比特幣的原理與運作機制解析

眾所周知，比特幣依靠特定算法并通過大量的計算產(chǎn)生。然而，由于P2P的去中心化特性與算法本身，也將比特幣的總數(shù)量永久限制在了2100萬個。正因如此，比特幣才具有極強的稀缺性，這意味著其背后蘊藏著巨大的升值空間。But！本期我們不講發(fā)家致富，而是要向各位科普一下比特幣的原理與運作機制。

光知道掙錢 卻不知比特幣的原理與運作機制？

比特幣是2009年由一個化名中本聰（Satoshi Nakamoto）的神秘個人（或組織）創(chuàng)建的。本質(zhì)上，比特幣就是一份數(shù)字文件，里面列舉著帳戶和金額，就像是一個賬本，這份文件的副本被保存在比特幣網(wǎng)絡(luò)的每一臺電腦中。其實，在現(xiàn)實世界中，這些數(shù)字不具有任何意義，它們之所以存在價值，是因為人們自愿用其交易真實貨物以及購買服務(wù)，并相信其他人也會這樣做。

當(dāng)你向別人轉(zhuǎn)賬時，需要向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一條信息，隨后你賬戶的金額就會減少，接收者賬戶的金額就會增加，與此同時，比特幣網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點或計算機會更新其賬戶副本信息，然后繼續(xù)將交易信息傳遞到其他節(jié)點。這種以數(shù)字計算為基礎(chǔ)的安全機制，組成了比特幣交易網(wǎng)絡(luò)本身，是一個系統(tǒng)，讓一組計算機共同保存一份賬本。

說到這里，你會發(fā)現(xiàn)其實這與銀行保存賬本的方式很像，由一組計算機保存而非一個單一實體組織來保存賬本。舉例倆說，不像在銀行只有你自己知道你的交易信息，在比特幣交易網(wǎng)絡(luò)里，每個人都知道每個人的交易信息；而在現(xiàn)實生活中，你能夠信任銀行也有權(quán)起訴它（如果某些交易出了差錯），但在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，你每時每刻都在與陌生人打交道，因此你不能相信任何人。

換言之，比特幣系統(tǒng)的設(shè)計機制也讓“信任”沒有存在的必要。特設(shè)的數(shù)字函數(shù)確保系統(tǒng)的每個方面正常運行。接下來，我們便為各位詳細介紹比特幣如何實現(xiàn)讓一群陌生人去管理其他人的金融交易。

簡單來說，例如A給B轉(zhuǎn)賬時，他只需向比特幣網(wǎng)絡(luò)廣播一條信息，說明賬戶和金額信息，從A賬戶轉(zhuǎn)5個BTC給B賬戶，每個接收到這條信息的節(jié)點，會更新他們的賬戶副本信息，然后繼續(xù)傳送這條交易消息，但節(jié)點如何能確定這條請求是可信的呢？因為只有真正的擁有才有權(quán)發(fā)送這條信息。

實際上，比特幣有一套密碼規(guī)則，用來解鎖和管理貨幣交易，這種密碼叫做“數(shù)字簽名”。就像現(xiàn)實生活中的親筆簽字一樣，它能夠證明交易的真實性，并通過一種數(shù)字算法實現(xiàn)。這種算法能夠防止數(shù)據(jù)復(fù)制或偽造。但與簡單的靜態(tài)密碼不同的是，每筆交易數(shù)字簽名都完全不同。因此，在比特幣交易網(wǎng)絡(luò)中你是和完全陌生的人打交道，所以你永遠不要把密碼暴露給別人，因為密碼有被復(fù)制和重新使用的危險。

數(shù)字簽名是這樣運作的，它由兩個不同但相互關(guān)聯(lián)的密鑰構(gòu)成，“私人密鑰”用來創(chuàng)建一個數(shù)字簽名，“公共密鑰”用來讓其他人核對私人密鑰。我們可將私人密鑰看作真正的密碼，數(shù)字簽名將作為一個媒介，證明你擁有密碼，同時并不要求你將密碼信息展示出來。

在比特幣交易網(wǎng)絡(luò)中，公共密鑰其實就是“發(fā)送至”地址，所以當(dāng)你向某人轉(zhuǎn)賬時，其實是將貨幣發(fā)送至對方的公共密鑰。消費時，你必須證明你是公鑰地址的（錢被轉(zhuǎn)至的地址）真正擁有者，通過交易信息和你的私鑰生成數(shù)字簽名的這個過程，可以證明你是真正擁有者的身份。

網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點可在一個不同的函數(shù)中，利用該數(shù)字簽名來核實它是否與你的公鑰相符。通過分析數(shù)字簽名背后的數(shù)學(xué)算法，網(wǎng)絡(luò)中的其他人就能夠核實發(fā)送人為密鑰真實擁有者，而無需真正看到密鑰。有一點非常重要，由于數(shù)字簽名取決于交易消息，因此每筆交易數(shù)字簽名都不相同，而且不能在另一筆交易中再次使用，而且數(shù)字簽名取決于交易信息的關(guān)系，意味著沒有人可以修改該信息。

當(dāng)該交易信息在網(wǎng)絡(luò)中傳送時，因為任何對交易信息的更改都會導(dǎo)致數(shù)字簽名失效。當(dāng)然，這背后的數(shù)學(xué)算法非常復(fù)雜，因此我們在這里不做詳細的解釋，但可以提供一些關(guān)鍵詞供大家自行百度，例如‘橢圓曲線數(shù)字簽名算法’，‘?dāng)?shù)字陷門（函數(shù)）’等等。

比特幣交易網(wǎng)絡(luò)中，貨幣的所有權(quán)是通過驗證歷史交易信息進行核實的。例如要發(fā)送5個BTC給B，A必須援引之前收到這5個或更多比特幣的歷史交易信息，這些被援引的交易記錄稱作“進賬”，網(wǎng)絡(luò)中核實該交易信息的節(jié)點會查看那些“進賬”，以確保A是真正的接收者，并確保進賬數(shù)額為5個BTC或更多。

下面我們通過一個實例來看具體如何操作。如上圖，這筆交易援引了6個進賬信息，總共139.6個比特幣，在出賬表格中有兩行內(nèi)容，第一行顯示退還給發(fā)送人的比特幣金額，有一條簡單的規(guī)則表示每筆交易都必須將進賬金額用完，因此，如果你要發(fā)送的比特幣金額與任何一筆進賬都不完全匹配，你需要將余額發(fā)送給自己。

通過這些被援引的進賬關(guān)系，對于比特幣的所有權(quán)在網(wǎng)絡(luò)中以某種鏈條方式進行傳遞。但你如何相信之前的歷史交易呢？當(dāng)然不能簡單相信，而是需要驗證交易當(dāng)事人他們的進賬。事實上，當(dāng)你開始安裝比特幣錢包軟件時，該軟件會下載之前每筆交易記錄，并且會驗證每筆交易的有效性，一直驗證到最開始的第一筆交易。時刻記住你是在和陌生人打交道，因此必須為自己核實每筆交易，整個驗證過程可能會花費24多個小時，但卻一勞永逸。

因此，比特幣并未采用記錄賬戶余額的方式，而是采用記錄交易信息的方式，一張信息量龐大的交易記錄表。擁有比特幣，也就意味著交易記錄表中有些交易與你的名字掛鉤，并且這些交易還沒有被消費，換言之，就是被其他交易活動作為進賬而引援。這種所有權(quán)結(jié)構(gòu)帶來一個有趣的結(jié)果，就是要計算你的賬戶余額，你需要對以往的每筆交易進行計算，要對所有未消費的進賬進行合計。當(dāng)然，比特幣網(wǎng)絡(luò)還能支持更復(fù)雜的交易過程，這里就不再贅述，感興趣的朋友可以自行研究一下。

總結(jié)：雖然比特幣2009年就已出現(xiàn)，但真正流行起來還要算2013年，其價值曾在兩個月內(nèi)暴漲了10倍之多。盡管升值空間巨大，但其投資風(fēng)險也是有目共睹的，需有一顆強悍的心臟，應(yīng)對比特幣暴漲暴跌的走勢?？傊?，投資需謹慎。