幣其他方面都與比特幣一致，就是每個區(qū)塊的大小從 1MB 增加到了 8MB，因此處理速度提升了8倍，手續(xù)費也低得多。該協(xié)議是對原有區(qū)塊鏈的分叉，因此當時持有比特幣的人，等于一人獲贈了一份同樣數(shù)量的 BCH。
BCH 等于創(chuàng)造了一種新貨幣，還有人提議，原始比特幣的區(qū)塊大小提升到 2MB，這稱為 SegWit2x 。這個建議原定于2017年11月實施，但是最后一刻由于缺乏共識，就被取消了，目前還在討論中。
七、點對點網絡
比特幣是一個全世界的開放網絡，只要你有服務器，就能加入這個網絡，成為一個節(jié)點。每個節(jié)點都包含了整個區(qū)塊鏈（目前大概 100多 GB），并且節(jié)點之間時刻不停地在同步信息。
當你發(fā)生了一筆支付，你所在的節(jié)點就會把這筆交易告訴另一個節(jié)點，直至傳遍整個網絡。礦工從網上收集各種新發(fā)生的交易，將它們打包寫入區(qū)塊鏈。一旦寫入成功， 礦工所在節(jié)點的區(qū)塊鏈，就成為最新版本，其他節(jié)點都會來復制新增的區(qū)塊，保證全網的區(qū)塊鏈都是一致的。
最后，你所在的節(jié)點也拿到了最新的區(qū)塊鏈，從而得知你早先的那筆交易，已經寫在里面了，至此交易確認成功。
來源：阮一峰的網絡日志，作者：阮一峰
參考鏈接
How Bitcoin works , by Timothy B. Lee
Bitcoins the hard way: Using the raw Bitcoin protocol, by Ken Shirriff
寫到這里，
我就介紹完了比特幣的基本知識，
希望你已經明白了比特幣是怎么回事。