比特幣的工作原理

如何對比特幣進行具體分類是一個有爭議的問題。它是一種貨幣、一種價值存儲手段、一種支付網絡，還是一種資產類別？

幸運的是，定義比特幣實際上是什麼更容易。它是一種軟件，是一種純粹的數字現象——一組協議和流程。

這也是數百次利用加密技術創造虛擬貨幣的嘗試中最成功的一次。比特幣啓發了數百個模仿者，但就市值而言，它仍然是最大的加密貨幣，在其十多年的歷史中一直保持着這一地位。

與標準貨幣一樣，比特幣的生產、流程和保障措施都是爲了防止欺詐並確保其價值升值。比特幣的主要組成部分是區塊鏈、挖礦、哈希、減半、密鑰和錢包。下面將詳細討論它們。

（一般說明：根據比特幣基金會的規定，“比特幣”一詞在指加密貨幣實體時大寫，在指貨幣數量或單位本身時則爲“bitcoin”。比特幣也縮寫爲BTC 。在本文中，我們將交替使用這些用法。）

區塊鏈

比特幣是一種基於區塊鏈協議的網絡。雖然比特幣沒有提到“區塊鏈”這個詞，但自稱中本聰(Satoshi Nakamoto)的個人或團體在 2008 年發表的一篇論文首次描述了使用區塊鏈來驗證交易並在網絡中建立信任。

區塊鏈​ 此後已演變爲一個獨立的概念，並且已使用類似的加密技術創建了數千個區塊鏈。這段歷史可能會使命名法令人困惑。區塊鏈有時指的是原始的比特幣區塊鏈。在其他時候，它指的是一般的區塊鏈技術，或任何其他特定的區塊鏈，例如支持以太坊的區塊鏈。

任何給定的區塊鏈都由按時間順序排列的離散信息塊組成。原則上，這些信息可以包括電子郵件、合同、土地所有權、結婚證或債券交易。理論上，只要雙方同意，任何類型的合同都可以在區塊鏈上建立。這消除了第三方參與任何合同的需要，並開闢了一個充滿可能性的世界，包括點對點金融產品，例如貸款或分散的儲蓄和支票賬戶，其中銀行或任何中介機構都無關緊要。

區塊鏈的多功能性引起了政府和私營企業的關注；事實上，一些分析師認爲，區塊鏈技術最終將成爲加密貨幣熱潮中最具影響力的方面。

就比特幣而言，區塊鏈上的信息主要是交易。比特幣實際上只是一個列表。人 A 向人 B 發送 X 比特幣，人 B 向人 C 發送 Y 比特幣，等等。通過統計這些交易，每個人都知道個人用戶的立場。需要注意的是，這些交易不一定需要發生在人與人之間。

比特幣的區塊鏈網絡爲物聯網創造了巨大的可能性。未來，我們可以看到自動駕駛出租車或 Uber 車輛擁有自己的區塊鏈錢包的系統。乘客可以直接向汽車發送加密貨幣，在收到資金之前，這些加密貨幣不會移動。車輛將能夠評估何時需要燃料並使用其錢包來方便加油。

區塊鏈的另一個名稱是“分佈式賬本”，這強調了這項技術與保存完好的 Word 文檔之間的關鍵區別。比特幣的區塊鏈是分佈式的，這意味着它是公開的。任何人都可以完整下載它，或者訪問任何數量的解析它的網站。這意味着記錄是公開的，但這也意味着有複雜的措施來更新區塊鏈賬本。沒有中央權威機構來監視所有比特幣交易，因此參與者自己通過創建和驗證交易數據“塊”來監視。有關更多信息，請參閱下面有關挖掘的部分。

您可以在網站上查看區塊的狀態及其相關交易。此類網站列出了交易方的地址標識符、日期、交易發生的日期以及交易的時間。

一長串的數字和字母就是地址，如果你是執法人員或消息靈通的人，你很可能就能找出誰控制了它們。認爲比特幣網絡完全匿名是一種誤解，儘管採取某些預防措施可以使個人與交易聯繫起來變得非常困難。

後信託

儘管比特幣是絕對公開的，或者更確切地說，正因爲如此，它才具有極強的抗篡改能力。比特幣沒有實體存在，所以你無法通過將其鎖在保險箱中或埋在樹林中來保護它。理論上，竊賊要想從你那裏竊取比特幣，只需在賬本上加一行，意思是“你把你所有的錢都付給我了”。

一個相關的擔憂是雙重支付。如果一個壞人可以花掉一些比特幣，然後再次花掉，那麼人們對該貨幣價值的信心就會迅速消失。要實現雙重支付，壞人需要擁有比特幣 51% 的挖礦算力。比特幣網絡越大，這種情況就越不現實，因爲所需的計算能力將是天文數字，而且極其昂貴。

爲了進一步防止這兩種情況發生，你需要信任。在這種情況下，傳統貨幣的慣常解決方案是通過銀行等中央中立仲裁機構進行交易。然而，比特幣已經讓這變得沒有必要。（中本聰最初的描述發表於 2008 年 10 月，當時人們對銀行的信任度處於幾代人的低點，這可能並非巧合。）比特幣網絡是去中心化的，而不是由可靠的權威機構來保管賬本並主持網絡。每個人都在監視其他人。

無需認識或信任任何人，系統即可正常運行。假設一切按預期運行，加密協議可確保每筆交易都固定在一條長而透明且不可更改的鏈條的最後一塊上。

礦業

維護這個無需信任的公共賬本的過程被稱爲挖礦。比特幣用戶之間進行加密貨幣交易的網絡背後是礦工網絡，他們將交易記錄在區塊鏈上。

對於現代計算機來說，記錄一系列交易並不難，但挖礦卻很難，因爲比特幣軟件人爲地延長了這一過程。如果沒有額外的難度，人們可能會僞造交易來致富或讓其他人破產。他們可以在區塊鏈中記錄欺詐交易，並在其上堆積大量瑣碎交易，以至於解開欺詐行爲將變得不可能。

同樣的道理，將欺詐交易插入過去的區塊也很容易。網絡將變成一個由相互競爭的賬本組成的雜亂無章的垃圾網絡，比特幣將變得一文不值。

將“工作量證明”與其他加密技術相結合是中本聰的突破。比特幣的軟件會調整礦工面臨的難度，以將網絡限制爲每 10 分鐘產生一個新的 1 兆字節交易塊。這樣，交易量就可以消化。網絡有時間審查新區塊和之前的賬本，每個人都可以就現狀達成共識。礦工通過將區塊添加到分佈式賬本來驗證交易並非純粹是出於希望比特幣網絡順利運行的願望；他們也會因自己的工作而獲得報酬。我們將在下文中仔細研究挖礦報酬。

減半

如前所述，礦工驗證交易區塊後會獲得比特幣獎勵。每挖出 210,000 個區塊，即大約每四年，獎勵就會減半。這一事件被稱爲減半或“減半”。該系統內置了通貨緊縮機制，以控制新比特幣的發行速度。

這一過程的設計目的是讓比特幣挖礦的獎勵持續到 2140 年左右。當所有比特幣都從代碼中被挖出，並且所有減半都完成後，礦工將繼續通過向網絡用戶收取費用來激勵自己。希望良性競爭能將費用保持在低位。

該系統提高了比特幣的存量流量比，並降低了其通脹率，直到最終爲零。在 2020 年 5 月 11 日第三次減半之後，每個區塊的獎勵變爲 6.25 個比特幣。

哈希

以下是關於挖礦工作原理的更技術性的描述。礦工網絡遍佈全球，彼此之間沒有個人或職業關係，他們會收到最新一批交易數據。他們通過加密算法運行數據，生成“哈希值”——一串數字和字母，用於驗證信息的有效性，但不會泄露信息本身。（實際上，這種去中心化挖礦的理想願景已不再準確，工業規模的礦場和強大的礦池形成了寡頭壟斷。下文將詳細介紹。）

給定哈希 0000000000000000000c2c4d562265f272bd55d64f1a7c22ffeb66e15e826ca30，您無法知道相關區塊（#480504）包含哪些交易。但是，您可以獲取一堆聲稱是區塊 #480504 的數據，並確保它沒有受到任何篡改。如果一個數字不對，無論多麼微不足道，數據都會生成完全不同的哈希值。例如，如果您通過哈希計算器運行《獨立宣言》，您可能會得到 839f561caa4b466c84e2b4809afe116c76a465ce5da68c3370f5c36bd3f67350。但是，刪除“submitted to a candid world”後面的句號，您就會得到 800790e4fd445ca4c5e3092f9884cdcd4cf536f735ca958b93f60f82f23f97c4。這是一個完全不同的哈希，儘管您只更改了原始文本中的一個字符。

哈希值允許比特幣網絡即時檢查區塊的有效性。梳理整個賬本以確保挖掘最新一批交易的人沒有做任何奇怪的事情將非常耗時。相反，前一個區塊的哈希值會出現在新區塊中。如果前一個區塊中最細微的細節被更改，該哈希值也會改變。即使更改發生在鏈中的 20,000 個區塊中，該區塊的哈希值也會引發一系列新的哈希值並泄露給網絡。

不過，生成哈希值實際上並不需要工作。這個過程非常快速和簡單，以至於壞人仍然可以向網絡發送垃圾郵件，甚至在有足夠的計算能力的情況下，在鏈中將欺詐交易傳遞到幾個區塊。因此，比特幣協議需要工作量證明。

它通過向礦工拋出一道難題來實現這一點：他們的哈希值必須低於某個目標。這就是爲什麼區塊 #480504 的哈希值以一長串零開頭的原因。它很小。因爲每個數據串都會生成一個且只有一個哈希值，所以要獲得足夠小的哈希值需要在數據末尾添加 nonce（“使用一次的數字”）。因此，礦工將運行 [thedata]。如果哈希值太大，她將重試。[thedata]1。仍然太大。[thedata]2。最後，[thedata]93452 爲她提供了一個以所需數量的零開頭的哈希值。

挖出的區塊將被廣播到網絡以接收確認，這需要大約一個小時左右的時間，有時甚至更長。（再次強調，這個描述是簡化的。區塊不是整體哈希化的，而是被分解成更高效的結構，稱爲Merkle 樹。）