文章有点长，但看完必定能让你理解比特币的三生三世，其中包括提出比特币的动机、能够处理什么问题、关键组件和设计计划在这篇文章中展现的酣畅淋漓。
有一个村庄名叫叫“比特村”，他们的买卖方式便是以物易物。为什么会是以物易物呢？而不是像咱们相同直接用钱去买？
1、初始，以物易物的日子很满足
比特村与世隔绝，过着自给自足的生活，乡民们没有进行过大规划的买卖活动，只围绕着鸡鸭鹅兔等商品之间直接交换，而没有中心流转介质，也便是说没有钱银流转。
2、什物钱银应运而生
老张不想拎着重重的面粉再去换老李的羊了，他想用一个中心的流转介质代替面粉，直接去老李家买羊。要不怎么说社会的开展都是由“懒人”推动的，经过咱们一起商议决议切割一些稀有的金属或许贝壳来充任和货物等值的流转介质，这个进程需求细分，例如，1g黄金等于1袋面粉。比特村就此进入了什物钱银年代。
3、进一步开展为符号钱银
好景不长，金属磨损过于严峻、丢失或故意囤积而导致总量损耗严峻的状况，起初10g的黄金经过100次买卖今后，原本能买10袋面粉，现在只能买9袋，但中心的这个损失却不知道由谁来承当。
这个时候村长提出来“纸质黄金”，由村里多位德高望重的人集体在纸上写上10g黄金，那这张纸就能代表10g黄金，并且造假的难度很大，不会呈现通货膨胀，咱们再次到达共识。
假如磨损严峻咱们就能够找到村长一干人等从头再写一张，之前的作废。此刻，比特村进入了符号钱银（纸币）年代。而老村长就承当了政府和银行的人物。
4、中心体系虚拟钱银
日子没过几年老村长操劳过度逝世了，由儿子二狗子担任新一任村长。年轻人总有很多新想法，他将乡民的纸币悉数收上去，假如有人要进行买卖就要经过他的记账，咱们的通识再次到达。
由二狗子担任中心记账者的人物，例如老张要拿1克金子向老李换1只羊，他俩需求一起给二狗子打电话，阐明要将老张的1克金子划归老李，二狗子拿出账本，看看老张名下是否有1克金子，假如有就在老张的名下减掉1克，在老李的名下加上1克，此刻老李在电话中听到二狗子供认转账完结，就能够定心让老张把羊牵走了。
此刻比特村进入了中心体系虚拟钱银年代。每个乡民都不需求用什物付出，付出进程变成了二狗子维护账本上数字的改变。
5、分布式虚拟钱银
二狗子开端有野心了，他开端觊觎乡民账本上的金子，二狗子暗里将老张账上的10g金子划给了自己。这个账本是能够被乡民查阅的，老张发现自己账上少了10g金子，二狗子没想到老张居然也有记账的习气，老张用自己的账本和二狗子的账本进行对比发现了那笔未经老张审核的转账。
东窗事发！比特村炸开锅了。二狗子被咱们弹劾下台。不过咱们也发现了账本集中在一个人手里的坏处：
· 这个体系彻底依赖于账本持有人的个人信用，假如这个人不守规矩，随意篡改账本，那么整个钱银体系就会溃散
· 假如这个人家里失火或许账本失窃，相同也会为整个体系带来毁灭性的冲击
6、比特币的虚拟钱银体系
因为问题出来的匆忙，村里早已乱成一锅粥，咱们纷繁守好自己的钱袋子不再信赖任何人。
这时候村里一个叫中本聪的宅男科学家走上了台，告诉咱们他现已设计了一套不依赖任何中心处理人的叫比特币的虚拟钱银体系，能够处理上述问题。然后他缓缓叙述了自己的计划。咱们先来看看他的计划详细是什么样的？
一、基础设施搭建
1、账簿揭露机制
中本聪首要阐明，要对现有账簿进行如下改造：
1. 账簿上不再记载每户乡民的余额，而只记载每一笔买卖。即记载每一笔买卖的付款人、收款人和付款金额。只需账簿的初始状态确定，每一笔买卖记载牢靠并有时刻作为依据，当时每个人持有多少钱是能够推算出来的。
2. 账簿由私有改为揭露，只需任何乡民需求，都能够取得当时完好的账簿，账簿上记载了从账簿创建开端到当时一切的买卖记载。
揭露账簿让乡民无法承受，为什么自己的资产数量要让别人知道，这样隐私不就彻底露出了吗？鉴于乡民们的种种担心和疑虑，中本聪说了一个办法便是身份与签名机制（公钥加密体系）。
2、身份与签名机制（公钥加密体系）
在这套机制下，任何人都不运用实在身份买卖，而是运用一个唯一的代号买卖。
他展示了手里奇特的东西，说这两件东西分别叫保密印章和印章扫描器。后面他会给村里每一户发一个保密印章和一个印章扫描器。两者的效果如下：
· 保密印章能够在纸上盖一个章，每个印章盖出的章都隐含了一个全村唯一的一串字符，可是凭肉眼是看不出来的。也无法经过观察来制作出相应的印章。
· 印章扫描器能够扫描某个现已盖好的章，读出隐含的信息，并在液晶屏上显示出一串字符。
有了这两个奇特的东西，咱们就能够在不露出实在身份的状况下进行买卖了，而印章隐含的那一串字符便是这户人家的代号。
4、成立虚拟矿工安排（挖矿群体）
中本聪面向全村招募虚拟矿工，招募要求如下：
· 矿工以组为单位，一组能够是单独的一户，也能够是几户联合为一组
· 成为矿工不影响正常运用钱银
· 矿工每天要花费必定时刻从事比特币“挖矿”活动，可是不同于挖金矿，虚拟矿工不需求拿着东西去野外作业，在家里就能够完结作业
· 矿工有必定或许性取得酬劳，在挖矿活动中付出的越多，取得酬劳的或许性越大
· 矿工能够随时退出，也能够随时加入新的矿工
很快，大约有1/5的乡民加入比特币矿工安排，共分成了7个组。
二、树立初始账簿（创世块）
中本聪说，将二狗子手里的账簿当作依据，把典当的一切黄金按账簿记载的余额退还给每位乡民，然后彻底销毁这本账簿。
再用一本新账簿，在账簿的第一页上记载了一些买卖记载，与之前不同的是，这些记载的付款人一栏全都是“体系”，而收款人分别是每个印章对应的隐含字符。
代表初始时刻，体系为每一户默认分配了必定数量比特币，可是数量十分少，都只需几枚，乃至有些不幸的村户没有取得比特币。
接着中本聪表明，因为当时市面上比特币十分少，咱们能够先回到用黄金做钱银的年代，因为我不是村长，我也没有权力强迫咱们必定要供认比特币，咱们能够自行决议要不要承受比特币。
不过跟着比特币的流动和矿工的活动，比特币会渐渐多起来。
三、支授予买卖
接下来咱们以老张交给老李10个比特币为例来详细看一下这个买卖的流程。
1、付款人签署买卖单
为了付出10个比特币，老张首要要询问老李的标识字符串，例如是“ABCDEFG”，而老张也有一个标识字符串例如是“HIJKLMN”，转账的单子就出来了，内容为“HILKLMN付出10比特币给ABCDEFG”，老张用自己的保密印章盖章（保护自己的隐私），然后将这张单子交给老李。
为了便于追溯这笔钱的来历，还要在单子里注明这笔钱的来历记在哪一页。
例如老张的10比特币来自树立账簿时体系的赠送，记载在账簿第10页。
2、收款人供认单据签署人
老李拿到单子需求供认是否来自“HIJKLMN”这个人（也便是老张）签署的，这个并不困难。
因为单子上有必要有保密章，老李拿出印章扫描器便可验证，假如液晶屏显示出的字符和付款人字符是共同的（这里是“HIJKLMN”），就能够供认单子确实是付款人签署的。
3、收款人供认付款人余额
之前的中心虚拟钱银体系中，二狗子负责查看付款人的余额，并通知收款人买卖是否有用，现在二狗子被开了，谁来负责记账和供认每笔买卖的有用性呢？
这个体系是分布式钱银体系，不依赖任何中心人物，因而不会有一个或少数几个人负责这件事，终究承当这份作业的是矿工安排。
四、矿工的作业
矿工的作业是整个体系的核心，也是最复杂性最高的地方。咱们来看一下矿工的作业内容和意图。
1、矿工的东西
比特币矿工不用铁撅、铁锨和探照灯等东西，不过也要有一些必备的东西。
初始账簿。每个组首要自己仿制一份初始账簿，初始账簿只需1页，记载了体系的第一次赠送
空账簿纸。每个小组有若干账簿纸，每一页纸上仅有账簿结构，没有填内容，详细如下：
编码生成器（哈希函数）。中本聪向矿工安排的每个组分发了若干编码生成器，这个东西能够将一页账簿填好内容的账簿纸放入这个机器，机器会在账簿纸的“本账单编号”一栏自动打印一串由“0”和“1”组成的编号，共256个。最奇特的是，编号生成器有如下功能：
· 生成的编号仅与账簿纸上填入的内容有关，与填写人、字体、填写时刻等因素均无关
· 内容相同的账簿纸生成的编号总是相同，可是假如内容哪怕只改一个字符，编号就会面目全非
· 编码生成器在打印编码时需求将一切填入账簿纸的买卖单放入，机器会扫描买卖单和填入买卖单的共同性，尤其是保密印章，假如发现保密印章和付款人不共同，会拒绝打印编码
· 将一张已打印的账簿纸放入，机器会断定编号是否是有用的机器打印，并且断定编号和内容是否共同，这个编号无法假造
· 买卖单收件箱。每个矿工小组需求在门口挂一个箱子用于收集买卖单。
· 布告板。每个矿工小组相同需求一个布告板公示一些信息。
有了上面的东西，矿工安排就能够开工了！
2、收集买卖单
中本聪规则，每笔买卖的发起人，不但要将买卖单给到收款人，还要一起仿制若干份一模相同的买卖单投递到每个矿工小组的收件箱里。
矿工小组的人定期到自己的收件箱里把收集到的买卖单一起取出来。
3、填写账簿
此刻小组的人拿出一张空的账簿纸，把这些买卖填写到“买卖清单”一栏，一起找到当时账簿最终一页，将最终一页的编号抄写到“上一张账单编号一栏”。
注意还有个“走运数字”，能够随意填上一个数字，如12345。然后，将这样账簿纸放入编号生成器，打印好编号，一张账簿就算完结了。
假如你以为矿工的作业就这么简略，那就大错特错了，中本聪有个反常的规则：只需编号的前10个数均为0，这页账簿纸才算有用。
依据之前对编号生成器的描述，要修改编号，只能修改账簿纸的内容，而“买卖清单”和“上一张账簿纸编号”是不能随意改的，那么只能改走运数字了。
假如编号的每一个数字都是随机的，那么平均写1000多张走运数字不同的纸才干取得一个有用的编号。
于是为了生成有用的账簿纸，小组里的矿工就不断抄写账簿纸，但每张纸的走运数字都不同，然后不断的重复将纸放入编码器，假如生成的编号不符合规则，这张纸就算废了，重复这个进程直到生成一串有用的编号。
还记得之前说过矿工有酬劳吧，这便是矿工的动力了。
中本聪规则：每一张账簿纸的买卖清单第一条买卖为“体系给这个小组付出50个比特币”。也便是说，假如你生成了一张有意义的账簿纸，并且被一切挖矿小组承受了，那么就意味着这条买卖也被承受了，你的挖矿小组取得了50个比特币。
这便是这些矿工为什么要拼命干这看似无意义的事情的原因了。
例如下面是一个挖矿进程，这个小组的公共比特币帐号为“UVWXYZ”。
在走运数字尝试到“533”时，体系生成了一页有用账簿。
4、供认账簿
当某挖矿小组走运的生成了一张有意义的账簿，为了得到奖赏，有必要立刻请其它小组供认自己的作业。
前面说过，当时村里有7个挖矿组，所以这个小组有必要将有用账簿纸誊抄6份快马加鞭送到其他6个小组恳求供认。
中本聪规则，当某个小组接到其他小组送来的账簿纸时，有必要立即停下手里的挖矿作业进行账簿供认。
需求供认的信息有三个：
1. 账簿的编号有用
只需将送来的账簿纸放入编码生成器进行验证，假如验证经过，则编号有用。
2. 账簿的前一页账簿有用
需求将账簿页上的“上一页账簿纸编号”和这个小组目前保存的有用账簿最终一页编号比对。
假如相同则供认；假如不同，需求顺着已有账簿向前比对，直到找到这个编号的页。
假如没有找到指定的“上一页账簿纸编号”对应的页，这个小组会将此页丢掉。不予供认。
3. 买卖清单有用
便是要供认当时每笔买卖的付款人有足够的余额付出这笔钱。
买卖信息里包含这笔钱是如何来的，还包含了记载来历买卖的账单编号。
例如，HIJKLMN要给ABCDEFG10个比特币，并注明晰这10个比特币来自之前OPQRST支交给HIJKLMN的一笔买卖。供认时首要要供认之前这笔买卖是否存在，一起还要查看HIJKLMN在这之前没有将这10个比特币支交给别人。
这一切供认后，这笔买卖有用性就被供认了。
假如完结了一切了上述验证并悉数经过，这个小组就认可了上述账簿纸有用，然后将这张账簿纸并入小组的主账簿，舍弃目前正在进行的作业，后面的挖矿作业会根据这本更新后的主账本进行。
5、账簿供认反应
对挖矿小组来说，当账簿纸送出去后，假如后面有收到其他小组送来的账簿纸，其“上一页账簿纸编号”是自己之前送出去的账簿纸，那么就表明他们的作业成功被其他小组认可了，因为现已有小组根据他们的账簿纸持续作业了。此刻，能够以为现已得到了50个比特币。
以上便是整个比特币的付出体系。
咱们来分析一下这个体系为什么能够作业下去，和这个体系或许面对的风险。
五、核心问题答疑
第一个问题：假如一起收到两份合法的账簿页怎么办？
各个挖矿小组是并行作业的，因而彻底或许呈现这样的状况：某小组收到两份不相同的账簿页，它们都根据当时这个小组的主账簿的最终一页，并且内容也都彻底合法，怎么办？
关于这个问题，中本聪说，小组不应该以线性方式安排账簿，而应该以树状安排账簿。任何时刻，都以当时最长分支作为主账簿，可是保留其它分支。举个比如，某小组一起收到A、B两份账簿页，经核算都是合法的，此刻小组应该将两页以分叉的形式安排起来，如下图所示：
黑色表明当时账簿骨干。此刻，能够随意挑选一个页作为当时主分支，例如挑选A：
此刻假如有一个新的账簿页是根据A的，那么这个骨干就连续下去：
假如这个骨干一直这么连续下去，表明咱们基本都以A为骨干，B就会被忘记。可是也有或许忽然B变成更长了：
那么咱们就需求将B分支作为当时骨干，根据这个分支进行后续作业。
从部分来看，尽管在某一时刻各个小组的账簿骨干或许存在不共同，但大方向是共同的，那些偶然因为不同步产生的小分支，会很快被淹没在历史中。
第二个问题：假如挖矿小组有人假造账簿怎么办？
只需挖矿安排中大多数人是诚笃的，这个体系就牢靠，详细分几个方面：
首要，根据保密印章机制，没有人能假造别人身份进行付款，因为编码生成器在打印编码时会核对一切买卖单的保密印章，印章和付款人不共同会拒绝打印。
并且诚笃的矿工也不会供认不合法的买卖（如某笔买卖付款方余额不够）。
所以只需一种或许的进犯行为，即在收款人供认收款后，从另一条分支上树立另外的买卖单，撤销之前的付款，而将同一笔钱再次付款给另一个人（即所谓的double-spending问题）。下面相同用一个比如阐明这个问题。
先假设有一个进犯者具有10个比特币，他准备将这笔钱一起支交给两名受害者A和B，并都得到供认。
第一步，进犯者准备从受害者A手里买10比特币的黄金，他签署买卖单给受害者A，转10个比特币给受害者A。
第二步，这笔买卖在最新的账簿页中被供认，并被各个挖矿小组布告出来。受害人A看到布告，供认比特币到账，给了进犯者10个比特币等值的黄金。
第三步，进犯者找到账簿，从包含方才买卖的账簿页的前一页做出一个分支，生成更多的账单页，超越方才的分支。因为此刻方才进犯者制作的分支变成了骨干分支，而包含受害者A得到钱的分支变成了旁支，因而挖矿安排不再供认方才的转账，受害者A得到的10比特币被撤销了。
第四步，进犯者能够再次签署买卖单，将同一笔钱支交给受害者B。受害者B供认钱到账后，支交给进犯者等值黄金。
至此，进犯者将10个比特币花了两次，从两名受害者那里各购得等值黄金。进犯者还能够依样画葫芦，撤销与受害者B的转账，将同一笔钱再支交给其别人。
中本聪解释道，之前设定反常的编号规则，正是为了防护这一点。
假如某账簿页包含你收到钱的供认，并且在后面又连续了6个，那么进犯者想要在落后6页的状况下从另一个分支赶超当时主分支是十分困难的，除非进犯者具有十分多的人力，超越其他一切诚笃矿工的人力之和。
并且，假如进犯者有如此多人力，与其花这么大力气搞这种进犯，还不如做良民挖矿来的收益大。这就从动机上杜绝了进犯的构成。
第三个问题：比特币会一直增加下去，岂不是会严峻通货膨胀？
中本聪说，我给矿工安排的操作细则手册会阐明，刚开端咱们协议每生成一页账簿，奖赏小组50个比特币，后面，每逢账簿增加21,000页，奖赏就折半，例如当到达210,000页后，每生成一页账簿奖赏25个比特币，420,000页后，每生成一页奖赏12.5个，依次类推，等账簿到达6,930,000页后，新生成账簿页就没有奖赏了。此刻比特币全量约为21,000,000个，这便是比特币的总量，所以不会无限增加下去。
第四个问题：没有奖赏后，就没人做矿工了，岂不是没人帮助供认买卖了？
矿工的收益会由挖矿所得变为收取手续费。例如，你在转账时能够指定其中1%作为手续费支交给生成账簿页的小组，各个小组会挑选手续费高的买卖单优先供认。
第五个问题：矿工假如越来越多，比特币生成速度会变快吗？
不会。中本聪解释，尽管能够恣意加入和退出矿工安排，导致矿工人数变化，每个矿工也会拿到一个编码生成器，不过我现已在编码生成器中加入了调控机制，当时作业的编码生成器越多，每个机器的功率就越低，确保新账簿页生成速率不变。
比特币的原理及运作机制便是这样，比特村也越来越赋有了，中本聪的呈现无疑不是比特村的福星。
视野开拓
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