你說(shuō)那個(gè)比特幣呀，我也不是很懂，知道一點(diǎn)點(diǎn)，我給你講一下我知道的吧。

注：本文和股票無(wú)關(guān)，單純的介紹一下比特幣原理，投資有風(fēng)險(xiǎn)，入場(chǎng)需謹(jǐn)慎

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

我先給你說(shuō)一下比特幣的歷史吧。

2008年爆發(fā)全球金融危機(jī)，同年11月1日，一個(gè)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(shū)《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》 陳述了他對(duì)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(shí)不是會(huì)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(fèi)的時(shí)候，銀行也會(huì)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(huì)通過(guò)銀行卡里數(shù)字來(lái)評(píng)估自己擁有的財(cái)富。所以我們擁有多少財(cái)富都通過(guò)銀行的記賬本來(lái)決定的。

中本聰在2008年提出，其實(shí)我們可以不需要一個(gè)中心化的記賬系統(tǒng)，不需要以某個(gè)人或者機(jī)構(gòu)為中心來(lái)幫我們記賬，我們可以去中心化，每一個(gè)人的賬本都是透明公開(kāi)的，這就叫做去中心化電子記賬系統(tǒng)。下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)進(jìn)行描述。

1.那你說(shuō)的那個(gè)區(qū)塊鏈到底是什么東西呀，我不是很懂哎？

我們對(duì)上圖進(jìn)行解析，A,B,C,D，四個(gè)小伙伴進(jìn)行交易，首先 A 支付 5 個(gè)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(huì)將這些交易信息記錄下來(lái)，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(dāng)塊存滿時(shí)我們將這個(gè)塊接到以前的交易記錄上，形成一條鏈，過(guò)一段時(shí)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(jiǎng)勵(lì)：每個(gè)用戶都可以去記賬，如果某個(gè)用戶進(jìn)行記帳則會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)他一些手續(xù)費(fèi)，比如A 和 B 交易 10 個(gè)比特幣，A 就需要多支出一點(diǎn)點(diǎn)給為其記錄的人。其實(shí)現(xiàn)實(shí)生活中，我們使用銀行卡時(shí)也會(huì)有手續(xù)費(fèi),這里的手續(xù)費(fèi)是支付給銀行。

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

3.哦，知道了，那打包一次能獲得多少獎(jiǎng)勵(lì)呢？

2008年剛提出這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，獎(jiǎng)勵(lì)方案如下

每十分鐘打一個(gè)包，最開(kāi)始的時(shí)候，每打一個(gè)包會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)打包者 50 個(gè)比特幣，過(guò)了四年之后，每打一個(gè)包獎(jiǎng)勵(lì) 25 個(gè)比特幣，再過(guò)四年的則獎(jiǎng)勵(lì) 12.5個(gè)比特幣，以此類推。

4.哇，那么多，那世界上一共有多少個(gè)比特幣呢？

一個(gè)包獎(jiǎng)勵(lì) 50 個(gè)比特幣，一個(gè)小時(shí) 6 個(gè)包，一天 24 小時(shí)，一年 365天 ，每隔四年減半，則計(jì)算公式如下

總數(shù)大概為 2100萬(wàn)個(gè)比特幣。

5.因?yàn)槲覀冇惺掷m(xù)費(fèi)和打包費(fèi)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，所以大家都搶著打包，但是打包者只能有一個(gè)人，那么我們應(yīng)該讓誰(shuí)打包呢？

中本聰提出了一個(gè)工作量證明的辦法，說(shuō)白了就是想打包的用戶都要去做一個(gè)很難的數(shù)學(xué)題，誰(shuí)先做出來(lái)，誰(shuí)就能獲得這個(gè)打包的權(quán)力。打包者就能夠獲得獎(jiǎng)勵(lì)，但是這個(gè)題目很特別，就是我們?nèi)魏稳硕疾荒苡媚X子把他做出來(lái)，我們只能一個(gè)數(shù)一個(gè)數(shù)的去嘗試，直到你把這個(gè)數(shù)嘗試出來(lái)，那么你就獲得了獎(jiǎng)勵(lì)，這個(gè)過(guò)程就是我們經(jīng)常說(shuō)的挖礦。

6.你說(shuō)的那個(gè)挖礦的原理是怎樣的呢，我想不通？

剛才我們說(shuō)挖礦的原理其實(shí)是讓我們做一道數(shù)學(xué)題，誰(shuí)先做出來(lái)算誰(shuí)的，這個(gè)題目還不拼智商，需要我們一個(gè)一個(gè)的試，取決于咱們CPU的運(yùn)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(gè)問(wèn)題

介紹原理之前，我們先來(lái)了解一下哈希函數(shù)，大家可以去看一下我之前的文章《學(xué)生物的女朋友都能看懂的哈希表總結(jié)！》，里面對(duì)哈希函數(shù)做出了簡(jiǎn)要描述。下面我們?cè)賮?lái)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(zhǎng)度的密文這一串密文又稱為數(shù)字指紋，它有固定的長(zhǎng)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(diǎn)說(shuō)就是，一個(gè)字符串，我們通過(guò) hash 函數(shù)計(jì)算，得到一個(gè)固定長(zhǎng)度的密文，不同的字符串得到的密文不同，哪怕僅僅是兩個(gè)字符串相差一個(gè) 0 最后的得到的密文也可能完全不同，相同的字符串會(huì)得到相同的密文。通過(guò)明文得到密文很容易，我們通過(guò)特定的哈希函數(shù)就可以，但是反過(guò)來(lái)是極其難的。

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

我們已經(jīng)了解了生成摘要的過(guò)程，那么挖礦的具體原理是什么樣呢？

剛才我們說(shuō)到，區(qū)塊鏈其實(shí)是一大堆交易信息，其實(shí)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(fèi)。那么多人想打包，但是只能有一個(gè)人可以獲得打包權(quán)，那么具體是解決了怎樣的數(shù)學(xué)問(wèn)題獲得打包權(quán)的呢？

剛才我們描述了生成密文過(guò)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(shí)間 + 隨機(jī)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(shí)間戳，隨機(jī)數(shù)組成。那么我們看，這里的組成部分對(duì)于所用用戶來(lái)說(shuō)，只有前塊頭部是固定的，賬單信息因?yàn)槊總€(gè)人記錄順序不同也是不固定的，每個(gè)人開(kāi)始的時(shí)間不一樣，那么時(shí)間也是不固定的，隨機(jī)數(shù)也不固定，那么既然我們的輸入都是不固定的，那這個(gè)題應(yīng)該怎么答呀，那怎么保證公平呢？主要通過(guò)以下方法

剛才我們也說(shuō)了，經(jīng)過(guò) SHA256 加密之后會(huì)得到一個(gè) 256位的二進(jìn)制數(shù)。

獲得打包權(quán)的那個(gè)難題就是讓我們把字符串經(jīng)過(guò)兩次 SHA256 運(yùn)算之后得到一個(gè)哈希值，哈希值要求前 n 位為0，意思就是誰(shuí)先算出那個(gè)前 n 位為 0 的哈希值，誰(shuí)就能獲得打包權(quán)。

因?yàn)槊總€(gè)人的輸入是不固定的，但是對(duì)于個(gè)人來(lái)說(shuō)，他開(kāi)始運(yùn)算的時(shí)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(jī)數(shù)來(lái)修改最后的哈希值，只能挨個(gè)試，但是如果人品爆發(fā)可能試的第一個(gè)數(shù)就能得到符合要求的哈希值，但是總的來(lái)說(shuō)還是一個(gè)考察算力的題目。

7.那哈希值前 n 位為 0 ，這個(gè) n 是依據(jù)什么決定的呢？

這個(gè) n 越大計(jì)算難度就越大，因?yàn)槲覀儾荒芊此?，只能挨個(gè)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(dāng)時(shí)中本聰在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證每十分鐘出一個(gè)塊，所以就會(huì)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 n, 比特幣系統(tǒng)每過(guò)2016個(gè)區(qū)塊之后，就會(huì)自動(dòng)調(diào)整一次難度目標(biāo)。如果上一個(gè)難度目標(biāo)調(diào)整周期（也就是之前2016個(gè)區(qū)塊），平均出塊時(shí)間大于10分鐘，說(shuō)明挖礦難度偏高，需要降低挖礦難度；反之，前一個(gè)難度目標(biāo)調(diào)整周期，平均出塊時(shí)間小于10分鐘，說(shuō)明挖礦難度偏低，需要提高挖礦難度。難度目標(biāo)上調(diào)和下調(diào)的范圍都有4倍的限制。

所以這個(gè) n 是根據(jù)挖礦難度（算力）進(jìn)行調(diào)整的，也就是我們礦機(jī)的算力和礦機(jī)數(shù)量等進(jìn)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(gè)問(wèn)題問(wèn)的好

說(shuō)到防止假冒，我們先來(lái)說(shuō)一下身份認(rèn)證，身份驗(yàn)證又稱“驗(yàn)證”、“鑒權(quán)”，是指通過(guò)一定的手段，完成對(duì)用戶身份的確認(rèn)。指紋，人臉，簽名等都是傳統(tǒng)的認(rèn)證手段，另外我們說(shuō)一下比特幣系統(tǒng)的電子簽名。

比特幣用戶在注冊(cè)時(shí)會(huì)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，通過(guò)隨機(jī)數(shù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)私鑰的字符串，這個(gè)私鑰又可以產(chǎn)生一個(gè)公鑰字符串和地址，私鑰和公鑰是對(duì)應(yīng)的，并且私鑰是保密的，別人向你交易時(shí)，你只需要把你的地址發(fā)過(guò)去即可，如果你給別人交易時(shí)，則需要將你的公鑰和地址一起發(fā)過(guò)去。流程圖如下

我們?cè)趥鬏斢涗洉r(shí)通過(guò)私鑰加密，然后通過(guò)公鑰解密，加密和解密的鑰匙不一樣，所以我們稱之為非對(duì)稱加密

具體交易流程如下，例 A支付 5 個(gè)比特幣給 B

我們其他用戶接收到了這個(gè)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(jìn)行對(duì)比，如果一致則認(rèn)可這條消息是A發(fā)的，不一致則認(rèn)為是別人冒充，所有用戶則會(huì)拒絕這條消息。這里可能會(huì)不明白了，公鑰和私鑰你都發(fā)出來(lái)了解密肯定的呀，剛才我們說(shuō)公鑰的公開(kāi)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(gè)比特幣，同時(shí)支付給兩個(gè)人咋辦，每個(gè)人五個(gè)，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(gè)比特幣，他同時(shí)發(fā)了兩個(gè)消息，分別是給 B 五個(gè)比特幣，給 C 五個(gè)比特幣，但是他總數(shù)只有 5 個(gè)，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(gè)消息時(shí)，會(huì)先從區(qū)塊鏈里，進(jìn)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(lái)了解下什么是雙重支付，打個(gè)比方哈，袁記菜館第963家分店因?yàn)榈觊L(zhǎng)經(jīng)營(yíng)不善，要進(jìn)行出售，出售的時(shí)候店長(zhǎng)將這個(gè)房子同時(shí)賣給了兩個(gè)人，但是只有一個(gè)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(wèn)題的呢？我們 A 用戶只有 5 個(gè)比特幣，但是他幾乎同時(shí)發(fā)布了兩條廣播，此時(shí)有些用戶會(huì)先接收到第一條廣播，然后進(jìn)行追溯，發(fā)現(xiàn) A 只有5個(gè)比特幣，則會(huì)拒絕第二條。同理先接收到第二條廣播的用戶也會(huì)如此。就好比形成了兩個(gè)陣營(yíng)，然后兩個(gè)陣營(yíng)的用戶進(jìn)行答題，然后獲得了打包權(quán)，則會(huì)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(huì)被整個(gè)系統(tǒng)認(rèn)可。另一條則會(huì)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(huì)放棄自己的包，全部都認(rèn)可 D 所記錄的交易信息。所以此時(shí) C 收入 5 個(gè)比特幣，B 沒(méi)有收入。所以我們接收到別人交易消息時(shí)，不能認(rèn)為當(dāng)時(shí)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(gè)比特幣，但是他想把這個(gè)記錄刪掉，偽造一下記錄。有這種可能嗎？

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

比如上圖，我們同時(shí)有兩個(gè)塊接到了鏈上，那么會(huì)有兩撥人，他們都會(huì)以第一個(gè)接收到的塊為準(zhǔn)，然后兩撥人繼續(xù)運(yùn)算，當(dāng)某一撥中的某個(gè)人獲得打包權(quán)之后則會(huì)將新塊接到他接收的塊后面，那么此時(shí)他的這個(gè)鏈?zhǔn)钦麄€(gè)系統(tǒng)最長(zhǎng)的鏈，則會(huì)被所有人認(rèn)可，另一撥人也會(huì)來(lái)到這個(gè)最長(zhǎng)鏈下面繼續(xù)打包。之前的那個(gè)分支則會(huì)廢棄。如果說(shuō)某個(gè)人他就不想轉(zhuǎn)移陣容，非得死守那個(gè)相對(duì)短的鏈，這樣也是可以的，只要你一己之力可以對(duì)抗所有人，把你這個(gè)鏈變成最長(zhǎng)鏈，大家則會(huì)都認(rèn)可你這條鏈。

那么我們來(lái)說(shuō)一下，如何防止篡改

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

這下我全都懂了，那咱們快去買兩個(gè)吧！

你看看現(xiàn)在一個(gè)多少錢啦，買不起呀咱們。

參考：

https://www.bilibili.com/video/BV12b411q7ku

《比特幣白皮書(shū)：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》