最近一段时间，比特币价格再次暴涨，超过2017年的最高点，达到约20000美元的天价。短短十余年间，比特币从一文不值，到万人追捧，诞生了许多超级富豪，又让无数人倾家荡产。夜来风雨声，花落知多少。
比特币的价格走势
比特币到底有没有价值？不同的人有不同的回答。有人认为：比特币不过是一个数字游戏，无论涨到多高，也终究是无源之水、无根之木，逃脱不了崩盘的厄运；也有人认为：货币的价值来源于信任，新的国家建立时，能将一张张普通的纸变成货币。只要人们信任比特币，它的价值就永远不会消失。
金融生来就或多或少带有原罪。在这场争论中，每个人都会从自己的经济地位角度给出答案。我从未购买过比特币，不为比特币站台，但是我却认为：单纯从技术上讲，比特币的设计的确令人惊叹。我想把比特币当作一件艺术品，带着大家探讨一下它背后的原理。
01
比特币的诞生
2008年，秋风渐冷，此时金融危机的阴云逐渐扩散到整个世界。那年的11月1日，一个化名中本聪的网络极客对着电脑，给一篇不足5000字的论文做最后的修改。没有人会提前预知，这篇短小的文章竟会掀起长达十几年的腥风血雨。它就是《比特币：一种点对点式的电子现金系统》，也叫做《比特币白皮书》。虽然人们不知道中本聪是谁，但是许多比特币玩家都把《白皮书》看作新时代的《圣经》。
白皮书
传统互联网上的贸易，几乎都需要借助金融机构作为可信赖的第三方来处理电子支付信息。比如我们用信用卡、支付宝，或微信支付买东西，信息都会通过网络传递到银行或者腾讯、阿里的计算机系统，由它们来记账。我们信任这种支付方式，因为它有国家信用或者公司信用的担保。银行和大型公司是这个记账模式的中心，这就是中心化的记账系统。
但是，2008年严重的金融危机让中本聪感到这种“基于国家和公司信用的模式”存在风险，因为国家存在滥发货币的风险、公司更是可能为了利润滥用金融衍生品、剥削居民财富。他在《白皮书》中提出：我们的记账系统并不一定需要一个中心，交易只需要一个公认的账本即可，这个账本应该要公开地广播给所有人。这就是去中心化的电子记账系统。在这个电子记账系统中流通的货币就是比特币。
中心化交易系统与去中心化交易系统
02
什么是区块链？
去中心化的电子记账系统是如何实现的呢？
例如：网络上有A、B、C、D四个交易者，A向B支付了10个比特币，这件事要记录在账单中。不过，账单不能只存在于A和B手里，否则就没办法确认账单的真实性。他们要把这笔账单广播到网络上，告诉C和D发生了这笔交易，并请求C和D帮忙记录这笔交易。过了一会儿B和C、C和D之间也进行了转账交易，他们同样要把账单广播给网络上的所有人。
A、B、C进行的交易记账
网络上的所有用户都可以接收到这些账单，如果他们愿意，就可以把账单进行打包，形成一个数据块，我们叫它区块。一个区块的容量大约是1M，可以存储4000条左右的交易记录。区块打包好之后，就可以把它链接到以前的区块上。再过一会儿，又会有新的区块链接到它后面。如此形成了一条账单包的长链，这就叫区块链。
区块链
也许看到这里，许多人的脑子里会冒出许多小问号。
比如：为什么我把账单广播到网络上，就会有人收集打包呢？为什么别人要占用自己的电脑资源，记录一个跟他无关的账目呢？
再比如：因为网络延迟效应，每个人记录的账单可能是不一样的。举例来说：网络上有两笔交易：A给B转账10个比特币，B给C转账5个比特币。由于用户C与A更近，他的账本里先记录了第一条数据，后记录了第二条数据。而用户D与C更近，他的账本里先记录了第二条数据，然后再记录第一条数据，最终C和D的账单不一样，我们以谁为准？
再比如：如果A原本没有给B进行转账，B却向全世界广播:A给自己转账了10个比特币，我们该如何发现这是一条伪造的数据？假如有人在已经打包好的区块上动手脚进行篡改，我们是否能发现？假如一个人只有10个比特币，他却要同时支付给两个人每个人8个比特币，这能不能做到？所有账单都是公开的，我们又如何保护个人的隐私……
中本聪在设计比特币时做了周到的考虑，我们先来回答第一个问题：为什么别人愿意为我们记账？
03
记账手续费和打包奖励
在《天下无贼》这部电影中，傻根为了省下转账的手续费，怀揣6万元现金踏上了回家的列车，在车上遇到了盗贼、劫匪、警察，开启了一段曲折离奇的故事。
《天下无贼》剧照
我们通过银行转账，需要额外付出一笔手续费。在比特币系统中，每一笔支付也会有手续费，假如A给B转账10个比特币，A还要额外多付一点点钱，这笔钱是给记账的人的奖励，用以换取大家对这笔交易的认可。每打一个数据包，数据包里面的记账奖励就归打包人所有，从而促使更多的人愿意为别人的账单记账和打包。
手续费只是让比特币在用户之间流转，但是比特币没有中央机构，它从哪里发行呢？其实，每当我们将一个数据包链接到区块链上，还会额外获得系统约定的打包奖励，这个奖励是按照协议自动生成的，相当于是传统货币的发行过程。
中本聪提出比特币系统的时候，设计出了这样的方案：尽量保证每10分钟出现一个新的数据块。最开始的四年，将一个数据块链接到区块链上，就会得到50个比特币的奖励，为了保证资源的稀缺性，四年之后，每链接一个数据块会得到25个比特币的奖励，再过四年奖励变为12.5比特币…
虽然每十分钟新增一个数据块的速度基本保持不变，但是每次加新块的奖励却成等比数列减少，根据高中学过的等比数列知识，如果按照这个打包速度永远进行下去（每小时有6个新的数据块，每天有24小时，每年有365天，每4年比特币奖励减半），总的比特币奖励也是有限的，它的数量是
也就是说：比特币的总量大概就只有2100万个，这就保证了比特币的稀缺性。
既然记账并打包数据就可以赚取比特币，网络上的比特币参与者都想抢着记账，那么，记账的权利到底归谁呢？中本聪想到一个办法：工作量证明。
每个参与记账的用户都要去做一个很难的数学题，只有第一个把这道数学题做出来的人，才有权利进行打包。这个数学题是如此的复杂，以至于没有任何一个人能够直接通过脑子把它做出来，也没有任何更加快捷的方法，唯一的解决方案是利用电脑一个数字一个数字地进行尝试，最先通过尝试得到数学题答案的人立刻向周围人广播自己的答案，周围的人确认他的答案正确，那么他就有权利打包这个区块，并且获得记账奖励和打包奖励了。随后，游戏重新开始，全世界所有的比特币参与者进入下一轮试数解题的过程中。
通过努力的计算获得正确的结果，获得比特币奖励，这就如同我们在矿洞里一镐子一镐子地挖土，最终挖到了黄金一般。人们把这个过程形象地称为挖矿，游戏的参与者就称为矿工，而用来计算数学题的电脑就称为矿机。
那么，这个数学题到底是什么？为什么用全世界的电脑同时计算也需要10分钟左右才能计算出来？敬请期待比特币（二）哈希函数和工作量证明。
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