比特币手册——这可能是最容易理解的比特币科学

这篇文章的字数大约是

4000字

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7分钟

本文提供的内容有助于理解以下问题：

什么是区块链和比特币？

什么是去中心化？

区块链中的“共识机制”是如何运作的？

什么是“挖矿”？

比特币最近涨得这么猛

在2009年

7元可兑换1300个比特币

现在

一个比特币的价值甚至达到了2万元

不禁陷入沉思

如果那年我存了一个星期的零用钱

购买 20,000 个比特币

现在我的零用钱够我用一辈子了

因此，我决定通俗易懂地解释一下比特币是什么

我给这篇文章取名

区块链和比特币婴儿

又名：如何让你的傻女友了解比特币

说比特币

我们得从区块链说起

比特币和区块链的关系应该是：

区块链是比特币的底层基础

比特币是区块链的一种应用

相近

智慧树上的智慧果

区块链的定义

区块链的定义：区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的一种新型应用模式。 所谓共识机制是区块链系统中不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。 它的本质是一个去中心化的数据库。

为了更好地理解区块链，需要进一步理解一些概念。

01

分散的

去中心化是区块链的一个重要属性。 要理解去中心化，我们先来搭建一个中心化系统：

去中心化交易案例

如果我们在淘宝上购买iPhone X，这个过程不仅仅是我们和卖家之间的交易，而是买家、平台、卖家三方的交易，平台在其中起着核心作用。 流程是：我选了一部iPhone X——下单——汇款到支付宝——支付宝通知卖家发货——卖家发货——确认收货——支付宝汇款给卖家。

这是中心化的典型例子。 过去几乎所有的行为和结构都是建立在中心化的基础上的。 快递需要到物流中心进行分拣，点餐需要在外卖平台下单，转账需要涉及银行结算等等。

事物总是有它们的意义

中心存在的意义是什么？

作为可信赖的第三方

交易被见证和记录。

相比之下，去中心化交易更简单：不需要经过马爸爸，只需要买卖双方将钱和货交给对方，然后双方都声称交易完成，就OK了。 既提高了交易效率，又避免了信息泄露的风险。

但是当我们去掉“中心”这个角色的时候，我们就会面临一个问题：如何证明这笔交易的存在？

在以往的经验中，如果交易的双方是哈啤酒的兄弟，那么这笔交易就不需要第三方作为见证，可以建立在两个人相互信任的基础上； 如果两个人互不认识，借助一个中心化机制，可以让大家信任的第三方平台成为交易的见证者和记录者。 而在去中心化结构中，如何实现交易的见证？ 这就涉及到“共识机制”。

02

共识机制

用一句话描述共识机制：

交易不需要“中心”见证，人民群众共同见证。

让我们构建一个简单的去中心化系统。 为了便于理解，我们将使用最简单的借贷关系。

有一群人站在一起，A借给B 100元，A喊“我借给B 100元”，B也喊“我向A借了100元”，然后其他人都沉默写下“B欠A 100”元”在一个小笔记本里。 这意味着大家对AB交易达成了共识。 以后如果B要反悔，就说我从来没有向A借过钱。这时候人家说，不对，我记在我的小本子上了，你借了A 100元xx 时间。

可见，人们见证了一个具有共识机制的交易。 我们可以把每个人抽象成一个节点，节点的作用就是不断计算和验证信息的流动。

那么，比特币呢？

你可能已经发现，在这种交易模式中，“100元”这个载体并不重要。 任何东西都可以通过这种方式进行交易，甚至可以制造一个虚拟的东西来交换。 你有比特币的感觉吗？ 但比特币的逻辑更复杂。 我就编一个，叫它压岁钱。

虚拟货币的逻辑

例如，我发明了一种货币单位，叫做新年硬币。

我在人群中大喊，哎，我刚赚了100元旦币。 按照刚才的逻辑，我不需要知道元旦币是什么，也不关心元旦币有没有。 大家只要一听，记在小本子上：这个人创造了100个元旦币。 从此我真的有了100个元旦币，可以合法的给大家发元旦币了。 只要我发元旦币的行为被路人记录和认可，我就完成了这次交易，哪怕元旦币只是我创造的。

一段时间后，元旦币已经在人群中流传开来。 那么问题来了，如果有人像我一开始那样大喊“我有10个元旦币”，大家怎么判断他是不是在说谎呢？

为了解决这个问题，我在创建元旦币的时候，给了它一个数字（准确的说，我给这个指令一个数字）。 比如我在人群中喊“我给了xxx一个元旦币”，然后我就说这个元旦币的来源是之前记录编号001，我这句话（命令）的编号是002。 以此类推，每条涉及元旦货币的交易指令都需要标注货币的来源和历史。 这解决了伪造问题。

实际上

这套规则

就像

中本聪的第一代比特币区块链协议：

所有人（矿工）将过去10分钟的交易打包到一个新的交易区块中，开始计算加密的哈希函数（这是一个非常强大的函数，根本无法预测，只能一个一个地尝试） ，每个新的哈希值都包含有关所有先前比特币交易的信息。

呃，写在这里

其实我们已经可以

不涉及任何细节的生动图像

描述区块链

但作为一个求真学生

还有两个问题需要说明：

喊出来，我凭什么给你写下来？ 可以免费购买我的小笔记本吗？

需要说明的是，该机制运行的基础是

“人人都愿意做交易的见证者和记录者”

为了实现这个目标，我作为元旦币的创造者，决定建立一个激励机制：第一个听到我喊声并记录下来的人，可以凭空获得一枚元旦币。

这个元旦币是你在小本子上辛勤记账的回报。 拿到这个奖励后，你应该马上喊一声“哎，我先记下来了，我已经得到奖励了！” 放弃记录这句话的权利，你的句子也可以被下一个人记录下来2009年比特币挖矿是什么样子，以便继续。

“矿工”的出现

很明显，当我设置这个激励规则的时候，就会出现一大批人，每天监听，看有没有新的交易叫出来，从而抢占第一个记录的权利。 这简单地解释了“矿工”存在的意义。

那么，在真正的比特币机制中

交易机制和激励机制如何运作？

想象一下一笔交易，韩梅梅要付给李磊一个比特币。

我们将此交易分为三个步骤：准备接收、支付和验证交易。

准备收款：李磊填写收款地址

在真实的交易网络中，李雷不需要喊出“我要接受韩梅梅的转账”，而是建立一个比特币接收地址来接收比特币。 当 Lei 创建一个新地址时，他实际上是在生成一个密钥对，由一个私钥和一个公钥组成。 每个比特币地址都有一个私钥，私钥由李雷自己保管； 公钥的作用是让大家验证私钥的真实性。

简单理解，私钥就是李雷自己笔记本上记录的内容； 而有眼力的群众则通过公钥来验证李磊笔记本中记录的内容是否属实。

付款方式：韩梅梅为自己的客户转账

同时，韩梅梅想转一个比特币到李雷的收款地址。 韩梅梅的每一枚比特币都有对应的私钥。 比特币客户端使用比特币的私钥签署交易（也就是记在韩梅梅自己的笔记本上），大众使用公钥签署交易。 验证这个比特币是否来自合法账户持有人（即确认韩梅梅的比特币不是凭空喊出来的）。

OK，韩梅梅与李雷的交易已经完成，但是这笔交易还需要全网验证，矿工们需要在这个时候登场~

交易验证：矿工的奋斗

A、B、C 都是比特币矿工，他们的计算机将过去 10 分钟内的交易打包成一个新的交易块。 这里引入一个概念，叫做哈希值，它是通过哈希函数计算出来的超复杂的字符串。 源数据的变化将完全改变散列值的结果。

矿工需要做的是根据前一个区块的哈希值、新的交易区块和一个随机数计算出一个新的哈希值。

计算哈希值对于高性能矿机来说根本不是问题。 麻烦的是，比特币系统要求新的哈希值必须有一定的格式——以一定数量的零开始。

矿工怎么知道哪个随机数可以产生这么整齐规范的哈希值，所以他们只能一个一个地尝试，直到得到最有效的那个。

这时，矿工A惊呆了，率先获得了正确的哈希值。 他不用喊，直接广播整个比特币系统：哎，我想通了！

其他矿工只能叹口气，默默开始计算下一个哈希值。

此时，矿工A触发了一个名为coinbase的初始交易，简单来说就是任务成功宝箱。 比特币发行阶段，宝箱为50个比特币。 由于系统中的比特币总量是有上限的，宝箱释放的比特币大约每四年减半一次。

像这样

交易达成

几乎不可能篡改

为什么？

因为随着时间的推移，韩梅梅转会到李磊的事情，就被埋在了最近的交易中。 任何人要修改这笔交易，都必须重做A的工作，然后再重做下一级所有矿工的工作。 因为所有的变化都需要一个完全不同的中奖随机数。 这样的操作几乎不可能成功。

好的

现在大家都愿意把事情写在自己的小本子上

还有一个问题

我们称之为

区块链分叉问题。

区块链分叉问题

想象一种情况

我们组里，B和C两个人在同时背诵社会主义核心价值观。 有人先听B，记下来：B在背社会主义核心价值观，B是好青年； 有人先听C，记下：C是个好青年。 按照我们之前的规定，信息的记录会一直延续下去。 那么情况肯定会发展成这样：有人认为B是先背了社会主义核心价值观，然后才开始记账。 记账的前提是“B是个好青年”； C先背的核心值也是按照同样的规律发展的。 那么，本来是一条很好的链条，却因为两个人背诵了社会主义核心价值观2009年比特币挖矿是什么样子，就分叉了？ ？ ？

在真实的区块链网络中，也会出现这样的情况：由于在网络中的位置不同，矿工接收信息的速度不同，形成区块链分叉。 分叉前的区块称为父区块，分叉后的区块称为子区块。 可以形象地理解为：

爸爸（父块）

在两个不同矿工的帮助下

两个孩子出生（子块）

但

区块链世界不允许生二胎！

那么如何解决这个问题呢？

很简单，老爸街区的两个儿子，赶紧传宗接代，谁生了孙子就留在家里，你生不出来，爸爸就不要你这个儿子了！

父块的两个子块是独立扩展的。 最先完成下一笔交易验证的区块可以扩展，没有扩展的区块将被丢弃。

至此，我应该可以通俗易懂的解释区块链的运行机制，也可以解释清楚什么是比特币。

我个人认为区块链是一个很有前途的领域，值得有兴趣的人深入学习和研究。 毕竟，去中心化和交易的实时确认可能会给我们的生活带来难以想象的改变。