區(qū)塊鏈就是比特幣世界這個(gè)村子的賬本，誰(shuí)挖到礦，誰(shuí)就有權(quán)在這個(gè)賬本翻開(kāi)新的一頁(yè)，并在新的一頁(yè)記下“X年X日，本村某某挖礦得到比特幣一枚，并得到獎(jiǎng)勵(lì)的手續(xù)費(fèi)若干”。

比特幣又火了。為什么要說(shuō)又呢？因?yàn)楸忍貛旁?2013 年已經(jīng)火過(guò)一次了。這次與 2013 年相同的是，比特幣的價(jià)格一路飆升，讓人咂舌。與 2013 年不同的是，這次人們不僅僅關(guān)注比特幣的價(jià)格，也開(kāi)始關(guān)注比特幣背后的技術(shù)——區(qū)塊鏈。

一夜之間，區(qū)塊鏈從舞臺(tái)背后站到了聚光燈下，成為了人們追捧的熱點(diǎn)。物流、醫(yī)藥、版權(quán)…好像哪都可以憑借區(qū)塊鏈脫胎換骨。那么，這么神奇的技術(shù)，到底是怎么回事？

本文就以最通俗的語(yǔ)言，不涉及任何高等數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，來(lái)介紹一下比特幣和區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

說(shuō)到區(qū)塊鏈就不得不說(shuō)比特幣，比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)最好的載體，所以本文就以比特幣為例來(lái)介紹區(qū)塊鏈。

比特幣很牛，牛在兩個(gè)特點(diǎn)：去中心化、電子貨幣。

別小瞧這兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)同時(shí)存在可不是一件容易事兒。

首先來(lái)說(shuō)說(shuō)去中心化，通常去中心化的貨幣一般都要追溯到很久以前了，遠(yuǎn)古時(shí)代人們自發(fā)地使用貝殼、石子做為雛形貨幣進(jìn)行交易，這時(shí)候的貨幣可以看作是去中心化的貨幣——無(wú)需中央銀行來(lái)組織發(fā)行、確認(rèn)交易合法性。

但是使用這類貨幣的弊端也不必我多說(shuō)，貨幣供給不穩(wěn)定，取決于每年的貝類產(chǎn)量；貨幣質(zhì)量不一，有的大有的小，有的是花蛤有的是文蛤；交易很繁瑣，大宗交易動(dòng)不動(dòng)就要好幾車的貝殼，這么多貨幣運(yùn)來(lái)運(yùn)去還容易被搶劫。

于是貨幣進(jìn)化，信用貨幣時(shí)代到來(lái)，貨幣成了銀行賬戶里的數(shù)字，上面的問(wèn)題都解決了，但是我們必須需要銀行來(lái)控制貨幣的發(fā)行、防偽，來(lái)進(jìn)行交易結(jié)算，我們的財(cái)產(chǎn)權(quán)全掌握在了銀行的手中。銀行喜歡動(dòng)不動(dòng)搞點(diǎn)QE放點(diǎn)水，我們銀行卡里的錢越來(lái)越貶值。

這時(shí)候，我們就希望能有一種貨幣，既能像使用貝殼一樣無(wú)需銀行插手，又能符合當(dāng)前信息時(shí)代對(duì)貨幣功能的需求。于是，集這兩種特點(diǎn)于一身的比特幣誕生了。

比特幣的基本原理

做為一種貨幣，通常就要滿足幾個(gè)特點(diǎn)：得有人發(fā)行它，得能持有它，人與人之間可以互相交換它。

持有

持有比特幣非常簡(jiǎn)單，只要有一個(gè)收款地址，就可以持有比特幣并接受比特幣。所持有的比特幣數(shù)量只是這個(gè)地址下的一個(gè)數(shù)字。

有人會(huì)問(wèn)，這不跟銀行賬戶一樣么，確實(shí)很像，但實(shí)質(zhì)又很不一樣。銀行系統(tǒng)是一個(gè)中心化的系統(tǒng)，賬戶的余額是由銀行說(shuō)了算的，哪天銀行系統(tǒng)出錯(cuò)余額變成0，那你就真的從ATM機(jī)里取不出錢。

比特幣不使用這種權(quán)威的中心機(jī)構(gòu)，又需要一個(gè)穩(wěn)定的記賬系統(tǒng)，所以解決辦法是每一個(gè)“礦工”都把比特幣世界發(fā)生過(guò)的所有交易記錄存在自己的硬盤上。有了全部的交易記錄，推算每個(gè)人有多少余額也就很容易了。這個(gè)被保存在所有人電腦里的交易記錄，學(xué)名就是區(qū)塊鏈。黑客可以黑掉一些人保存的區(qū)塊鏈，但是他做不到黑掉全世界大部分人，只要有大部分仍保存著正確的區(qū)塊鏈，那么整個(gè)系統(tǒng)就可以通過(guò)糾錯(cuò)重新恢復(fù)正常。

就像打麻將時(shí)，我們有時(shí)候用記賬方式來(lái)記錄每回合的應(yīng)收應(yīng)付，比特幣世界也通過(guò)記賬來(lái)交易，每發(fā)生一筆交易都會(huì)公之于眾，然后大家把這筆交易記錄在自己的小賬本上，這樣每家有多少錢，大家在自己的小賬本上都能查清楚。只不過(guò)當(dāng)記賬由4個(gè)人變成全比特幣世界的村民時(shí)，這就需要一個(gè)稍微復(fù)雜點(diǎn)的系統(tǒng)了。

發(fā)行

再來(lái)看看發(fā)行。我們先看紙幣是怎么發(fā)行的，很簡(jiǎn)單，央行開(kāi)動(dòng)印刷機(jī)，一瞬間出現(xiàn)大把“毛爺爺”。而做為一種去中心化的電子貨幣，比特幣是沒(méi)有央行的，那怎么發(fā)行呢？

比特幣規(guī)定，人們可以去解答一個(gè)困難的問(wèn)題，誰(shuí)最先答出來(lái)，誰(shuí)就可以發(fā)行一塊比特幣，也就是我們所謂的“挖礦”。

這個(gè)困難的問(wèn)題是什么呢？是哈希(hashing)的問(wèn)題。哈希是一個(gè)函數(shù)F，對(duì)輸入X進(jìn)行一些運(yùn)算來(lái)得到哈希值Y。就是咱們高中學(xué)過(guò)的Y = F(X)。比特幣讓你解答的問(wèn)題就是，告訴你哈希值Y和F，求X。

這時(shí)候你會(huì)說(shuō)了，這不就是個(gè)反函數(shù)的事么。抱歉，哈希函數(shù)這個(gè)函數(shù)比較特殊，找不到合適的反函數(shù)，要想求出X，唯一的方法就是一個(gè)一個(gè)數(shù)來(lái)試，把每一個(gè)數(shù)都代入到F里，看看結(jié)果是不是Y，如果恰好蒙對(duì)了，那也就把這個(gè)問(wèn)題解答出來(lái)了。

所以說(shuō)所謂的貨幣發(fā)行、挖礦，實(shí)際上就是一幫人在用最好的計(jì)算機(jī)來(lái)撞大運(yùn)蒙這個(gè)數(shù)。當(dāng)一名礦工蒙對(duì)X后，也就是挖到礦后，他就獲得了在原有的區(qū)塊鏈末端創(chuàng)造一個(gè)新的交易區(qū)塊的權(quán)利，在這個(gè)新創(chuàng)建的交易區(qū)塊上，這位礦工可以附帶一個(gè)由比特幣世界作為付款人，收款人是任何人交易，這樣，他就通過(guò)這個(gè)交易，創(chuàng)造并發(fā)行了一枚比特幣。

區(qū)塊鏈就是由一串交易區(qū)塊組成的。我們來(lái)看看交易區(qū)塊上包含什么。

一個(gè)交易區(qū)塊會(huì)顯示誰(shuí)是它的父區(qū)塊，包含本區(qū)塊上的交易記錄，以及本區(qū)塊的哈希值。

這樣，隨著礦工們不斷挖礦創(chuàng)建新的交易區(qū)塊，一個(gè)接一個(gè)的區(qū)塊就串成了一串，成為了名副其實(shí)的區(qū)塊鏈！在比特幣世界中，由于某些原因，區(qū)塊鏈會(huì)發(fā)生分叉（為什么會(huì)分叉下文會(huì)提到），因而比特幣世界規(guī)定：唯一合法的區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)前最長(zhǎng)的區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈就是比特幣世界這個(gè)村子的賬本，誰(shuí)挖到礦，誰(shuí)就有權(quán)在這個(gè)賬本翻開(kāi)新的一頁(yè)，并在新的一頁(yè)記下“X年X日，本村某某挖礦得到比特幣一枚，并得到獎(jiǎng)勵(lì)的手續(xù)費(fèi)若干”。這個(gè)賬本很特殊，并不是由村支書(shū)管理，而是所有的村民人手一本，誰(shuí)挖到礦以后，都可以自己翻頁(yè)記賬，并讓全村人按照同樣的方式做，以保證全村所有人的賬本一致。當(dāng)全村人的賬本出現(xiàn)不一致時(shí)，規(guī)定誰(shuí)家的賬本最長(zhǎng)就聽(tīng)誰(shuí)的。

發(fā)行

比特幣的關(guān)鍵點(diǎn)在于交易。對(duì)于一個(gè)去中心化的電子貨幣系統(tǒng)，交易是很有風(fēng)險(xiǎn)的。想象一下，你和另一個(gè)人的電子貨幣交易就類似于打欠條，而且這個(gè)欠條沒(méi)有第三方公證人。如果其中一方突然翻臉，欠條的有效性是很難保障的。

由于不能使用類似銀行結(jié)算中心的第三方公證人（使用了就是中心化系統(tǒng)了），所以比特幣干脆就讓全世界人做為公證人。

所有比特幣的交易都不能偷偷摸摸進(jìn)行，都需要將這筆交易通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)廣播到全世界。如果C想給B 0.5個(gè)比特幣，會(huì)向全世界廣播“C給了B 0.5個(gè)比特幣！”，這時(shí)所有挖礦的礦工們，會(huì)把這條交易記錄加到他們正在挖的這個(gè)交易區(qū)塊中。

他們?yōu)槭裁匆幽兀恳驗(yàn)楫?dāng)?shù)V工挖出礦時(shí)，除了規(guī)定獎(jiǎng)勵(lì)的一枚比特幣外，每加多一條交易記錄，還會(huì)額外再多給一點(diǎn)點(diǎn)手續(xù)費(fèi)。蚊子肉也是肉，辛勤的礦工們沒(méi)有不喜歡的。

在把交易記錄加到區(qū)塊的過(guò)程中，礦工們首先會(huì)驗(yàn)證一下這筆交易合不合法，也就是查查村里的賬本，當(dāng)C名下貨幣不足0.5個(gè)時(shí)，這條交易記錄就會(huì)被拒絕加入到區(qū)塊中。

加入到區(qū)塊中并不代表交易已經(jīng)成功，只有當(dāng)包含這個(gè)交易記錄的區(qū)塊的隨機(jī)數(shù)X被某位礦工發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)造了新的交易區(qū)塊鏈接在當(dāng)前區(qū)塊后，才能被認(rèn)為是合法交易，這條交易記錄也就成為被驗(yàn)證的交易。

B可能會(huì)問(wèn)了，那也就是說(shuō)C發(fā)了給我錢的廣播后，我還不能馬上確定我是不是收到錢了啊？

沒(méi)錯(cuò)，C發(fā)廣播，只相當(dāng)于C站在村口朝全村人喊了一句 “我給B 五毛錢！”，只有當(dāng)全村的人都聽(tīng)見(jiàn)，把這件事都記在了個(gè)自賬本上，并且記下這件事的那頁(yè)被礦工翻過(guò)去以后，B的戶頭上多了五毛錢這件事才真正得到了全村村民的認(rèn)可。由于參與比特幣挖礦的礦工眾多，通常每筆交易所需的驗(yàn)證時(shí)間是非常短的，不會(huì)給交易帶來(lái)延遲感。

由此比特幣的發(fā)行和交易首尾相連扣在了一起。交易通過(guò)發(fā)布廣播的形式進(jìn)行，礦工們聽(tīng)到廣播后把交易寫在交易區(qū)塊中；礦工們通過(guò)挖礦來(lái)確認(rèn)歷史交易的完成，并由此創(chuàng)建新的區(qū)塊，延長(zhǎng)區(qū)塊鏈，發(fā)行新的比特幣。

區(qū)塊鏈的分叉

之前提到了區(qū)塊鏈的分叉。為什么區(qū)塊鏈會(huì)發(fā)生分叉呢？原因就在于去中心化。

沒(méi)有中心，大家都各自維護(hù)賬本，因此受困于網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)、交流的不充分，難免有出現(xiàn)分歧的時(shí)候。

舉兩個(gè)例子，一個(gè)是在挖礦時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題：礦工B蒙對(duì)了隨機(jī)數(shù)，挖礦成功，延長(zhǎng)了區(qū)塊鏈，注意，此時(shí)礦工B延長(zhǎng)的區(qū)塊鏈僅僅是自己的，其他人還都不知道這件事。當(dāng)然，礦工B馬上向全世界發(fā)布挖礦成功的消息，讓大家按照他的方式延長(zhǎng)區(qū)塊鏈。

但是這時(shí)，另一位礦工C也蒙對(duì)了隨機(jī)數(shù)，他或者因?yàn)榫W(wǎng)速延遲還沒(méi)聽(tīng)到B的廣播，或者聽(tīng)到廣播但不甘心，存心想破壞規(guī)則，于是他也把自己的區(qū)塊鏈延長(zhǎng)了，并開(kāi)始向全世界發(fā)廣播。

因?yàn)榫W(wǎng)速的延遲，并不是所有人都先聽(tīng)到B的廣播，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一部分人按照B的指示更新區(qū)塊鏈，一部分人按照C的指示更新區(qū)塊鏈，而且因?yàn)榫W(wǎng)速的延遲，大家沒(méi)辦法確定到底是B還是C先發(fā)布的廣播，從而引起區(qū)塊鏈分叉。

就好比村里兩位礦工B和C分別住在村東和村西，B和C差不多在同一時(shí)間挖礦成功，把自家賬本翻頁(yè)，在新的一頁(yè)寫下屬于自己的宣言“X年X月，本村B(C)挖礦得到比特幣一枚”，并開(kāi)始向全村大喊讓全村人翻頁(yè)并寫下這句話。由于他們分別住在村子的兩頭，結(jié)果村東頭的人先聽(tīng)到B大喊于是按找B的話記賬，村西頭的人先聽(tīng)到C大喊于是按照C的話記賬，導(dǎo)致全村的賬本此時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)版本。

第二種情況是雙重交易，B與C進(jìn)行交易，發(fā)布廣播宣布付給C一枚比特幣，但是B同時(shí)還跟D勾搭，幾乎同時(shí)又發(fā)布廣播宣布付給D一枚比特幣，更糟糕的是，B宣布付出的是同一枚。

跟第一種情況一樣，由于網(wǎng)速問(wèn)題，一部分礦工先聽(tīng)到B與C交易的廣播，并將這條交易記錄計(jì)入到當(dāng)前交易區(qū)塊中，后聽(tīng)到B與D的交易，并判定不合法，拒不添加到交易區(qū)塊。而另一部分礦工正相反，只把B與D的交易添加到交易區(qū)塊中。

這兩種情況并不是罕見(jiàn)的，由于比特幣世界由全世界各地的人參與，有的地區(qū)用的是100M光寬帶，有的地方用的是56K撥號(hào)上網(wǎng)，網(wǎng)速千差萬(wàn)別，而且又有很多人心懷不軌，存心作惡，因此區(qū)塊鏈分叉幾乎時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生。此時(shí)，比特幣世界的最高原則就起作用了：唯一合法的區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)前最長(zhǎng)的區(qū)塊鏈。

可是就上面兩種分叉的情況來(lái)看，此時(shí)分叉的兩個(gè)區(qū)塊鏈一樣長(zhǎng)??？沒(méi)關(guān)系，這兩條都合法，也都不合法，咱們擱置爭(zhēng)議，繼續(xù)開(kāi)挖，看誰(shuí)挖得快，誰(shuí)先再蒙對(duì)新的X，讓自己的區(qū)塊鏈再進(jìn)一步，誰(shuí)的區(qū)塊鏈就變成最長(zhǎng)，也就成了唯一合法的了。這么一聽(tīng)，怎么感覺(jué)這個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)這么隨意，有些不靠譜的樣子啊，如果大家都不守規(guī)則，隨意分叉，世界豈不亂套。

別急，接下來(lái)咱們通過(guò)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)，最終區(qū)塊鏈肯定會(huì)恢復(fù)成穩(wěn)定的一條。

讓我們回到第一個(gè)情況礦工B和礦工C分歧問(wèn)題中，假設(shè)B的鏈條再進(jìn)一步，成為了最長(zhǎng)鏈條，這條鏈條也就成為比特幣世界認(rèn)定的合法鏈條。此時(shí)C有兩個(gè)選擇，一是放棄努力，乖乖的扔掉自己的區(qū)塊鏈，使用B的。另一種選擇是不甘心失敗，扔堅(jiān)持自己的區(qū)塊鏈，希望自己能很快繼續(xù)追平B并反超。

選擇前者是大家都開(kāi)心的，比特幣世界的區(qū)塊鏈從此統(tǒng)一，選擇后者實(shí)際上繼續(xù)讓區(qū)塊鏈保持分叉狀態(tài)。那么從理性角度，C應(yīng)該如何做呢？實(shí)際上C此時(shí)應(yīng)該果斷放棄自己的鏈條。

我們可以分析一下，當(dāng)B和C的鏈條分叉時(shí)，此時(shí)比特幣世界存在4種礦工、兩種勢(shì)力，B和擁護(hù)B的吃瓜礦工，C和擁護(hù)C的吃瓜礦工。此時(shí)B勢(shì)力與C勢(shì)力大體相當(dāng)，所以大家各挖各的。

當(dāng)B勢(shì)力先一步延長(zhǎng)了B的鏈條后，此時(shí)C勢(shì)力就會(huì)發(fā)生分化，絕大部分擁護(hù)C的吃瓜群眾只要聽(tīng)到B鏈條延長(zhǎng)的消息，馬上會(huì)轉(zhuǎn)投到B鏈條上，因?yàn)榇藭r(shí)B鏈條更長(zhǎng)，在更長(zhǎng)的鏈條上繼續(xù)挖礦顯然更有前途。勢(shì)力馬上發(fā)生逆轉(zhuǎn)，C會(huì)尷尬地發(fā)現(xiàn)，全世界都在與他為敵（哭）。所以C不得不放棄。

當(dāng)然，假設(shè)是C的勢(shì)力先延長(zhǎng)了區(qū)塊鏈，那么情形正好相反，全世界的礦工都會(huì)馬上投入C的懷抱。盡管可能確實(shí)是B先挖到的礦，但此時(shí)B也不得不選擇放棄自己的那條已經(jīng)無(wú)人問(wèn)津的區(qū)塊鏈。按照這種理性的假設(shè)，全世界大部分礦工都會(huì)安分守己的選擇在最長(zhǎng)的鏈條上工作，所以偶爾的分叉也不是什么大不了的事。

當(dāng)然仍存在一種極端情況，即B或C一個(gè)人的算力超過(guò)全世界算力的50%，這時(shí)候他們憑借一己之力就有可能反超。但是事實(shí)上，由于全世界都在參與，很難有人或組織有這么強(qiáng)的算力，其次即使C有這么強(qiáng)的算力，他老老實(shí)實(shí)地在最長(zhǎng)鏈條上挖礦就好了，也沒(méi)必要硬剛?cè)澜?，非要顯示霸權(quán)只會(huì)讓全世界都不陪他玩了，最后比特幣失去價(jià)值，C損失更大。

上面所說(shuō)的第二種分叉情況的解決辦法與第一種情況同理，堅(jiān)持“唯一合法的區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)前最長(zhǎng)的區(qū)塊鏈”原則不動(dòng)搖，最終合法的一條區(qū)塊鏈只會(huì)記錄B與C交易或B與D交易的其中一個(gè)，具體原因讀者可以自己想一想。

講了這么多，大家可以發(fā)現(xiàn)，比特幣憑借區(qū)塊鏈的巧妙設(shè)計(jì)，使得交易與發(fā)行以一種非常穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行，而保持穩(wěn)定的核心力量是什么呢？就是無(wú)數(shù)礦工提供的算力。

只要礦工夠多，算力夠大，驗(yàn)證速度夠快，比特幣的交易就可以快速地被驗(yàn)證，不小心出現(xiàn)的區(qū)塊鏈分叉狀態(tài)可以很快結(jié)束，保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。所以挖礦可不光只是費(fèi)電，這些電能實(shí)際上轉(zhuǎn)化成為維持整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的能量！

這也告訴我們?yōu)槭裁幢忍貛趴梢砸粋€(gè)幣價(jià)值數(shù)萬(wàn)，而有些新發(fā)行的各種幣一文不值，因?yàn)楸忍貛抛鰹闅v史最長(zhǎng)、受眾最廣的電子貨幣，也擁有數(shù)量最多、分布最廣泛的礦工和算力，是最穩(wěn)定的電子貨幣。

而新發(fā)行的貨幣礦工數(shù)量很少，參與的算力低，根本起不到穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的作用，算力低也意味著每筆交易的驗(yàn)證時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，從而降低貨幣的可用性，所以這樣的新興貨幣一文不值。

好了，關(guān)于比特幣以及比特幣系統(tǒng)所用到的區(qū)塊鏈技術(shù)就介紹到這里，如有大牛對(duì)文中內(nèi)容有異議，歡迎拍磚探討！

參考文獻(xiàn)：

Satoshi《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》

關(guān)于作者：

ChenJunXuan / CC，17 年碩士畢業(yè)于上海交大，目前在阿里達(dá)摩院做計(jì)算機(jī)視覺(jué)方向/智能醫(yī)學(xué)影像相關(guān)的算法開(kāi)發(fā)，喜歡 Python。

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