比特币和区块链基础知识讲解

‍在过去的两年时间，比特币吸引着世界的瞩目，其剧烈的价格波动在全球范围内掀起了一场炒币风潮。2017年1月，比特币的价格首次突破1000美元，当年的12月，比特币价格达到史上最高的19666美元，随后价格开始一路走低。整个2018年，比特币价格在波动中不断走低，最低达到3100美元左右，目前在3800美元左右，相比其最高价格已经跌去逾八成。尽管经历了一轮炒币的风暴，但对大部分人来说，并不一定真正了解比特币及区块链技术。‍当下的比特币正如30年前的互联网一样，是一个迅速发展的全新事物，多数人很难准确深刻地理解，而且世界各国的对其态度也不尽相同。本文从技术角度浅析比特币及区块链技术，揭示其对当今社会的影响及未来发展趋势。

一、比特币的诞生

‍比特币的概念最早由“比特币之父”中本聪（Satoshi Nakamoto）在2008年提出，他在“密码朋克”邮件列表组中发表了一篇论文《Bitcoin: APeer-to-Peer Electronic Cash System》（中文译“比特币：一种对等网络电子现金系统”）中，提出了创建“一个新的电子货币系统”的构想，“完全去中心化，没有核心服务器或权力控制中心”。2009年1月，中本聪发布了首个比特币程序和“挖矿”产生的50个比特币。比特币——发行去中心化和交易去中心化的电子货币系统正式诞生。与此同时，中本聪则逐渐淡出，直到2011年，中本聪将源代码和域名交给了比特币社区的其他人，随后消失了，直到今天，中本聪的真实身份仍然是谜。

二、比特币的运行模式

比特币是一个电子货币系统，是建立在去中心化信任基础之上的。货币的存在是为了交易，比特币也一样。

现在我们所使用的货币是由一个国家的央行发行并提供信用担保的，货币的流通则在整个银行体系内进行，这个是一个高度中心化的系统。在这个系统中，任何一个参与者必须通过银行体系这个中心才能与其它参与者产生联系。

与之相反，比特币系统则强调“去中心化”，这个系统完全由分布在各地的大量客户端之间点对点交互自然形成，每个参与者可以自由地加入或者退出这个系统。与传统货币体系相比，比特币不是自上而下地发行，也没有政府或其它权力机构来控制它，而是由计算资源来竞争发行并保证其不可伪造。

相比基于传统货币的交易，比特币交易有以下特点：

（1）分布式账本存储：比特币的交易信息记录在账本中，这个账本存储在每个节点上，一旦某个节点出现问题，还可以从其它节点中获取信息。某一个节点账本更新时，会广播通知所有其它节点同步更新。

（2）匿名交易：由一串字符来表示交易的账户，不包含任何账户所有者的信息，保证了交易的隐私性。

（3）区块链账本：通过分布式的区块链来记载比特币的拥有权和交易信息，所有参与者都可以查看和审核。所有的交易均可追溯，下一笔交易须基于之前的交易才能进行。

（4）非对称加密保证交易安全：比特币系统中有“公钥”和“私钥”，公钥通过私钥算出来的，而私钥无法通过公钥算出，也即非对称加密，以此保证比特币的所有权和交易安全。

（5）通过“挖矿”发行比特币：通过复杂计算成功构造出合法区块的节点会获得一部分比特币作为奖励，这部分比特币是系统生成的，这是比特币发行的方式，构造区块的过程被称为“挖矿”。

（6）比特币总量确定：建立系统时，规定了比特币的总量为2100万个，且用算力限制区块的生成速度，降低了比特币的产生速度。

三、区块链技术

‍“比特币”和“区块链”的概念经常一同提及，但这并不是同一个概念。比特币是电子货币系统，区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的应用。比特币的底层技术是区块链，但区块链并不等同于比特币。比特币是区块链技术最典型的应用，所以在阐述区块链的技术原理时，经常会以比特币来举例说明。

区块链技术非常复杂，此处不展开叙述。区块链技术包含以下三点核心要意：

（1）区块链是一个去中心化的分布式数据库，处在非安全环境中；

（2）通过密码学方法保证已产生的数据不可能被修改；

（3）所有节点都可以参与数据库的维护，对新增数据通过共识算法来达成共识。

区块记录着一个系统内某一时段内的信息，在比特币系统中，每一个区块记录了前一段时间内全网的比特币交易信息。每个区块有确定的ID，通过密码学哈希函数和非对称加密来保证了新生成区块的有效性和安全性，再链接到已经生成的区块链上。在区块链的共识算法模型方面，比特币采用的共识模型是最长链模型，即相信最长的区块链，以避免同一时间产生区块的重复撞车问题。同时，每次区块链系统的升级可能会伴随着区块链的共识模型改变，这会导致整个网络中升级了软件的节点与未升级软件的节点运行在不同的规则下，于是分叉就产生了。

这里特别关注到分叉问题，因为这对比特币等电子货币的价格有重大影响。分叉又分为硬分叉和软分叉。如果区块链软件的共识模型被改变，且改变无法向前兼容，旧节点无法认可新节点产生的区块，即为硬分叉；反之若这种改变是向前兼容的，即为软分叉。硬分叉很可能会分裂整个比特币生态，所以这是一种极具争议和危险的区块链升级技术。不少加密电子货币在发生硬分叉之后造成了价格的急剧下跌。包括技术原因在内的各种复杂原因造成了硬分叉，此处不再赘述。

四、比特币算力

‍在比特币的运行中，算力是一个非常关键的要素。算力是网络中的计算机计算哈希函数输出的速度，是比特币网络处理能力的度量单位。在比特币的运行中，更高的算力意味着更有效率地生成区块；从区块链运行的角度来看，算力保障了区块链的安全。区块链的运行中难度在于对区块链的保护，一方面算力是产生区块的基础，另一方面算力也筑牢了区块链的安全基础。以比特币为例，设计之初就通过比特币奖励来吸引全球的计算资源加入，随着区块生成的难度增加，算力的需求增大，获得全网51%算力的难度增加，使得系统被破坏的难度增大，系统的安全性就增加。

从比特币的发行机制角度来看，算力成为竞争比特币发行优势的关键因素，更高的算力意味着更高的获取比特币的效率。而目前算力的实现基础，是以集成电路为基础的CPU作为硬件实现方式。从这个角度来看，算力的竞争也是集成电路先进工艺和技术的竞争。比特币价格的飙升，带来了算力需求的飙升，促进了围绕算力的产业链形成，包括云算力服务商、矿机设计公司等，并推动了产业规模和技术水平的竞争，这个产业链也随着比特币价格的剧烈波动而显现出明显的波动。

五、比特币的缺陷

比特币系统的设计非常严谨，但也并不意味着比特币就是十分完美的，否则也不会存在如此多的其它数字货币的生存空间。比特币的缺陷，可以从货币属性和技术性两方面来研究。

从货币属性角度来看，其最大的缺陷在于共识。从全球范围来看，目前各个国家对于比特币的态度不尽相同，使得比特币只能在有限的范围内获得共识，而无法像法币那样获得广泛共识，限制了其交易的范围和数量。同时其诞生初期有少部分人占有了为数不少的比特币，且有不少比特币由于各种原因丢失，使得其很难获得普遍认同的交易价值，否则其直接带来了全球范围内的财富分配不公。同时，比特币的固定上限值也意味着若其成为全球通用货币，将会带来通货紧缩。但有一点必须关注的是，比特币第一次从技术上实现了私有财产不可侵犯。

从技术角度来看，比特币建立在数字世界中，这个数字世界并非单独存在的，也受现实世界的各种因素的影响。其设计方案更多的是技术角度的考虑，而没有兼顾到很多现实交易中的因素，例如比特币的交易速度和验密功能，就降低了比特币的易用性。同时，比特币作为最先发明的加密货币，相比于后来催生出的大量不同的加密货币，其系统技术设计并非最先进理念。但由于比特币最先出现，经过多年发展，已经牵涉了大量复杂的利益关系，反倒阻碍了比特币技术的革新，使得比特币成了技术更新最慢、最谨慎的加密货币。

但必须明确的是，区块链技术的应用前景得到了一致公认。例如区块链技术的可追溯性和不可伪造特性，使其可以首先应于社会中信用脆弱的环节中，提高社会的信用。

THE END

比特币和区块链作为全新的技术，目前仍处于蓬勃发展的阶段。区块链技术目前可以说是取得了全球范围内的广泛共识，认为其将会是未来一项重要技术。但比特币作为区块链技术的典型应用，更多地是从货币交易的角度去研究。关于比特币，本人认为有以下几点值得关注。一是全球各国政府重视和研究，尽管态度不一，但已经引起全球范围的关注和重视，尤其是比特币目前已经处于无中心管控的自我运行状态中；二是比特币已经有确切的应用场景，不管是其发源地日本的商场还是暗网中的各种交易，比特币确实在起着电子货币的角色；三是目前比特币的价格一定存在泡沫，且泡沫的程度很难判断，但泡沫是有利于新技术在诞生初期的发展；四是对集成电路产业而言，以比特币为代表的区块链技术应用是一块值得关注的非主流领域，关注是因为其发展势头已经无法阻挡，但其市场规模目前仍然较小。