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本帖最后由 不二如是 于 2018-1-15 20:17 编辑
注：下文中”我“，均为阮一峰
大神博客：http://www.ruanyifeng.com/blog/
比特币（bitcoin）诞生于2008年的一篇论文。
一个署名为中本聪的人，提出了革命性的构想：
这个想法堪称疯狂：
一串数字，背后没有任何资产支持，也没有任何人负责，你把它当作钱付给对方，怎么会有人愿意接受？
但是，狂想居然变成了现实。
随后的几年，在全世界无数爱好者的支持下，比特币网络运行起来了，越来越多的人和资本参与，星星之火，终成燎原。
刚刚过去的2017年，比特币迎来了爆发式的增长，从年初的1000美元，最高涨到了2万美元，全世界都为之震动，上到政府，下到普通百姓都在关注。
事实就是：
新闻媒体往往只关注它的火爆表现，忽视或者无法回答一些基本的问题：
比特币的原理是什么？
为什么这个无人管理的体系可以成功运作？
比特币交易的流程是怎么回事？
它与区块链又是什么关系？
下面，我尝试回答这些问题，希望帮助大家理解比特币。
抛开技术细节，还是很容易解释的。
有一点说明：
本文只讨论技术问题，不涉及如何投资比特币，更不会预测价格走势。
事实上：
我也不知道，如果我知道怎么发财，可能就不会在这里写博客了。
一、非对称加密
首先，理解比特币，必须理解非对称加密。
你可能听说过这个词，所谓非对称加密，其实很简单。
就是加密和解密需要两把钥匙：
公钥是公开的，任何人都可以获取。
私钥是保密的，只有拥有者才能使用。
他人使用你的公钥加密信息，然后发送给你，你用私钥解密，取出信息。
反过来，你也可以用私钥加密信息，别人用你的公钥解开。
从而证明这个信息确实是你发出的，且未被篡改，这叫做数字签名。
（更详细的介绍请看《什么是数字签名》）。
现在请设想：
如果公钥加密的不是普通的信息，而是加密了一笔钱，发送给你，这会怎样？
首先，你能解开加密包，取出里面的钱，因为私钥在你手里。
其次，别人偷不走这笔钱，因为他们没有你的私钥。
因此，支付可以成功。
这就是比特币（以及其他数字货币）的原理：
由于支付的钱必须通过私钥取出，所以你是谁并不重要，重要的是谁拥有私钥。
只有拥有了私钥，才能取出支付给你的钱。
事实上，真实的交易流程稍有不同。
私钥保证的不是取出支付给你的钱，而是保证只有你能把这些属于你的钱支付出去，详见后文。
二、比特币钱包
对于比特币来说，钱不是支付给个人的，而是支付给某一把私钥。
这就是交易匿名性的根本原因，因为没有人知道，那些私钥背后的主人是谁。
所以，比特币交易的第一件事，就是你必须拥有自己的公钥和私钥。
你去网上那些比特币交易所开户，它们会让你首先生成一个比特币钱包（wallet）。
这个钱包不是用来存放比特币，而是存放你的公钥和私钥。
软件会帮你生成这两把钥匙，然后放在钱包里面。
根据协议，公钥的长度是512位。
这个长度不太方便传播，因此协议又规定，要为公钥生成一个160位的指纹。
所谓指纹：
160位是二进制，写成十六进制，大约是26到35个字符，比如 ：1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2
这个字符串就叫做钱包的地址，它是唯一的，即每个钱包的地址肯定都是不一样的。
你向别人收钱时，只要告诉对方你的钱包地址即可，对方向这个地址付款。
由于你是这个地址的拥有者，所以你会收到这笔钱。
由于你是否拥有某个钱包地址，是由私钥证明的（具体的证明方法稍后介绍），所以一定要保护好私钥。
这是极其重要的，如果你的私钥被偷了，你的比特币也就等于没了，因为他人可以冒用你的身份了，把钱包里面的钱都转走。
同样的，你向他人支付比特币，千万不能写错他人的钱包地址，否则你的比特币就支付到了另一个不同的人了。
三、交易过程
下面，我把整个流程串起来，看看比特币如何完成一笔交易。
一笔交易就是一个地址的比特币，转移到另一个地址。
由于比特币的交易记录全部都是公开的，哪个地址拥有多少比特币，都是可以查到的。
因此，支付方是否拥有足够的比特币，完成这笔交易，这是可以轻易验证的。
问题出在怎么防止其他人，冒用你的名义申报交易。
举例来说，有人申报了一笔交易：
我怎么知道这个申报是真的，申报人就是地址 A 的主人？
比特币协议规定，申报交易的时候，除了交易金额，转出比特币的一方还必须提供以下数据：
◊上一笔交易的 Hash（你从哪里得到这些比特币）
◊本次交易双方的地址
◊支付方的公钥
◊支付方的私钥生成的数字签名
验证这笔交易是否属实，需要三步：
第一步，找到上一笔交易，确认支付方的比特币来源。
第二步，算出支付方公钥的指纹，确认与支付方的地址一致，从而保证公钥属实。
第三步，使用公钥去解开数字签名，保证私钥属实。
经过上面三步，就可以认定这笔交易是真实的。
四、交易确认与区块链
确认交易的真实性以后，交易还不算完成。
交易数据必须写入数据库，才算成立，对方才能真正收到钱。
比特币使用的是一种特殊的数据库，叫做区块链（blockchain），详细的介绍请看《区块链入门教程》。
本文只讨论：
首先，所有的交易数据都会传送到矿工那里。
矿工负责把这些交易写入区块链。
根据比特币协议，一个区块的大小最大是 1MB，而一笔交易大概是500字节左右，因此一个区块最多可以包含2000多笔交易。
矿工负责把这2000多笔交易打包在一起，组成一个区块，然后计算这个区块的 Hash。
计算 Hash 的过程叫做采矿，这需要大量的计算。
矿工之间也在竞争，谁先算出 Hash，谁就能第一个添加新区块进入区块链，从而享受这个区块的全部收益，而其他矿工将一无所获。
一笔交易一旦写入了区块链，就无法反悔了。
这里需要建立一个观念：
比特币不存放在钱包或其他别的地方，而是只存在于区块链上面。
区块链记载了你参与的每一笔交易，你得到过多少比特币。
你又支付了多少比特币，因此可以算出来你拥有多少资产。
五、矿工的收益
交易的确认离不开矿工。
为什么有人愿意做矿工呢？
比特币协议规定，挖到新区块的矿工将获得奖励。
一开始（2008年）是50个比特币，然后每4年减半，目前（2018年）是12.5个比特币。
这也是比特币的供给增加机制，流通中新增的比特币都是这样诞生的。
你可能看出来了，每4年奖励减半，那么到了2140年，矿工将得不到任何奖励，比特币的数量也将停止增加。
这时，矿工的收益就完全依靠交易手续费了。
所谓交易手续费：
就是矿工可以从每笔交易抽成，具体的金额由支付方自愿决定。
你完全可以一毛不拔，一分钱也不给矿工，但是那样的话，你的交易就会没人处理，迟迟无法写入区块链，得到确认。
矿工们总是优先处理手续费最高的交易。
目前由于交易数量猛增，手续费已经水涨船高，一个区块2000多笔交易的手续费总额可以达到3～10个比特币。
如果你的手续费给低了，很可能过了一个星期，交易还没确认。
一个区块的奖励金12.5个比特币，再加上手续费，收益是相当可观的。
按照目前的价格，可以达到100万～200万人民币。
想想看，运气好的话，几分钟就能挖到一个区块，拿到这样一大笔钱，怪不得人们对挖矿趋之若鹜。
六、区块的扩容
《区块链入门教程》说过，比特币协议规定，平均10分钟诞生一个区块。
区块的大小只有 1MB，最多只能包含2000多笔交易。
也就是说，比特币网络每10分钟，最多只能处理2000多笔交易，换算一下，就是处理速度为3～5笔/秒。
全世界的比特币交易这么多，可是区块链每秒最多只能处理5笔，这已经成为制约比特币发展的一个瓶颈。
很早就有人呼吁，改革比特币协议，提升处理速度。
这件事在2017年8月有了一点眉目，当时区块链发生了一次分叉，诞生了一个新协议，称为 Bitcoin Cash（简称 BCH）。
这种新货币其他方面都与比特币一致，就是每个区块的大小从 1MB 增加到了 8MB，因此处理速度提升了8倍，手续费也低得多。
该协议是对原有区块链的分叉，因此当时持有比特币的人，等于一人获赠了一份同样数量的 BCH。
BCH 等于创造了一种新货币，还有人提议，原始比特币的区块大小提升到 2MB，这称为 SegWit2x 。
这个建议原定于2017年11月实施，但是最后一刻由于缺乏共识，就被取消了，目前还在讨论中。
七、点对点网络
比特币是一个全世界的开放网络，只要你有服务器，就能加入这个网络，成为一个节点。
每个节点都包含了整个区块链（目前大概 100多 GB），并且节点之间时刻不停地在同步信息。
当你发生了一笔支付，你所在的节点就会把这笔交易告诉另一个节点，直至传遍整个网络。
矿工从网上收集各种新发生的交易，将它们打包写入区块链。
一旦写入成功， 矿工所在节点的区块链，就成为最新版本，其他节点都会来复制新增的区块，保证全网的区块链都是一致的。
最后，你所在的节点也拿到了最新的区块链，从而得知你早先的那笔交易，已经写在里面了，至此交易确认成功。
八、还有一个问题
写到这里，我就介绍完了比特币的基本知识，希望你已经明白了比特币是怎么回事。
但是还有一个根本的问题，我没有回答：
说到底，比特币只是区块链的一条记录，是凭空生成的，为什么可以当钱用？
举例来说，矿工获得12.5个比特币的奖励，其实就是区块链有一个记录：
正是这行记录，导致该矿工获得了大笔金钱。
如果区块链突然增加了一条记录，记载你的地址获得了1000个比特币，你就真的会有1000个比特币。
这到底是为什么？
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发表于 2018-1-9 08:34:00
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