区块链起源及比特币概述（上）

1.区块链是什么？

我们先来搞清楚鸡和蛋的问题，其实在比特币出现以前，并没有一个叫区块链的名词，区块链这个词是后来者通过观察比特币和山寨币的的运行机制，给所有数字货币提炼出来的概念。这样，比特币反而成了区块链中的一种数字货币，也就成了最早使用区块链技术的数字货币。

2008年11月，化名为“中本聪”的神秘人在P2P论坛中发表了一篇论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》，这就是被信仰者称为数字货币圣经的比特币白皮书。比特币也就成了区块链技术中的第一个数字货币。所以，要了解区块链，我们就要先对比特币有个基本的认识，我们就从比特币的起源说起。

2.比特币的起源

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2008年由于美元过度扩张，引发金融危机，人们的财富缩水，更加引发了极客们对现行金融系统的不满。

2008年11月，中本聪在论坛发布了《比特币：一种点对点的电子现金系统》。

2009年1月，比特币网络上线，第一版开源客户端发布，中本聪在芬兰赫尔辛基一个服务器上挖出了比特币第一个区块，并得到50个比特币奖励。中本聪将当天《泰晤士报》的头版标题“The Times 03/Jan/2009，Chancellor on brink of second bailout for banks”（翻译：《泰晤士报》，2009年1月3日，财政大臣正站在第二轮救助银行业的边缘），写在了创世块中，表达了对现行金融系统的讽刺。

3.比特币的发展

3.1比特币第一笔转账。

中本聪在测试转账系统时，把10个比特币赠送给了再利用工作验证（reusable-proof-of-work）的发明者哈尔·芬尼。【区块高度170 】

3.2最早的价格纪录

2009年10月，一个比特币早期论坛创始人，转给一个试图计算比特币价值的人5050个比特币，这个人也按照自己的计算方法支付给论坛创始人5.02美元。这是比特币最早的价格纪录。

3.3第一笔实物买卖

2010年5月22日，一位美国程序员拉斯洛在一个比特币论坛上发帖说，希望能用10000个比特币交换2个价值25美金的披萨饼。一个名叫杰里米·斯特迪文特的英国人与拉斯洛达成了交易，这是比特币第一次有了公允价格。人们为了纪念这次交易，把每年的5月22日称为“比特币披萨日”，而这两个披萨饼，也成为了史上最贵的披萨。

3.4比特币系统的漏洞

2010年8月，比特币协议发现一个严重漏洞，比特币交易在录入区块链之前，不需经过POW认证。不久，这个协议缺陷被修正。这也是比特币迄今为止唯一被发现的重大缺陷。

3.5现在的价格情况

2017年12月17日，比特币达到历史巅峰20089美元。最高涨幅800万倍，以2018年9月价格6500美元计算，涨幅260万倍。

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比特币全网算力曲线图

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比特币价格历史曲线图

4.比特币是什么？

比特币系统形式上是一个软件，每个人都可以下载运行，这个软件可以生成比特币地址，有收发比特币的功能，每个运行比特币软件的计算机都是比特币网络中的一个节点。理论上每个下载了全节点的计算机，都可以用软件进行比特币挖矿。比特币挖矿需要拥有计算能力， 由于现在比特币网络的总算力惊人(51.35EH/S)，可以说单台机器能挖到的概率为零。

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由于比特币系统设计之初就是针对现行金融系统的弊端。所以，比特币系统实质上是在网络世界中创造了一套理想的电子货币系统，比特币就是这个系统发行的，用来实现货币价值传递的数字货币。

5.比特币有什么特性？

5.1去中心化

我们在传统的金融系统中进行转账交易，必须有一个中心化的话中介机构作为信用担保，比如有国家背书的银行，有阿里背书的支付宝。而比特币首次在网络上，完美实现了不需要任何中介机构做信用担保，去中心化的点对点转账交易。这很像我们现实世界中的现金交易场景，就是两点之间直接传递价值，不需要任何中心化中介，是去中心化的。

5.2全球化

比特币的转账交易，就像发送电子邮件一样简单，低成本，无任何限制。比特币因此被用于跨境贸易、支付、汇款等领域。记住，这是在没有中介的情况下发生的，没有银行，没有汇兑，没有限额，没有任何中间商赚差价。

5.3交易记录透明，交易人匿名

比特币系统中的每一笔交易，都可以在比特币交易浏览器中查询到，包括双方的交易地址，但是地址对应的交易人是匿名的。

5.4自下而上的发行方式，总量恒定

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比特币系统用代码来实现货币的发行，总量2100万枚，最初矿工每挖出一个块奖励50个比特币，每四年衰减，目前每个奖励12.5个比特币） 2140年，最后一枚比特币将被挖完，总量锁定在2100万。

5.5可分性

1 BTC = 10^8聪（satoshi）

传统货币和贵金属货币都有分割成本，但比特币可以无限分割，而且毫无成本。当比特币因为升值无法满足低价值商品交易时，可以通过拆分比特币进行，但是小额交易还有交易费用的问题，所以，现在比特币还有很多需要解决的问题。

6.比特币系统是怎么运行的？

从系统运行来看，比特币是一个运行在互联网上的去中心化记账系统。

6.1中心化的记账系统（银行）

账户内容是记录在银行的中心数据库表里：

当张三想要通过账号转账50元给王五时：

银行会先确认你的身份，通过后，银行执行你发出的转账命令，增加一条转账记录。

同时修改银行数据库中张三和王五余额，如下图所示：

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6.2去中心化的记账系统（比特币）

每一个运行比特币软件的计算机被称为一个节点（node）。大量节点互相连接，形成一张像蜘蛛网一样的P2P（点对点）网络。简单的用四步表示比特币的交易流程。

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第一步，当张三从软件里发送50个比特币给王五，软件检查这笔交易后，会广播到全网矿工节点。

第二步，收到广播的矿工会检查张三的签名和未花费的比特币余额是否足够。

第三步，通过后，矿工会把交易暂时放在一个交易池中，按照所有交易者提供的手续费和矿工收到交易信息的时间排列。同时，矿工设备在不停的运算系统给出的计算题。如果哪个矿工首先解出正确答案，它就取得了一次记账权，矿工会把交易池中收到的交易信息打包到一个数据区块中，然后和上个一区块相连接，这个过程就是记账。张三转给王五的这条交易信息就包含在这个区块中，双方账户的可花费余额也发生了变化。王五的余额增加50个比特币，张三的余额减少50个比特币。

第四步，矿工节点会把拿到记账权并打包区块的信息广播到全网，其他节点收到信息后，通过验证后，会更新自己的账本，同时，停止解题，继续下一轮的计算竞争。

这四步是一个简化的流程，为了方便理解和实际情况略有差异。

我们可以看到，交易记账全网节点同步后，任何人都难以篡改。在不通过中心化机构的情况下，比特币网络给双方提供了可以信任的交易方式，从而完成了价值在网络的点对点传输。

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上图，是一张比特币账本的示意图，记录比特币交易数据的电子帐页叫区块（block），把帐页按时间顺序像链条一样连起来就成了区块链（blockchain），每一个运行比特币电子现金客户端软件（全数据）的设备，都会有一本这样的账本，账本记载了从比特币网络上线以来的全部区块，它们共同在同步维护这样一本账本。

7.比特币的发行方案

7.1比特币的总量

比特币总量设计2100万枚，别问为什么是2100万，我也不知道。有兴趣可以看一下这个帖子（https://www.8btc.com/article/25065）。这2100万比特币不是一次性释放出来，是通过奖励比特币网络系统中记账矿工的形式，逐步释放流通量。

7.2什么是矿工、挖矿、矿场。

在比特币网络中，争夺记账权的节点设备，称为“矿工”，矿工争夺记账权的过程就叫做“挖矿”，把这些节点设备集中起来一起挖矿的地方就是“矿场”。

7.3矿工为什么要争夺记账权。

为了拿到比特币系统给的奖励。比特币程序代码规定，平均每10分钟对全网的交易信息记一次账，也就是生产一个新的区块（block），系统会奖励比特币给争夺到记账权的矿工，最初每一次记账打包区块，奖励金额是50个比特币，每增加21万个区块（大约四年），奖励给记账矿工的比特币减少一半，直到2140年，2100万枚比特币发行完毕，在2012年和2016年区块高度在21万和42万块时，已经进行两次奖励减半，目前的每个区块的奖励是12.5个比特币，到2020年将迎来第三次减半，届时奖励为6.25个比特币。

这些规则都已经写进了程序里，运行在了每一个使用比特币软件的人电脑里，在不能达成95%共识的情况下，任何人无权修改。

哪个矿工能取得记账权，就可以把一定时间内收集到的交易信息打包到新的区块，并且获得相应的奖励。

7.4矿工是怎么争夺记账权的。

比特币网络中这么多矿工节点，怎么决定谁来记账呢？

只有答对问题的节点才有记账的权利。所有想记账拿奖励的节点需要同时解一个题，谁先解出答案，谁就能把最近收集到的交易内容写入区块放到区块链上，并且广播给其他节点。其他收到广播的节点验证你的答案正确后会停止解题，并且把自己的区块链同步更新，然后继续解答下一题。

每增加2016个区块（大约二周），根据解题的快慢，调整一次题的难度，以保证平均解题时间稳定在10分钟（也就是平均10分钟增加一个区块）。

现在比特币系统给出的解题难度是碰撞出一个前18位是0的64位数字（0000000..........）。节点验证完一个收到的广播交易数据后，会放在一个待打包的池子里，把它们生成一个准备放到链上的区块，比如这个区块的内容是“张三给了李四5个比特币”。在这个内容的后面加上一个不断变化的数字，用一种SHA256的算法对它进行哈希运算（SHA256(张三给了李四5个比特币+100101)），将运算结果和当前的难度值（前18位是0的64位数字）比较，如果小于难度值，则解题成功。

这到底有多难呢？当前比特币的算力是5279.13P/秒，相当于每秒运算多少次？每秒哈希碰撞次数=1000的5次方*5279.13，按这种运算速度，平均10分钟解出一个题。

8.结束

比特币的诞生与发展无疑都是一场伟大的社会实验，从2009年1月以来，比特币的走势跌宕起伏，经历了九死一生，不但自身逐渐强大，而且衍生出了无数个数字货币品种。中本聪在白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》中，没有提及区块链（blockchain），只是在描述数据结构时，用了block，chain这些词。后来，人们在提炼比特币等数字货币底层实现技术时，把抽象出的技术体系，用block和chain来表示，创造出了blockchain这个词，可以说，是比特币的底层设计思想，衍生出了区块链blockchain这个概念。

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