比特币（bitcoin）誕生于2008年的一篇論文。

一個署名為中本聰的人，提出了革命性的構想：讓我們創造一種不受政府或其他任何人控制的貨币！這個想法堪稱瘋狂：一串數字，背後沒有任何資産支持，也沒有任何人負責，你把它當作錢付給對方，怎麼會有人願意接受？

但是，狂想居然變成了現實。随後的幾年，在全世界無數愛好者的支持下，比特币網絡運行起來了，越來越多的人和資本參與，星星之火，終成燎原。剛剛過去的2017年，比特币迎來了爆發式的增長，從年初的1000美元，最高漲到了2萬美元，全世界都為之震動，上到政府，下到普通百姓都在關注。事實就是比特币已經并将繼續改變世界。

新聞媒體往往隻關注它的火爆表現，忽視或者無法回答一些基本的問題。

比特币的原理是什麼？

為什麼這個無人管理的體系可以成功運作？

比特币交易的流程是怎麼回事？

它與區塊鍊又是什麼關系？

下面，我嘗試回答這些問題，希望幫助大家理解比特币。抛開技術細節，還是很容易解釋的。

有一點說明，本文隻讨論技術問題，不涉及如何投資比特币，更不會預測價格走勢。事實上，我也不知道，如果我知道怎麼發财，可能就不會在這裡寫博客了。

一、非對稱加密

首先，理解比特币，必須理解非對稱加密。

你可能聽說過這個詞，所謂非對稱加密，其實很簡單，就是加密和解密需要兩把鑰匙：一把公鑰和一把私鑰。

公鑰是公開的，任何人都可以獲取。私鑰是保密的，隻有擁有者才能使用。他人使用你的公鑰加密信息，然後發送給你，你用私鑰解密，取出信息。反過來，你也可以用私鑰加密信息，别人用你的公鑰解開，從而證明這個信息确實是你發出的，且未被篡改，這叫做數字簽名。

現在請設想，如果公鑰加密的不是普通的信息，而是加密了一筆錢，發送給你，這會怎樣？

首先，你能解開加密包，取出裡面的錢，因為私鑰在你手裡。其次，别人偷不走這筆錢，因為他們沒有你的私鑰。因此，支付可以成功。

這就是比特币（以及其他數字貨币）的原理：非對稱加密保證了支付的可靠性。

由于支付的錢必須通過私鑰取出，所以你是誰并不重要，重要的是誰擁有私鑰。隻有擁有了私鑰，才能取出支付給你的錢。（事實上，真實的交易流程稍有不同，私鑰保證的不是取出支付給你的錢，而是保證隻有你能把這些屬于你的錢支付出去，詳見後文。）

二、比特币錢包

對于比特币來說，錢不是支付給個人的，而是支付給某一把私鑰。這就是交易匿名性的根本原因，因為沒有人知道，那些私鑰背後的主人是誰。

所以，比特币交易的第一件事，就是你必須擁有自己的公鑰和私鑰。

你去網上那些比特币交易所開戶，它們會讓你首先生成一個比特币錢包（wallet）。這個錢包不是用來存放比特币，而是存放你的公鑰和私鑰。軟件會幫你生成這兩把鑰匙，然後放在錢包裡面。

根據協議，公鑰的長度是512位。這個長度不太方便傳播，因此協議又規定，要為公鑰生成一個160位的指紋。所謂指紋，就是一個比較短的、易于傳播的哈希值。160位是二進制，寫成十六進制，大約是26到35個字符，比如 1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2。這個字符串就叫做錢包的地址，它是唯一的，即每個錢包的地址肯定都是不一樣的。

你向别人收錢時，隻要告訴對方你的錢包地址即可，對方向這個地址付款。由于你是這個地址的擁有者，所以你會收到這筆錢。

由于你是否擁有某個錢包地址，是由私鑰證明的（具體的證明方法稍後介紹），所以一定要保護好私鑰。這是極其重要的，如果你的私鑰被偷了，你的比特币也就等于沒了，因為他人可以冒用你的身份了，把錢包裡面的錢都轉走。

同樣的，你向他人支付比特币，千萬不能寫錯他人的錢包地址，否則你的比特币就支付到了另一個不同的人了。

三、交易過程

下面，我把整個流程串起來，看看比特币如何完成一筆交易。

一筆交易就是一個地址的比特币，轉移到另一個地址。由于比特币的交易記錄全部都是公開的，哪個地址擁有多少比特币，都是可以查到的。因此，支付方是否擁有足夠的比特币，完成這筆交易，這是可以輕易驗證的。

問題出在怎麼防止其他人，冒用你的名義申報交易。舉例來說，有人申報了一筆交易：地址 A 向地址 B 支付10個比特币。我怎麼知道這個申報是真的，申報人就是地址 A 的主人？

比特币協議規定，申報交易的時候，除了交易金額，轉出比特币的一方還必須提供以下數據。

上一筆交易的 Hash（你從哪裡得到這些比特币）

本次交易雙方的地址

支付方的公鑰

支付方的私鑰生成的數字簽名

驗證這筆交易是否屬實，需要三步。

第一步，找到上一筆交易，确認支付方的比特币來源。

第二步，算出支付方公鑰的指紋，确認與支付方的地址一緻，從而保證公鑰屬實。

第三步，使用公鑰去解開數字簽名，保證私鑰屬實。

經過上面三步，就可以認定這筆交易是真實的。

四、交易确認與區塊鍊

确認交易的真實性以後，交易還不算完成。交易數據必須寫入數據庫，才算成立，對方才能真正收到錢。

比特币使用的是一種特殊的數據庫，叫做區塊鍊（blockchain），詳細的介紹請看上篇文章。本文隻讨論交易如何寫入區塊鍊。

首先，所有的交易數據都會傳送到礦工那裡。礦工負責把這些交易寫入區塊鍊。

根據比特币協議，一個區塊的大小最大是 1MB，而一筆交易大概是500字節左右，因此一個區塊最多可以包含2000多筆交易。礦工負責把這2000多筆交易打包在一起，組成一個區塊，然後計算這個區塊的 Hash。

計算 Hash 的過程叫做采礦，這需要大量的計算。礦工之間也在競争，誰先算出 Hash，誰就能第一個添加新區塊進入區塊鍊，從而享受這個區塊的全部收益，而其他礦工将一無所獲。

一筆交易一旦寫入了區塊鍊，就無法反悔了。這裡需要建立一個觀念：比特币不存放在錢包或其他别的地方，而是隻存在于區塊鍊上面。區塊鍊記載了你參與的每一筆交易，你得到過多少比特币，你又支付了多少比特币，因此可以算出來你擁有多少資産。

五、礦工的收益

交易的确認離不開礦工。為什麼有人願意做礦工呢？

比特币協議規定，挖到新區塊的礦工将獲得獎勵，一開始（2008年）是50個比特币，然後每4年減半，目前（2018年）是12.5個比特币。這也是比特币的供給增加機制，流通中新增的比特币都是這樣誕生的。

你可能看出來了，每4年獎勵減半，那麼到了2140年，礦工将得不到任何獎勵，比特币的數量也将停止增加。這時，礦工的收益就完全依靠交易手續費了。

所謂交易手續費，就是礦工可以從每筆交易抽成，具體的金額由支付方自願決定。你完全可以一毛不拔，一分錢也不給礦工，但是那樣的話，你的交易就會沒人處理，遲遲無法寫入區塊鍊，得到确認。礦工們總是優先處理手續費最高的交易。

目前由于交易數量猛增，手續費已經水漲船高，一個區塊2000多筆交易的手續費總額可以達到3～10個比特币。如果你的手續費給低了，很可能過了一個星期，交易還沒确認。

一個區塊的獎勵金12.5個比特币，再加上手續費，收益是相當可觀的。按照目前的價格，可以達到100萬～200萬人民币。想想看，運氣好的話，幾分鐘就能挖到一個區塊，拿到這樣一大筆錢，怪不得人們對挖礦趨之若鹜。

六、區塊的擴容

上篇文章說過，比特币協議規定，平均10分鐘誕生一個區塊。區塊的大小隻有 1MB，最多隻能包含2000多筆交易。也就是說，比特币網絡每10分鐘，最多隻能處理2000多筆交易，換算一下，就是處理速度為3～5筆/秒。

全世界的比特币交易這麼多，可是區塊鍊每秒最多隻能處理5筆，這已經成為制約比特币發展的一個瓶頸。

很早就有人呼籲，改革比特币協議，提升處理速度。這件事在2017年8月有了一點眉目，當時區塊鍊發生了一次分叉，誕生了一個新協議，稱為 Bitcoin Cash（簡稱 BCH）。這種新貨币其他方面都與比特币一緻，就是每個區塊的大小從 1MB 增加到了 8MB，因此處理速度提升了8倍，手續費也低得多。該協議是對原有區塊鍊的分叉，因此當時持有比特币的人，等于一人獲贈了一份同樣數量的 BCH。

BCH 等于創造了一種新貨币，還有人提議，原始比特币的區塊大小提升到 2MB，這稱為 SegWit2x 。這個建議原定于2017年11月實施，但是最後一刻由于缺乏共識，就被取消了，目前還在讨論中。

七、點對點網絡

比特币是一個全世界的開放網絡，隻要你有服務器，就能加入這個網絡，成為一個節點。每個節點都包含了整個區塊鍊（目前大概 100多 GB），并且節點之間時刻不停地在同步信息。

當你發生了一筆支付，你所在的節點就會把這筆交易告訴另一個節點，直至傳遍整個網絡。礦工從網上收集各種新發生的交易，将它們打包寫入區塊鍊。一旦寫入成功， 礦工所在節點的區塊鍊，就成為最新版本，其他節點都會來複制新增的區塊，保證全網的區塊鍊都是一緻的。

最後，你所在的節點也拿到了最新的區塊鍊，從而得知你早先的那筆交易，已經寫在裡面了，至此交易确認成功。

八、還有一個問題

寫到這裡，我就介紹完了比特币的基本知識，希望你已經明白了比特币是怎麼回事。但是還有一個根本的問題，我沒有回答：比特币的本質到底是什麼？

說到底，比特币隻是區塊鍊的一條記錄，是憑空生成的，為什麼可以當錢用？

舉例來說，礦工獲得12.5個比特币的獎勵，其實就是區塊鍊有一個記錄："xxx地址獲得12.5個比特币"。正是這行記錄，導緻該礦工獲得了大筆金錢。如果區塊鍊突然增加了一條記錄，記載你的地址獲得了1000個比特币，你就真的會有1000個比特币。這到底是為什麼？

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