深度解析區塊鏈（二）：比特幣究竟是什么？_比特幣

本期重點解讀比特幣的白皮書，對此有一定了解的讀者可略過。

上期最后講到中本聰在2008年發明了比特幣，那么比特幣到底是什么呢？我們先看中本聰自己在白皮書中的說法：一種完全通過點對點技術實現的電子現金系統，它使得在線支付能夠直接由一方發起并支付給另外一方，中間不需要通過任何的金融機構。簡單概括一下，比特幣是一種去中心化的P2P支付系統。重點來了，點對點電子支付系統已存在許久，比特幣相對傳統的P2P支付系統的核心區別正是“去中心化”。

傳統金融體系下都是由值得信任的第三方機構進行記賬，比如你在銀行存100塊錢，你存錢這個數據，只記錄在銀行的數據庫里，僅由銀行進行交易記錄的維護，這是典型的中心化記賬。那么比特幣是如何在支付過程中實現去中心化的呢？中本聰巧妙的利用了分布式存儲、鏈式數據結構、密碼學和POS工作量證明機制等技術，架構出一套全新的運行體系，從而實現了“去中心化記賬”；簡單來說比特幣中產生的每筆交易，所有節點都會記錄下來，即每個人都擁有一本完整的賬本。然而這也引申出了一連串的問題：怎么確保交易記錄的真實性？怎么確保交易記錄的先后順序？怎么確保所有賬本的一致性？怎么確保賬本不會被篡改？

上海：加快工業元宇宙創新應用，加快區塊鏈等技術在制造業領域的深度拓展:10月9日消息，上海市城市數字化轉型工作領導小組辦公室8日向上海各有關部門、各區政府印發《上海市制造業數字化轉型實施方案》及任務分解表。上海將加快工業元宇宙創新應用，加快5G、AI、AR/VR/MR、區塊鏈、數字孿生等數字技術在制造業領域的深度拓展和融合應用。(中證網)[2022/10/9 12:50:39]

要解決記賬的真實性，必須要對所有節點公開交易記錄且每個節點都能對任何一筆交易進行反向驗證。中本聰通過引入非對稱加密解決了這個問題。系統中的每筆交易都被定義為一條加密數據。交易過程中需要用收款人的公鑰創建一條新的交易記錄，并用付款人的私鑰對該條記錄加上數字簽名，這樣比特幣的所有權便轉移給了收款人，如此循環往復形成了一個交易鏈條。

Coinbase Institutional：BTCUSD訂單簿深度接近6個月以來最佳水平:9月20日消息，Coinbase Institutional發推稱，市場流動性狀況依然強勁，BTCUSD訂單簿深度接近過去6個月的最佳水平。[2021/9/20 23:38:38]

那么交易完成的先后順序又如何確定呢，中本聰給出的解決方案是利用“時間戳服務器”對以區塊(block)形式存在的一組數據進行隨機散列再蓋上時間戳，每個區塊的時間戳會將上一個區塊的時間戳納入其隨機散列值，這樣就形成了一個按時間序列的數據鏈條。從而保證了交易之間明確的先后順序。

同時在發起交易過程中會對全網進行廣播，每個節點都會將收到的交易信息納入一個區塊中，那么誰有權利記錄這個數據呢？這里就要用到前面提過的工作量證明機制了，簡單來說就是在進行隨機散列運算時，引入一個數學求解問題，最先找到這個解的節點獲得記賬權。這個解需要通過很多次運算求得，但是驗證卻只需要一次。而且還在區塊中補增一個隨機數(Nonce)，可以通過這個隨機數來自動調整求解的難度。

中科院院士：密碼技術將深度融合到區塊鏈等新技術發展中:中科院院士、密碼學家王小元表示，信息技術極大地推動著世界向更高效、智能、環保、便捷的方向前進，人工智能、工業互聯網、區塊鏈、大數據交易等行業備受青睞。密碼技術是數據治理和信息保護的重要手段。密碼技術將深度融合到5G、區塊鏈、人工智能，衛星通信、物聯網、智慧城市等新技術發展中。（封面新聞）[2020/9/15]

一旦這個解得到大多數節點的確認后，該區塊的信息就不可更改。由于之后的區塊是鏈接在該區塊之后的，所以想要更改該區塊中的信息，就必須將后面所有的區塊都改掉，這需要消耗巨大的算力，從而提高了節點作惡的成本，很大程度上降低了賬本被篡改的風險。然而這樣也不能保證絕對的安全，如果某個人掌握了全網51%的算力，從概率學角度來說他就更容易優先計算成功，因此他可以偽造出一條假鏈來替代主鏈，交易就被篡改了。也就是傳說中的“51%攻擊”，攻擊者算力占比越高，攻擊成功的概率就越大。

中國工程院院士：區塊鏈產業發展需要深度挖掘其價值:中國工程院院士張平表示，區塊鏈技術是非常有價值、有前景的一種應用技術，在新一輪的區塊鏈發展浪潮下，區塊鏈的產業發展更需要厘清相關問題、深度挖掘其存在和發展的價值，更好地為城市的經濟產業發展做出更大貢獻。（南京晨報）[2020/6/19]

因為網絡環境的復雜性，總會出現有多個節點同時廣播不同版本的新區塊，那么其他節點在接收到該區塊的時間上將存在先后差別。這時他們將在率先收到的區塊基礎上進行工作，但也會保留其它的鏈條，直到下一個工作量證明被發現，而其中的一條鏈被證實為是較長的一條，那么在分支鏈條上工作的節點將切換到較長的鏈上繼續工作，其它分叉則被拋棄。比特幣中的區塊鏈條就是在不停的進行分叉、合并、又分叉、又合并的過程，其中最長的那條才是系統認可的區塊鏈。

聲音 | 雄安新區中級人民法院有關負責人：將推動區塊鏈等科技成果與司法工作深度融合:據河北法院網報道，5月10日，全國首個5G環境下的刑事案件三方遠程視頻庭審在河北雄安新區中級人民法院順利完成。雄安新區中級人民法院有關負責人表示，今后，雄安新區中級人民法院將充分發揮雄安新區技術資源和政策優勢，將智慧法院建設與雄安新區智慧城市建設一體規劃部署，積極推動5G、人工智能、大數據、區塊鏈等科技成果與司法工作深度融合，不斷提升審判質效，讓群眾享受到更高水平的司法服務。　　[2019/5/11]

上面說到獲得記賬權需要消耗大量算力，而且整個系統還有被“51%攻擊”的風險，那么如何保證比特幣系統能夠安全有效的運行呢？不得不說中本聰是個真正的天才，他通過設計獨特獎勵機制，從經濟學角度很好的解決了這些問題。記賬成功可以獲得大量比特幣獎勵，這讓節點有動力去爭奪記賬權，保證交易的正常進行。同時對51%攻擊者來說，即使算力攻擊達成，但是整個系統的價值會崩潰掉，那么從攻擊中獲取的比特幣也沒有任何意義了，攻擊過程中付出的大量硬件資源和電費會變成巨額虧損。對超級算力擁有者來說，攻擊從經濟成本角度來說是完全不劃算的，他們有更好的方式獲利：通過對比特幣進行硬分叉來憑空創造財富。而且這個獎勵機制還巧妙的解決了代幣生成并流入市場的問題，誰付出資源，誰獲得代幣，這或許也是對全球央行貨幣制度的一種反擊吧。

中本聰一直認為超發貨幣是一種對大眾財富的“掠奪”，所以他將比特幣的數量設為恒定的2100萬個，同時為了使得價值易于組合與分割，交易被設計為可以納入多個輸入和輸出。一般而言是某次價值較大的前次交易構成的單一輸入，或者由某幾個價值較小的前次交易共同構成的并行輸入，但是輸出最多只有兩個：一個用于支付，另一個用于找零。需要指出的是，大量交易之間存在依賴關系，但上文提到的技術方案保證了當前交易數據的真實性，因而并不需要展開檢驗之前發生的所有交易歷史。

隨著比特幣交易的日益頻繁，累積下來的交易信息也越來越多，顯然這帶來數據存儲方面的壓力，因此中本聰設計了一種存儲空間回收機制。當最近的交易被納入足夠多的區塊中后，就可以丟棄該交易之前的數據，以回收存儲空間；同時為了確保不損害區塊的隨機散列值，交易信息被隨機散列時，被構建成一種默克爾樹，使得只有根哈希(roothash)被納入了區塊的隨機散列值。通過將該樹的分支拔除的方法，老區塊就能被壓縮，從而大大減少系統占用的存儲空間。

因為Merkle算法的特性，使得輕節點也能夠對支付進行檢驗。輕節點只需要保留最長的工作量證明鏈條的區塊頭的數據，它可以不斷向網絡發起詢問，直到它確信自己擁有最長的鏈條，并能夠通過MerkleTree的分支通向它被加上時間戳并納入區塊的那次交易。這樣就能看到某個節點曾經接受過它，并且于其后追加的區塊也進一步證明全網曾經接受了它，以此來快速檢驗該交易的有效性。

由于交易是對全網廣播的，為了保護使用者就必須采用特殊的隱私策略：通過將公鑰保持為匿名，這樣公眾只能知道一筆數量的比特幣從付款地址轉移到了收款地址，而無法得知具體的收付款人，從而保證使用者的隱私安全。作為額外的預防措施，使用者可以讓每次交易都生成一個新的地址，以確保這些交易不被追溯到一個共同的所有者。但是由于并行輸入的存在，一定程度上的追溯還是不可避免的，因為并行輸入表明這些貨幣都屬于同一個所有者。此時的風險在于，如果某個人的某一個公鑰被確認屬于他，那么就可以追溯出此人的其它很多交易。

堅持看到這里的讀者應該對比特幣系統有了基本的認知，我簡單總結一下：比特幣通過使用分布式存儲、鏈式數據結構、非對稱加密、POW共識機制、P2P組網等一系列的技術組合，實現了數字貨幣的自主發行、匿名交易和公開記賬，是一個去中心化的自我運行的金融系統。本期的內容比較多，之后我會帶著大家逐漸深入了解比特幣及其底層技術-區塊鏈，敬請期待。

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