最近这段时间，虚拟货币频频冲上热搜，比特币、以太坊、狗狗币各种技术名词层出不穷，搞得大家眼花缭乱的。
而且虚拟机货币大涨大跌的事情频频出现，不过讲真这东西我没有碰，因为秉持着「看不懂的东西，绝不碰」。否则自己就是一个赌徒，再加上搞这种，每天肯定会花大量时间来看盘，极大消耗的精力。正所谓内行看门道，外行看热闹，咱们也不能光吃瓜看热闹，也得看看里面的门道。身为技术人，我也对比特币这个玩意到底是什么感到好奇，是由什么技术支撑的呢？我在「阮一峰」的博客那，发现他之前写这篇很通熟易懂，是一个能了解比特币来龙去脉的机会，特此分享给大家。
比特币的开始
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：让我们创造一种不受政府或其他任何人控制的货币！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？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。事实就是比特币已经并将继续改变世界。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
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：一把公钥和一把私钥。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。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：非对称加密保证了支付的可靠性。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，就是一个比较短的、易于传播的哈希值。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。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：地址 A 向地址 B 支付10个比特币。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
四、交易确认与区块链
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），本文只讨论交易如何写入区块链。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哈希。矿工之间也在竞争，谁先算出哈希，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。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
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，由于比特币可以分割到小数点后八位，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。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。
参考链接
How Bitcoin works , by Timothy B. Lee
Bitcoins the hard way: Using the raw Bitcoin protocol, by Ken Shirriff
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