第一節 走進區塊鏈

一、人類貨幣的發展史和比特幣的由來

《易經·系辭下》中提到“日中為市，致天下之民，聚天下之貨，交易而退，各得其所”，《詩經》中的《氓》中提到“氓之蚩蚩，抱布貿絲”，這些都反映了古人物物交換繁華的商業場面。中國是世界上最早使用貨幣的國家之一。貨幣是商品交換的產物，社會大分工促進了商品生產和商品交換的發展，商品交換的發展促進了古代貨幣的產生。

原始社會末期通用的是實物貨幣。游牧民族擅長捕獵，通常在市場中以牲畜、獸皮等作為交換物；農業民族擅長種植，通常用谷物、布帛、農具、貝殼、珠玉等作為交換物。然而，隨著交換歷史的演變，因牲畜具有無法分割的特點，谷物具有無法長期保存的特點，珠玉具有數量極其稀少和不易攜帶的特點，農具具有非常笨重的特點等，而貝殼具備了便于計數、能夠長期保存、較為普遍等特點，因此逐漸取代了其他交換物品，成為實物貨幣的主要流行類別。人類歷史發展到了夏、商、周時期，天然貝成為流通最廣的實物貨幣，一直被沿用到春秋時期。這些交換物稱為一般等價物，人們相信它們的稀有性的特點，一般等價物本身的價值等于被交換的物品的價值。一般等價物在商品交換中有著兩種基本的作用：一是反映和衡量其他一切商品的價值，發揮著價值尺度的作用；二是通過它來實現各種商品的交換，發揮著交易中介的作用。它的出現推動了商品交換的發展，促進了以交換為目的的商品生產的出現和發展。

隨著人類生活或者活動的日益頻繁，在商品生產和商品交換的發展過程中，充當一般等價物的商品終于逐漸固定在某些特定的商品上。這種穩定的一般等價物就是貨幣。貴金屬金、銀，由于具有性狀穩定、不易變質、便于攜帶、易于分割和計算、稀缺、體積小、價值大、便于攜帶等自然屬性，終于成為世界各國普遍采用的貨幣商品。金、銀成為穩定的一般等價物即貨幣，金屬貨幣也成了人類整個封建時代沿用時間最久的貨幣。

隨著人類生活進一步的發展，金、銀之類的貴金屬貨幣也逐漸暴露了本身太過笨重、不易攜帶等缺點。隨著經濟規模不斷擴大，金屬交易展現出了一些疲態，尤其是異地購買貴重商品時，經常需要舟車勞頓大費周章運送金、銀，交易過程中被盜搶的風險非常巨大，人們開始思考用什么方式取代金、銀進行價值交換。于是，有這么一批人，開始私營錢幣兌換業務，并借此發展起了存款、放款和匯兌等業務，這就是中國古代錢莊和票號的起源，也是現代銀行業的始祖。由于錢莊財力雄厚，信用度相當高，因此錢莊發行的花票已經在一定程度上成了一種貨幣，拿著花票就可以到任意一間該錢莊的分號兌換金屬貨幣。然而花票的本質其實是一種借據，你拿得出等額的票，我隨時就得給你等額的金屬貨幣，這張票的面額就是錢莊欠你的金額。

那么紙幣是什么？紙幣本質上是一種借據，由于欠錢者信用良好，它的借據就能在市面上被普遍接受，進而流通。以人民幣為例，人民幣本質也是國家寫給人民的借據，以國家的財產作為抵押。現在我們見到的紙幣，制作成本非常低，最新版本的100元面值的人民幣成本為1元多人民幣，卻能夠換取價值100元，這是因為背后有國家信用在背書，讓人們相信這非常便宜的紙幣能夠換取100元的物品，能夠具備100元的購買力。

2008年9月，雷曼兄弟公司宣布倒閉，隨后，全球金融危機在美國爆發并以迅雷不及掩耳之勢席卷全球。為了應對危機，各國政府紛紛采取量化寬松的貨幣政策，救助本國金融機構于水火之中。量化寬松主要是指中央銀行在實行零利率或近似零利率政策后，通過購買國債等中長期債券增加基礎貨幣供給，向市場注入大量流動性資金的干預方式，以鼓勵開支和借貸，說簡單點，就是國家間接增印鈔票，增加流通量。量化寬松一度在美國引發了“占領華爾街”運動。中本聰洞察到，經濟危機中，美國政府之所以可以無限增發貨幣，就是因為在這個貨幣體系中，只有美國政府為首的金融機構對貨幣交易有記賬權，貨幣記賬權被壟斷了。

能不能有這樣的一套貨幣體系—不需要中心機構記賬，所有人都享有記賬權，貨幣不能超發，整個賬本公開透明？對于這個問題，中本聰進行了深入的思考，直到2008年10月底，中本聰發出了闡述他數字貨幣構想的電子郵件，在郵件中，他闡述了初衷：“A purely peer-to-peer version of electronic cash would allow online payments to be sent directly from one party to another without the burdens of going through a financial institution.”（一個徹底實現點對點的電子貨幣系統，完全無須依賴金融機構，貨幣可以在網絡上從一方直接支付到另一方）[1]。緊接著，中本聰將大家的目光引向了描述比特幣構想的“白皮書（White Paper）”。其中概況了這樣一個新的貨幣體系—區別于中心化運作的傳統貨幣，比特幣不需要中心化的金融機構去為貨幣交易記賬，貨幣交易活動的所有參與者都享有記賬的權利，而且比特幣發行總量固定，不允許超發，所有交易賬本通過技術手段實現公開、透明、可追溯。同年11月，中本聰發布了比特幣代碼的初級版本，初步實現了一個在沒有中心化機構壟斷記賬權的前提下安全地進行比特幣的發行、記賬以及相關的激勵。這里所說的技術手段就是讀者們現在經常聽到的“區塊鏈（Block Chain）”。簡單而言，區塊鏈是比特幣的技術基礎，比特幣是區塊鏈技術的第一個應用實例。

2008年11月之后的兩個月時間里，中本聰對初級版本進行了優化和完善。2009年1月3日，中本聰在位于芬蘭赫爾辛基的一個小型服務器上創建、編譯、打包了第一份比特幣開源代碼，并于2009年1月3日當天黃昏，“挖”出了比特幣的第一個區塊—創世區塊（Genesis Block），并獲得了第一個礦工的獎勵—50個比特幣。在創世區塊中，中本聰留下這樣一句話—Chancellor on brink of second bailout for banks（財政大臣站在第二次救助銀行的邊緣），宣泄對舊的貨幣體系不滿的同時，宣告了一個自己主張的貨幣體系的誕生—2009年1月3日成為比特幣的創世日，比特幣從此誕生。

從這些技術達人的行業地位可以看出，這個密碼學郵件組的影響力是非常大的。

二、理解比特幣

通過前面所述，可以學習和理解到人類貨幣歷史經歷了從簡單的物物交換，到一般等價物交換，金屬貨幣、紙幣等實物貨幣一系列的演變。而現在實物貨幣又演化出了記賬貨幣，人們現在生活在一個以記賬貨幣為主流的時代。2009年3月，中本聰開始提出了去中心化的數字貨幣比特幣，比特幣是首個使用區塊鏈技術實現的數字貨幣，開啟了一個新的時代。其實區塊鏈不是全新的技術，只是理解它的意義，需要從比特幣開始。為了先讓大家對比特幣有個基本的理解，下面將給大家用簡單的方式介紹比特幣到底是什么。

中本聰在比特幣一篇論文的標題：《Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（比特幣：一種點對點的電子現金系統）中指出，比特幣本質上是一個電子現金系統。

剛剛開始接觸比特幣概念的讀者，單從字面上理解可能會以為比特幣是一種通貨或者一種硬幣（Coin），然而實際上用肉眼可以看到的實物比特幣并不存在，可以把比特幣理解成為電子現金系統（Electronic Cash System）以及比特幣電子現金系統產生的電子貨幣（Electronic Cash）。區別于可以見到的實物貨幣，比特幣是虛擬的電子貨幣。

如何一步一步的理解比特幣這樣一種虛擬的電子貨幣呢？

首先，比特幣是一種數字貨幣。

游戲玩家們可能會第一時間想到互聯網游戲里面的游戲幣。在游戲里面，通過使用游戲內置的游戲幣，玩家可以購買游戲道具。游戲幣并非真實的貨幣，卻可以在游戲內購買道具，因此很多游戲有自己內置的游戲幣。以當下非常流行的游戲“王者榮耀”為例，在游戲中，有一個重要的資源是“金幣”，用戶可以按“王者榮耀”游戲制定的一些規則收集到“金幣”，收集了一定“金幣”就可以在商城里購買自己想要的英雄。

和游戲幣一樣，比特幣也具有虛擬性的特點。比特幣在比特幣網絡里面以數據的形式存在，單位是BTC，1BTC=1個比特幣，雖然不是實物貨幣，但是比特幣也一樣可以進行交易。

其次，比特幣是一種現實世界也可以使用的數字貨幣。

與游戲幣所不同的一點是，游戲幣只能在游戲內部進行道具購買，游戲幣是不能超出游戲范圍進行現實交易的，而比特幣是可以在現實中去購買商品和服務的數字貨幣。到此為止，又擴充了一層“現實世界也可以交易”的含義，也就是說，比特幣是一種在現實世界也可以使用的數字貨幣。

最后，比特幣是去中心化的數字貨幣。

在理解比特幣的去中心化特性之前，先來回顧一下現實世界中，我們和實際通貨之間的關系，通過網上銀行等途徑，和銀行系統進行連接，然而作為銀行用戶的我們是看不到銀行系統的所有信息的，同時也無法看到其他銀行用戶的賬號信息。每個銀行用戶和銀行系統的關系如圖所示。相比之下，比特幣的網絡呈現不同的特點，在比特幣網絡中人與人之間的關系是沒有并且不需要類似于銀行的中心機構，人與人之間的關系如下圖右側所示。

在比特幣網絡里面，交易信息完全通過區塊鏈技術手段被記錄在區塊里面，而且所有人都可以瀏覽比特幣區塊上的交易記錄，所有人都可以拿到一樣的交易信息。也就是說，在比特幣世界里面，“哪個賬戶”向“哪個賬戶”轉賬了，是全部被公開出來的，“哪個賬戶”擁有多少比特幣也是被公開出來的。這聽起來有點恐怖，這里僅限于賬號本身。這里所說的賬戶是一串34位以內的長字符串[2]，簡單地看賬號的信息無法知道這個賬號是誰的。這個賬號，一般稱為“比特幣地址”，這串地址有時候也會以二維碼的形式出現。

通過上面的閱讀，相信讀者對比特幣有了一個概貌的認識，比特幣是一種點對點的數字現金系統，同時比特幣有時也特指比特幣電子現金系統下產生的去中心化的、在線世界中可交易的虛擬貨幣。比特幣網絡通過區塊鏈技術，實現了比特幣網絡的去中心化，在這種去中心化的系統中，比特幣是不可篡改、不可偽造的，在本書后面的內容中，將重點介紹比特幣是不可篡改、不可偽造的實現機制。

非常有趣的是，2010年5月22日，美國佛羅里達州杰克遜維爾（Jacksonville，Florida）的程序員Laszlo Hanyecz同意付給一個英國人1萬個比特幣（10000 BTC），購買了兩個Papa John's匹薩。這是現實世界中第一筆比特幣交易。作為證據，Laszlo上傳了照片到比特幣論壇，真實世界的首個比特幣交易由此誕生。當時，1個比特幣價值約為0.003美分。每年的5月22日，成為比特幣匹薩日（Bitcoin Pizza Day）。

以下為歷史上非常著名的6個比特幣賬戶信息（截至2018年3月24日），讀者可以在這個網站實操如何查看[3]。

1. 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa

該地址屬于比特幣創始人中本聰，是比特幣的創世地址，地址內的比特幣從未移動過，其中的50個比特幣因為技術上的設計原因也無法進行移動。

最初時，該地址內只有50個比特幣，后來一些愛好者不斷地往該地址內轉入少量BTC，致敬比特幣創始人中本聰。

2. 1Ez69SnzzmePmZX3WpEzMKTrcBF2gpNQ55

該地址所有者為美國聯邦法警局，該地址內的比特幣來自被查獲的網站，后在第一次拍賣會中將比特幣轉移給中標人[4]。此前，美國聯邦政府一度被認為是比特幣最大的持有者之一，僅次于中本聰。

3. 1XPTgDRhN8RFnzniWCddobD9iKZatrvH4

該地址屬于上面提到的比特幣匹薩之王Laszlo。

4. 1M8s2S5bgAzSSzVTeL7zruvMPLvzSkEAuv

該地址發生了一筆目前歷史上最大額的交易，一次性轉移了500000個比特幣，創歷史之最。

5. 1HB5XMLmzFVj8ALj6mfBsbifRoD4miY36v

該地址所有者為維基解密，在遭到西方國家政府的經濟封鎖后，維基解密開始通過該地址接受比特幣捐款[5]。

6. 1L2JsXHPMYuAa9ugvHGLwkdstCPUDemNCf

該地址為Bitstamp遭竊的熱錢包地址，黑客在2015年1月5日陸續從該地址內盜取了大約19000個比特幣。

三、比特幣與區塊鏈的一些基本名詞

以比特幣為例，學習區塊鏈需要掌握一些基本名詞，為了方便大家能夠在后續內容中更好地理解，這里先列舉出一些比較常用的名詞，并對其進行解析。其中有一些名詞在后面會進行更深入的討論。這里先對這些基本名詞有一些了解，以便對后續內容能夠進行更好的閱讀和理解。

1.挖礦（Mining）/礦工（Miner）

比特幣的轉賬機制中有一步是，當對比特幣網絡提交了轉賬的請求后，需要等著礦工來打包處理。前面已經學到，在比特幣的世界里，大約平均每10分鐘會產生一個區塊。所有的挖礦計算機都在嘗試打包這個區塊并提交，而第一個成功生成這個數據塊的人就可以得到一筆比特幣報酬。在比特幣網絡中，因為競爭計算能獲得新生的比特幣獎勵，很像開采埋在地底下的礦物的過程，所以大家把爭相計算獲得記賬權的過程形象地比喻成“挖礦”，競爭挖礦的人或組織叫“礦工”。

2.哈希算法

哈希算法又稱安全散列算法（Secure Hash Algorithm，SHA），是一個密碼散列函數家族，是FIPS（美國聯邦信息處理標準）所認證的安全散列算法。它能計算出一個數字消息所對應的、長度固定的字符串的算法。若輸入不同的消息，則對應到不同字符串的概率很高。比特幣采用的哈希算法是SHA256。

3.算力

算力一般是指比特幣礦機的算力。算力就是礦機挖出比特幣的能力，算力占全網算力的比例越高，算力產出的比特幣就越多。

在比特幣的網絡世界里，這個網絡給每一個礦工一道超難的數學題，如果哪個礦工最先解出這道數學題，那么這個礦工就能獲得記賬的權力。誰獲得記賬的權力。誰就能獲得比特幣新發行出來的獎勵。是否能夠計算出這道數學難題，其實取決于礦機的計算能力，也就是所說的算力。礦工獲得優先記賬權的概率等于礦工所掌握的算力占全網算力的百分比。

再嚴格一點來說，解答比特幣的數學題，實際上是計算機在做隨機的哈希碰撞。哈希碰撞就類似于暴力破解一個手機密碼（假設嘗試多次手機不會被鎖），不斷地從000000 ～ 999999中一個一個嘗試直到解鎖成功，如果1秒內能嘗試一次，算力就是1次/秒，1秒內能嘗試兩次，算力就是2次/秒。哈希碰撞就類似于這樣的嘗試，只不過面對的是更加復雜的字符串組合。1秒內嘗試的次數越多算力就越大，解鎖的時間也就越短。

礦機也是一樣，礦機1秒內能進行的哈希碰撞次數越多，算力就越大，挖的比特幣越多。

一個礦工所掌握的礦機占比特幣全網的總算力的百分比是多少，代表在這10分鐘記賬競爭中能夠獲勝的概率就是多少。舉個例子，如果比特幣現在全網的算力是100，一個礦工擁有10的算力，那么每次競爭記賬成功的概率為1/10。

4.算力單位

算力每隔千位劃為一個單位，最小單位H=1次：

5.工作量證明

工作量證明（Proof of Work，PoW）機制，是區塊鏈領域非常重要的一個話題，這里先做簡單的介紹，隨著背景知識不斷加深，后面的內容也會在多個場景對它進行深入討論。

PoW，簡單來說，是用來確認做過一定量某種工作的一個證明機制。證明過程可以分為兩個步驟：一個是工作；另一個是對工作的驗證。它分別對應兩個主體：一個是工作者；另一個是驗證者。比特幣網絡中，如何證明礦工挖到區塊這個過程就是通過PoW來實現的。礦工為了挖到區塊，必須進行PoW過程，這個計算的內容包含三個要素：PoW函數、前一個區塊及難度值。PoW函數給出了計算方法，前一個區塊是這個函數的參數，難度值決定了這個函數解題需要的計算工作量。

一個礦工挖礦成功后，需要將打包好的區塊鏈網絡上的交易記錄到一頁賬本上，同步給其他人。因為這個礦工能夠最先計算出超難數學題的正確答案，說明這個礦工具有工作量而且效率最高，是一個有權力記賬的人，因此其他人也會同意這一頁賬單上的記賬信息。這種依靠工作量來證明記賬權，大家達成共識的機制叫作PoW。PoW機制非常重要，后面會有專門的內容進行詳細討論。

6.權益證明

權益證明（Proof of Stake，PoS）是和比特幣PoW相對應的另外一種共識機制。PoS是根據在這個網絡里擁有權益（幣）的多少來競爭記賬的權力，持有的幣越多，記賬的權力的獲取概率就越大，這種證明機制在一定程度上縮短了共識的達成時間，也不再需要大量消耗能源挖礦。簡而言之，“持有越多，獲得記賬權力的概率越大”，這種共識機制叫PoS。關于PoS，后面也會專門進行詳細討論。

所以，比特幣每秒大約有7筆交易。全網交易里沒被記錄進去的就等著排隊了。由于礦工會優先打包交易費高的交易，交易費太低的可能很久都得不到打包。