一篇文章读懂比特币和区块链背后的原理

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辣妈前段时间发了一篇需要回复关键词“区块链”才能查看的文章，结果辣妈在公众号后台看到，好多朋友把关键词写成了“区域链”，想必大家对“区块链”这个关键词的涵义还不是很理解。

说实话，当初辣妈为了理解这个概念，看了好多文章，但是发现大部分都不靠谱，看得云里雾里。直到辣妈找了真正的区块链技术专家深度访谈过，才意识到大部分文章的作者可能压根没看过中本聪最早写的关于比特币的论文，那写出来的东西不扯淡才怪呢。

所以，看到家回复的“区域链”，辣妈实在忍不住，决定再写一篇文章，给大家讲讲比特币和区块链背后的原理。

简单来说，区块链是比特币使用的一种底层数据存储技术，比特币不仅仅是一个技术体系，更是一种协作体系。如果你能花点时间看完文章，并且理解比特币背后蕴含的精妙设计，你可能会对未来世界充满憧憬，在投资上也会受益。

还是从关键词开始讲起。也许大家在其他的文章中也读到过“数字货币”，“去中心化”，“匿名”，“挖矿”，“工作量证明(Proof of Work)”等词汇，那么这些关键词到底是什么意思呢？

我们先来思考几个最关键的问题，如果我们现在所使用的货币真的变成了计算机中的一串数字，有哪些最关键的问题我们需要解决？辣妈想，应该至少有以下几个：

如何证明数字货币的归属权？

如何保证某人拥有的数字货币不被伪造和篡改？

如何保证数字货币不会滥发而导致通货膨胀？

怎么理解比特币的价值？

我们从第一个问题开始讲起。归属权的证明，从本质上讲是指你拥有了一项非常独特的证明，证明你拥有某样东西，并且得到了大家的认可。比如说现实生活中的房产证，证明了你对房屋的所有权；你在ATM取款时输入的密码，证明了你有对这个账号进行操作的权利。这些都是受到社会认可的。

数字货币之所以被称之为数字货币，就是因为比特币这类东西看不见摸不着，其核心，说到底，就是一串数字。那么，我们如何来证明对一串数字的归属权呢？这里用到了现代密码学的一个非常重要的发明：非对称加密技术。

非对称加密技术的细节非常复杂。简单来说，利用这项技术，可以生成两个配对使用的数字，一个叫做公钥（yào），一个叫做私钥（yào），这两数字是一一对应的。从私钥可以很容易地计算出对应的公钥，但反向计算非常困难，几乎不可能。你的私钥是你必须保管好的信息，而公钥是要公开给大家的。这一对数据的奇妙之处在于：用公钥加密的信息，只能用对应的私钥解密，反之亦然。

由于这种独特的性质，我们可以实现以下操作：如果别人想给我发私密信息，那他只要用我公开的公钥对信息进行加密，然后传输即可，只有我能解密（因为只有我有对应的私钥），不用担心中途被人截获；如果我想证明某个信息是我发出的，我只要用我的私钥加密信息，别人用我公开的公钥解密后，就能确认信息确实是我发的。用个人私钥加密信息，是“电子签名”技术的基础。

感觉有点类似于锁和钥匙的关系，所不同的是，这里的公钥和私钥都可能成为锁或者钥匙，当其中一个是锁的时候，另一个就是钥匙。

在比特币的世界里，系统就是用这种技术来确认数字货币的归属权。比特币的账号，被称为“地址”，就是一个公钥（经过一些数学变换），而每个人只要拥有私钥，就有了对该“地址”上比特币余额的控制权，也就是说拥有了这个区块上面储存的数字（数字货币）的所有权。

所以，比特币虽然看不见摸不着，但是“比特币=一串数字”，其信息可以储存在一区块中，只要我们掌握了私钥，就拥有了对对应比特币的所有权。

那么第二个问题来了，比特币是个没有中心机构的体系，它怎么防止系统内有人作恶，伪造和篡改自己或者别人账号上的余额呢？

中心化的系统是依赖于一个中心的账本来记录，比如你的钱存在银行，通过银行转账给其他人，都是记录在银行的账本里。你的100元存在银行，对银行来说，就是记一笔账，A账户余额100元；你提交一笔给其他人的50元转账，对银行来说就是A减去50元，B增加50元。说一个极端的情况，如果银行的IT系统遭遇了黑客的攻击或银行员工自己手脚不好，数据丢失或被篡改，那么你的银行卡余额就会消失或者发生变化，这就是中心化系统的特点。当然，现实情况下，银行会进行一定的防攻击设置，对银行员工进行双密码制衡（需要多人协同才能操作业务数据），业务数据也会进行灾备，这种风险很小。

而在比特币这个去中心化的体系里，每个参与者都会保有一份一模一样的账本。这个账本就像是一串用链条链接起来的盒子，每个盒子固定大小，盒子里放着最近10分钟内网络中发生的交易的信息，每个盒子被称作是一个区块。这就是这个账本被叫做区块链的原因。

如何让大家的账本都一致？这个是容易实现的，大家在使用迅雷等P2P软件下载文件时，用的是类似的技术，只要所有人同步更新账本就行了。如果其中某一个人要篡改数据，他写入区块的信息和别人写入的内容都不一样，那么会被认为是不合法的，就不会被这个区块链中的其他的节点所接受，也就不能同步到账本里。

因此，对于去中心化的系统而言，系统数据的防篡改和防攻击性大大提高。必须有至少51%的系统参与者一同发起修改，才能达到篡改这本账的目的，其难度是很大的。

那么，区块链这个技术是如何让大家判断某个账本是合法的还是非法（来篡改）的呢？。比特币网络引入了一个叫做“工作量证明 Proof of Work”的机制。

简单来说，在比特币网络中，有很多节点，称为“矿工”，他们在24*7，不间断地做某项数学计算（即挖矿），谁先做出来（即证明自己完成了特定的工作量），谁就拥有了把网络上刚刚发生的一些交易写进下一个区块（账本）的权利。这句话很烧脑细胞，解释一下，挖矿是在解一道哈希函数(Hash)的数学题，这个数学题是：

找到一个随机数，使得以下不等式成立，

Hash(本区块内数据，一个随机数) < 某个值

能做出数学题，求得这个随机数的矿工，就有机会得到系统的一个固定额度的奖励，目前是12.5个比特币。

为什么不是一定会得到，而说有机会得到？因为，比特币系统现在每十分钟能新产出12.5个比特币，在这个10分钟中能解出数学题的旷工，都有机会得到这12.5个比特币，但只有其中一人能真正得到这12.5个比特币。

那么，究竟谁能得到这12.5个比特币？比特币网络对这个问题采取“走着瞧”的处理方式，假设同时有2个人解出了数学题，那么你们两个的区块大家都先收着，大家再继续往后处理，只不过一条链上出现了分叉。

这又是什么意思呢？在解数学题的过程中，每下一次计算的那道数学题的变量都有赖于上一次计算的结果，也就是每一道“hash(区块内数据，一个随机数) < 某个值”题中的变量都由上一次计算的结果而来，所以其他的旷工都要根据上一个人的计算结果来计算。

现在有两个人的变量传到了网络，有一波人基于A的计算结果开始了一道题的计算，有另一波人则基于B的计算结果开始了另一道题的计算，这两拨就是分叉。比特币网络认为，长度最长的链才是“合法”的，一旦某个链的长度超过了另一个，那么短的那一个链就被抛弃了。

由于数据传输速度，下一个旷工的计算能力不同等种种因素的影响，这两个结果后面接的链的长度很快会出现差异，最终那根跟不上的短链就被抛弃了。

所以在比特币交易过程中，参与者往往要求“6个确认”后，才认可某个交易的合法性。6个确认实际上就是某个区块后面又长出了6个区块。一般认为，后面接上6个链之后，就很难被抛弃了。

这就是比特币网络的运行规则。和大家一起再来划几个相关问题的重点：

做出数学题的矿工能随意从别人那里转账吗？不能，由于有非对称加密技术，如果没有某个地址的私钥，是不能操作该地址上的余额的。

做出数学题的矿工能随意给自己的账号加钱吗？也不能，因为比特币网络要求每一笔入账都必须是从别的地址的余额转入。只有一种全网认可的“凭空”获得比特币的方式——“挖矿”，任何人不能修改。目前，每做出一道数学题，就有得到12.5个比特币的可能。

网络这么大，如果有两个矿工同时做出了数学题，那么到底谁能获得奖励呢？后面跟的链长的那个矿工会得到这12.5个比特币，链短的哪个区块会被丢弃。因此做出数学题未必等于能得到奖励，只是获得了得到这笔奖励的可能性。随着全网算力的不断提升，挖出矿的难度越来越大。

矿工们做的数学题是什么？矿工做的数学题实际上一个叫做“计算哈希值”的过程。这种计算的特点是没有捷径，对每个人都是公平的，如果你想比别人更早得到结果，唯一的办法就是单位时间内算更多次。而这种计算的另一个特点是，如果得到结果后，验算非常容易。所以如果某个矿工声称得出了结果，其他人很容易判断出他是不是在忽悠。

除了上面所说的系统规则设定，按照中本聪最初的设计，新比特币发行速度还是逐渐减少的，每四年减半，目前每次区块产生时（10分钟）产出12.5个比特币，下一个阶段每次区块产生时产出会下降到12.5/2=6.25个。

所以，2140年后，全网的比特币总量将达到2100万个的设计上限，而且永远不会再增多。这会从根本上避免了比特币数量超发而导致的通货膨胀的问题。这就是上面“第三个问题”的答案。然而，比特币如果真被用于经济生活，它会带来通缩，辣妈最早的一篇文章讲过这个问题，公众号回复“想看”可以看。

那么第四个问题，也就是最关键的问题来了，到底怎么理解比特币的价值呢？辣妈看到有很多人在说比特币只是一串数字，没有价值；或者说比特币挖矿是在浪费电，浪费资源；再或者说比特币对法币的价格波动大，没法做货币。

我们先来思考一个问题：什么是价值？如果说，物以稀为贵，显然还有很多稀有但是根本没有价值的东西；如果说，价值是“无差别人类劳动的凝结”，显然有很多耗费了大量无意义劳动的成果没有半毛钱价值。辣妈觉得，价值本质上来源于人的共识。

以钻石举例，从本质上讲，钻石只是一堆碳原子，碳原子在地球上不要太多，稀缺吗？现在科技已经可以造出人造钻石，比挖天然钻石成本低得多，那我们还要去破坏环境，挖天然钻石有意义吗？回到钻石刚刚被人们发现的年代，最早发现钻石的人可能只觉得这块石头很好看而已，如何给他定价呢？那时候，钻石的价格不也存在极大的波动吗？

钻石之所以有价值，是因为“钻石恒久远，一颗永流传”这个观点已经成为世界人民的共识。

所以，比特币是否有价值，归根结底要看大家对这个体系是否能达成信任共识。如果在未来的运行过程中，比特币体系能维持参与者的信任，解决不断出现的新问题，比如依赖比特币类似的去中心化记账体系，更高效地解决现实生活中资金汇划、信息传递等问题，那么这个体系就有价值。

（区块链技术应用场景）

当然，在比特币运行的不到十年间，已经开始出现各种新的挑战。比如说，现在维持比特币系统运行的耗电量（实际上就是挖矿耗费的电量）已经是一个天文数字；比如说，由于设计缺陷，导致比特币网络目前每秒只能处理几笔交易，完全没法满足当前的现实需求。；再比如说，“51%攻击”（可能造成比特币信任崩塌的最大风险）从目前来看并不是完全无法实现；甚至神秘的比特币创始人中本聪也是一个极大的不确定因素，他手里还握有市值巨大的比特币。

但是随着以比特币为源头应用的区块链技术的持续发展，目前区块链2.0技术已经被越来越多的提及，未来很有可能被推广应用到现实的金融场景中，如刚才提及的资金汇划和信息传递。每一项新技术的问世，首先都会被质疑，也伴随着问题，随着技术的逐渐发展进步，其价值才能逐渐体现出来，区块链技术究竟会发展成什么样子，我们可以保持关注，这也是辣妈写这篇文章的原因。

以上，辣妈只是大概讲了一些比特币和区块链背后的原理，还有很多重要问题和细节没有解释清楚，强烈建议你关注一下“可乐编程”公众号（扫描下方的二维码即可关注），辣妈就是通过和这个公众号的团队深度访谈，才理解了比特币相关的知识。据说最近他们会做几期关于比特币和区块链的视频，这些视频动画可以让人更容易地理解区块链的技术原理。

如果您对比特币和区块链的原理还有不明白的地方，如果看了视频后还意犹未尽，想进一步交流，也欢迎添加辣妈助理的微信号 lamaycs2。

最后，比特币到底有没有价值，各位朋友自行判断。还是那句话，世界还是需要异想天开的，不然岂不是太无聊了？欢迎给辣妈打赏比特币：

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