比特币的原理与运作机制解析

众所周知，比特币依靠特定算法并通过大量的计算产生。然而，由于P2P的去中心化特性与算法本身，也将比特币的总数量永久限制在了2100万个。正因如此，比特币才具有极强的稀缺性，这意味着其背后蕴藏着巨大的升值空间。But！本期我们不讲发家致富，而是要向各位科普一下比特币的原理与运作机制。

光知道挣钱 却不知比特币的原理与运作机制？

比特币是2009年由一个化名中本聪（Satoshi Nakamoto）的神秘个人（或组织）创建的。本质上，比特币就是一份数字文件，里面列举着帐户和金额，就像是一个账本，这份文件的副本被保存在比特币网络的每一台电脑中。其实，在现实世界中，这些数字不具有任何意义，它们之所以存在价值，是因为人们自愿用其交易真实货物以及购买服务，并相信其他人也会这样做。

当你向别人转账时，需要向整个网络发送一条信息，随后你账户的金额就会减少，接收者账户的金额就会增加，与此同时，比特币网络中的节点或计算机会更新其账户副本信息，然后继续将交易信息传递到其他节点。这种以数字计算为基础的安全机制，组成了比特币交易网络本身，是一个系统，让一组计算机共同保存一份账本。

说到这里，你会发现其实这与银行保存账本的方式很像，由一组计算机保存而非一个单一实体组织来保存账本。举例俩说，不像在银行只有你自己知道你的交易信息，在比特币交易网络里，每个人都知道每个人的交易信息；而在现实生活中，你能够信任银行也有权起诉它（如果某些交易出了差错），但在比特币网络中，你每时每刻都在与陌生人打交道，因此你不能相信任何人。

换言之，比特币系统的设计机制也让“信任”没有存在的必要。特设的数字函数确保系统的每个方面正常运行。接下来，我们便为各位详细介绍比特币如何实现让一群陌生人去管理其他人的金融交易。

简单来说，例如A给B转账时，他只需向比特币网络广播一条信息，说明账户和金额信息，从A账户转5个BTC给B账户，每个接收到这条信息的节点，会更新他们的账户副本信息，然后继续传送这条交易消息，但节点如何能确定这条请求是可信的呢？因为只有真正的拥有才有权发送这条信息。

实际上，比特币有一套密码规则，用来解锁和管理货币交易，这种密码叫做“数字签名”。就像现实生活中的亲笔签字一样，它能够证明交易的真实性，并通过一种数字算法实现。这种算法能够防止数据复制或伪造。但与简单的静态密码不同的是，每笔交易数字签名都完全不同。因此，在比特币交易网络中你是和完全陌生的人打交道，所以你永远不要把密码暴露给别人，因为密码有被复制和重新使用的危险。

数字签名是这样运作的，它由两个不同但相互关联的密钥构成，“私人密钥”用来创建一个数字签名，“公共密钥”用来让其他人核对私人密钥。我们可将私人密钥看作真正的密码，数字签名将作为一个媒介，证明你拥有密码，同时并不要求你将密码信息展示出来。

在比特币交易网络中，公共密钥其实就是“发送至”地址，所以当你向某人转账时，其实是将货币发送至对方的公共密钥。消费时，你必须证明你是公钥地址的（钱被转至的地址）真正拥有者，通过交易信息和你的私钥生成数字签名的这个过程，可以证明你是真正拥有者的身份。

网络中的其他节点可在一个不同的函数中，利用该数字签名来核实它是否与你的公钥相符。通过分析数字签名背后的数学算法，网络中的其他人就能够核实发送人为密钥真实拥有者，而无需真正看到密钥。有一点非常重要，由于数字签名取决于交易消息，因此每笔交易数字签名都不相同，而且不能在另一笔交易中再次使用，而且数字签名取决于交易信息的关系，意味着没有人可以修改该信息。

当该交易信息在网络中传送时，因为任何对交易信息的更改都会导致数字签名失效。当然，这背后的数学算法非常复杂，因此我们在这里不做详细的解释，但可以提供一些关键词供大家自行百度，例如‘椭圆曲线数字签名算法’，‘数字陷门（函数）’等等。

比特币交易网络中，货币的所有权是通过验证历史交易信息进行核实的。例如要发送5个BTC给B，A必须援引之前收到这5个或更多比特币的历史交易信息，这些被援引的交易记录称作“进账”，网络中核实该交易信息的节点会查看那些“进账”，以确保A是真正的接收者，并确保进账数额为5个BTC或更多。

下面我们通过一个实例来看具体如何操作。如上图，这笔交易援引了6个进账信息，总共139.6个比特币，在出账表格中有两行内容，第一行显示退还给发送人的比特币金额，有一条简单的规则表示每笔交易都必须将进账金额用完，因此，如果你要发送的比特币金额与任何一笔进账都不完全匹配，你需要将余额发送给自己。

通过这些被援引的进账关系，对于比特币的所有权在网络中以某种链条方式进行传递。但你如何相信之前的历史交易呢？当然不能简单相信，而是需要验证交易当事人他们的进账。事实上，当你开始安装比特币钱包软件时，该软件会下载之前每笔交易记录，并且会验证每笔交易的有效性，一直验证到最开始的第一笔交易。时刻记住你是在和陌生人打交道，因此必须为自己核实每笔交易，整个验证过程可能会花费24多个小时，但却一劳永逸。

因此，比特币并未采用记录账户余额的方式，而是采用记录交易信息的方式，一张信息量庞大的交易记录表。拥有比特币，也就意味着交易记录表中有些交易与你的名字挂钩，并且这些交易还没有被消费，换言之，就是被其他交易活动作为进账而引援。这种所有权结构带来一个有趣的结果，就是要计算你的账户余额，你需要对以往的每笔交易进行计算，要对所有未消费的进账进行合计。当然，比特币网络还能支持更复杂的交易过程，这里就不再赘述，感兴趣的朋友可以自行研究一下。

总结：虽然比特币2009年就已出现，但真正流行起来还要算2013年，其价值曾在两个月内暴涨了10倍之多。尽管升值空间巨大，但其投资风险也是有目共睹的，需有一颗强悍的心脏，应对比特币暴涨暴跌的走势。总之，投资需谨慎。