小白也能精通比特币（全网最牛）

小白也能精通比特币（全网最牛）

2008年，中本聪发布比特币白皮书，十三年已去，为什么我还要谈比特币和区块链？因为直至今天，即使是圈内人，也极少能说清楚什么是比特币、什么是区块链。政治局早将区块链技术列为核心技术，作为国家战略，为何又强势禁止数字货币交易和挖矿？数字货币和区块链的关系是什么？区块链如何与和我们的生活产生关联？明白这些问题，才算真正入门了区块链。

当前Defi、链游、NFT等区块链应用如星火燎原，只有清楚区块链底层技术，才能让我们在市场上更加清醒，从而不被热点带偏。

而我们去了解区块链技术时，虽然发现网上已经有极多科普比特币的文章，但在学习的时候就会发现，每一篇文章都有不同的缺点。要么过于肤浅，常运用不恰当的类比以解释区块链的某一面，从而让读者形成误解，要么作者将自己对区块链的盲目积极偏见带入文章，得出不客观的结论。

而优质信息散落在各类论文、著作、博客、社区中，需要花大量时间阅读和辨析。因此，即使距区块链白皮书已13年，本文将依然完胜各类科普，既能深入技术细节，又能用小白能懂的语言，让你只需要看这一篇文章，就能不带偏见地明白什么是区块链技术。

1. 加密狂魔之梦 crypto-punks’ fantacy

在加密社区，成员们一直有个梦想，就是开发一种电子现金（你可以把它想象为存储在电脑里的硬币），它不需要银行等中心化机构，就能完成支付。这种电子现金，致力于解决两个问题：

• 降低手续费。现代银行支付体系，每笔交易大概有千分之6～百分之1的交易成本，在美国，每年支付成本约占GDP 1%。普通人如果没开过店，可能对交易成本无感，可以参阅我的这篇文章。先举个简单的例子，你在餐厅吃饭，微信支付500元，最后商家收到的实际是498元，那2块钱由银行、微信等瓜分。
• 匿名。社区成员们，都不喜欢交易被银行等商业机构掌握，一直试图让交易匿名化。
• 降低中心化风险。中心化机构比如银行，一旦出现信息泄漏、或者主观封锁某个用户，就意味着用户难以避免的巨大损失。

对理想的去中心化电子现金，社区成员做了几十年的尝试，都失败了。至于失败的原因，说出来我们圈外小白也很容易理解 - 对于一枚电子现金，如果没有中心化机构维持它的一份完整交易记录的话，它就会有：

• 双花(double spend)问题。这样电子货币就和电脑上其他文件一样，可以被复制粘贴。如果没有一个中心机构保存交易记录，让交易方去查询的话，持有者就可以通过复制粘贴，重复交易一个货币，因为对手方也无从验证这个币的交易记录
• 鉴权问题。如果要维持匿名性，那么如何在不知道你是谁的情况下，知道一个电子货币是你支付的，而不是其他人支付的。这也被称为拜占庭将军问题：指挥官联合处于拜占庭各地的将军，对目的地发起进攻，此时，指挥官如何确定信使传来的信息，是各个将军的真实意图？如果收到假信息瞎进攻了，就会失败。

对于双花问题，从来没有一篇文章清楚解释过它。如果你不设身处地，按照上面的思路去想象使用电子现金（能被复制粘贴）的场景，就无法理解它。因为我们使用的银行账户、或者实体纸币，都没有双花问题。现在，一个去中心化的电子货币，面临的核心难点，大家已经明白了。

2. 中本聪的世纪创举

可以猜到，成功解决上述电子现金问题的第一个方案，就是比特币，其白皮书的标题就是“比特币：一种点对点的电子现金系统”。而要了解比特币的解决方案，就绕不开哈希函数(hash function)。不要害怕，你不用学习数学原理，而是对哈希的特性有感性认知就足够了。

2.1 哈希的力量

简单而言，哈希函数就是这样的一种函数：它可以将几乎任意长度的信息输入，转换成独特的、固定长度的 信息输出。比如，比特币使用的SHA256哈希函数，可以将任意信息，转换成256位的二进制输出(显示在屏幕上是64个字符）。如下图所示：

那么这玩意儿有什么用呢？这就要结合它的特性来谈了。

2.2 独特的哈希世界

哈希函数的第一个特性就是非常敏感。比如，我把输入从holden改成Holden，一个大小写的改变，输出就完全不一样了：

在比特币的世界，历史发生的所有交易记录，都会让哈希函数给“哈一下”，输出一个哈希结果，所有人都保存下来。如果有恶意用户稍微更改了历史记录，比如抹掉他过去的某一笔交易，试图忽悠大家取信它改过的记录，大家把交易哈希一经对比，就会发现明显不同 - 这就是哈希敏感的好处。

比特币网络通过把所有历史交易记录都给哈一下，让大家都存一份，每个人都以最新的哈希结果为准 - 这是解决双花问题的秘诀。我收到一枚比特币交易的时候，拿全网共同保存的历史交易记录一比对，就知道对方有没有欺诈了。

这时大家会有2个疑问：

• 会不会存在H(x) = H(y)，即两个不同的输入，哈出来相同的输出，就是说一个哈希结果会不会对应不同的交易记录？答案是，从概率上讲不可能。这就保证了哈希函数的安全性。
• 怎么样确保大家保存的是同一份哈希交易记录，到底以谁的为准

第二个疑问，就是去中心化网络里，参与方之间的信任问题，这是比特币网络解决的另一个重要问题。

2.3 内卷的哈希世界

解决信任问题的方法，我们常把它称为共识机制。比特币的共识机制，也和哈希有关，叫工作量证明(proof-of-work)。什么是工作量证明？简而言之，比特币网络里，干最多活的人所输出的哈希记录，会被大家采纳 - 即一个人以工作量来则证明自己。为什么大家会认可这样的内卷共识机制呢？

这就要了解工作量证明的形成。根据比特币网络的设定，每隔大概10分钟，所有人会解完一道哈希算术题，最先找到答案的，就能获得记账权，所有人都以它输出的交易哈希记账。

这个算术题很难，且只有1种解题方法 - 瞎猜。可以想象，这需要巨大的工作量，因此叫工作量证明。此外，谁家计算机的算力好，谁就猜得更快。算术题是这样的：

H(所有历史交易记录 + N) = A，求N是多少。我们只能从0开始，用每个数去替代N，以求得A。而无法根据A，用某种方法去倒推N等于多少，这是哈希函数的另一个特性，即H(x)=y，已知y，基本不能求得x；但已知x，很快就求得y。

最先解出N是多少的人，将把答案发送给所有人，大家把N代入H(所有历史交易记录 + N)，马上就能验证是不是等于A。验证成功了，就以采信它的答案。然后开始解下一道题，如此循环。

比特币把每次解题过程中产生的新交易哈希，以及其他一些信息（如历史交易哈希、时间、N的解等），保存为1个数据块，我们把它叫做区块(Block)。随着时间推移，这样的区块连接起来，就形成了区块链(blockchain)。

我们可以用比特币的共识机制，去理解区块链这个名字的起源。但区块链技术，并不能理解为数据块连接起来的技术。这个等我们看完全文就懂了。

所以，工作量证明就是通过不断解哈希算术题，率先获得结果的人，将历史交易记录等信息，不断地用哈希函数串联起来的过程。

2.4 安全的哈希世界

在比特币网络，大家通过解题的方式，取得其他人的认可，获得记账权，最后大家都以解题人的账本为准。解题人，就是我们常听见的矿工(miner)或者节点(node)。新的比特币会随解题结果而产生，作为矿工的解题奖励。如此循环往复的工作量证明，让所有交易形成一条区块链，这条链随时间推移、也随着工作量证明的积累越来越长，大家都以那条最长链上的交易记录为准 - 这个机制，是比特币网络非常安全的根本所在，也是理解双花问题解决方法的关键。

下面是一个简化的区块链表示。可以看到，每个区块都包含前面区块的哈希结果，工作量证明（解题结果N）被层层叠加到当前最长的区块链里。

那么怎么理解一条层层叠加的数据链，是无比安全的呢？假设心怀不轨的隔壁老王欲图将一枚比特币重复支付，他也知道节点们解题时就会发现这枚比特币已经用过了，因此隔壁老王必须想办法修改历史交易记录，比如删除这枚比特币的历史交易、或者虚增自己账户下的比特币数量，从而躲过节点的验证。要做到这些且让所有人同意，隔壁老王就得：

• 更改历史交易记录后，重做更改的区块后面的所有工作量证明，把更改后的每一个N重新解出来。
  • 为什么要这样重新解所有题？请记住，H(所有历史交易记录 + N) = A。因为改了以前的交易记录，所以N的解就不一样了。而每一个区块都包含之前的交易记录，所以后面每一个区块的N都不一样了。
• 重做工作量证明后，老王的解题速度必须超过当前的所有节点，争取记账权，从而把它上面生成的新链变成最长的链，为所有节点所接受

因此，隔壁老王必须拥有超越所有诚实节点总和的强大算力，才有可能使用比特币进行欺诈交易，显然这是很难的。

而且，如果你拥有强大算力，你会选择做一个诚实节点，去解题争取记账权，从而获得比特币奖励。因为你的欺诈一旦被发现，大家将弃用比特币网络，导致比特币一文不值，让你的欺诈行为和能力变得毫无意义。这也从博弈论角度，保障了网络安全。

因此，所有人通过工作量证明的共识机制，认可最长的包含所有交易记录的区块链，来避免双花问题和网络的安全稳定，这是中本聪比特币方案的最大贡献。

2.5 隐匿的哈希世界

到这里，双花问题的解决方案说清楚了，这是比特币最核心的创意。而我们开头说到，电子现金还面临拜占庭将军问题 - 如何在不知道你是谁的情况下，确保一笔交易是你授权支付的，或者证明收款人确实是你本人。

这个问题的解决方案，是密码学的电子签名(digital signature)技术，这是早就存在的方法，并非比特币的创举。

首先，区块链网络会给你生成专属的一个叫私钥(private key)的东西，它相当于你的支付密码。然后，利用一些神奇算法(比如比特币的ECDSA)，将私钥转换成公钥(public key)，并将公钥广播给所有节点，节点就能拿着你的公钥，来验证一笔交易是不是由你的支付密码（私钥）授权的。

此后，每次用比特币转账时，我就用私钥对交易进行签名（相当于输入交易密码），矿工们拿着我的公钥，就能够验证签名真实性，从而完成了鉴权的步骤。

神奇算法的神奇之处在于，根据私钥生成公钥很容易，但几乎无法根据公钥倒推出私钥，这相当于保证了私钥的安全性，没有人能伪造我的支付密码。

3. 所以什么是区块链

看到这里，你对比特币的了解已经超过了世界99%的人。比特币网络就是一种分布式数据库技术，分布在各处的矿工，保存一份所有比特币的完整交易记录。

这份交易记录，由一个个小区块组成，每个区块都包含之前区块的哈希。而人们通过工作量证明算法，确定以谁的交易记录为准，每一次的工作量证明和历史交易一起保存在区块中，如此不断叠加。因为修改历史交易记录，意味着重做工作量证明，因此这个交易记录，是难以篡改的。

通过新增的比特币和交易手续费，矿工获得工作量证明的解题奖励，有了持续维护比特币网络的动力。

3.1只增查，不删改

区别于可以增删改查的传统数据库，以比特币为代表的区块链数据库，所有的数据记录将只能增加，不能删改。这种数据库的优点是，对数据库每条记录提供了终态。这在金融领域、司法领域，有显而易见的用途。比如，银行间通过共同维护一个交易数据库，将大大减少清结算 和争议处理的成本。

3.2 共识机制

区块链是一个由多节点维护的数据库，因此需要基于某种共识机制，来确定什么时候一条记录就能写入数据库，比如比特币的工作量证明机制。如果是银行间组成一个自己的区块链网络，显然不需要工作量证明，但也需要共识机制，比如多数服从少数，来确定当产生分歧时，把什么记录写入数据库。

所以用最简单的话说，区块链技术就是一种基于某种共识机制的、只增查不删改的分布式数据库技术。

4. 所以什么是数字货币

等等，这么讲，比特币网络作为一种区块链技术，好像和比特币本身没什么关系？

确实是这样。一个区块链网络，数字货币是可有可无的。

4.1 区块链网络为什么要发币

大家想一下，区块链作为一种由多方共同维护的数据库，其核心是什么呢？

核心是3个字：有人用。用学界的话说，就是要考虑网络效应(networking effect)。

比特币如果没人用，它就没有任何价值，即使它的区块链技术看起来很酷炫。

这就像一个初创公司，即使是由大牛创立，某个领域处于前沿，如果后面没有更多员工加入，这个公司肯定做不大。

那么早期没钱的初创公司怎么吸引优秀员工呢？那就是股票。虽然面临创业公司破产的大风险，早期员工通过持有股票期权，如果公司茁壮成长，则能获得大笔收入。

数字货币就是区块链网络的股票，是一种激励机制。当某个区块链网络被大规模接受后，早期就持有该网络数字货币的人，就会有大额收益，相信大家想想早期持有比特币的人就能明白这个道理。

国际贸易领域已经有成熟的区块链运用，这些行业内的区块链网络，都是没有数字货币流通的，因为显然没有必要。

4.2 国家为什么禁止数币交易

整个区块链行业仍处于早期。购买数字货币，和购买二级市场大公司的股票不同，相当于是做天使投资人。买股票已经是高风险投资了，天使投资更是一个低胜率的游戏。

因此，在某些国家，比如二级市场交易还有涨跌停限制的中国，数字货币交易是不允许居民参与的，这是保护大众的举措。

现在，你已经理解了区块链技术、数字货币和挖矿。但相信大家还有很多疑问，比如区块链和我有什么关系，什么是元宇宙，什么是以太坊，什么是NFT，数字人民币和区块链技术有什么关系。我会在后面的文章，分享对这些问题的看法。