比特币到底是什么？ 99.99%的人想不通

本文是为想了解什么是比特币，又看不懂白皮书的朋友写的。

在过去的一个月里，关于比特币的讨论层出不穷，但对于“什么是比特币？”这个最基本的问题，很多人还是一头雾水。 有一些文章用各种比喻来解释比特币的原理，我觉得还不够。 要真正理解，你需要了解比特币的核心机制和数学。

这不是一篇很酷的文章，但并不难理解。 初中数学基础就够了。 花 10 分钟阅读后，您将对许多问题有自己的答案，例如：

“比特币有什么用？”

“区块链是泡沫吗？”

“要坐班车吗？

“

面对一个全新的概念和事物，如果想直接回答“它是什么”，答案通常是很晦涩的。 让我们换个思路，从背后进攻。 想象一下，如果你想从头开始一步步重塑比特币，这个过程是怎样的？

假设西游记四人组穿越到现代生活，大家一起吃唱K。

每次吃完饭都要现金结账太麻烦了，八戒经常忘记带钱。 悟空提议：以后大家之间的经济往来要记在统一的账本上，工资统一结算前的月底发。

比如今天大家一起喝酒，师傅买单，一共花了400块钱。 老规矩，AA，在账本上记下这三项：

悟空要付给师父100元

漂流要付师傅100元

八戒要给师傅100块钱

明天大家一起捏脚，八戒买单，八百元，还记下：

悟空要付给八戒200元

沙僧要赔给八戒200元

师傅要付给八戒200元

月底了，大家收账记账，用现金结账。 如果本月只有两笔交易（不可能），现金结算如下：

悟空为了跟风，把这本账本做了一个网站，四个人就可以到网站上记一笔了，都是兄弟，不用担心。 系统规则可以概括为：

1. 每个人都可以在账本上记录一笔交易

2.月末现金一次性结算

头几个月进展顺利。 但人性经不起考验，很快就会出错。 悟空查看后台，发现八戒偷偷写了几个假账号：

师傅要付给八戒200元

沙僧赔八戒300元

在众人的盘问下，八戒认错了，说自己最近买嫩模币亏了太多钱，想凑点钱回本。

为了应对可能的作弊，悟空想到了另一种方式，电子签名。

每个人都熟悉手写签名。 当你刷卡买东西时，你的签名意味着你知道并同意这笔交易。 不能否认。 同时，其他人无法伪造您的笔迹，从而保证交易的真实性。 .

电子签名是不同的。 从理论上讲，电子签名是一串0和1的字符，电脑可以直接复制，别人可以伪造你的签名。

怎么做？ 密码学提供了一种巧妙的方法。

我们先给大家发一对密码，一个叫别人能看到的公钥，一个叫别人看不到的私钥。

如果你想在一笔交易上签名表示你认可，你需要做如下操作：将交易包含的信息和你的私钥作为两个变量，输入签名函数，结果为 对应此交易的签名，一个 256 位二进制数。

这个签名是无法伪造的，因为别人不知道你的私钥，没有变量自然得不到结果。

不用担心别人会根据签名计算出你的私钥，因为这个签名功能是不可逆的。

同时，这个签名不能直接复制用于其他交易，因为一旦交易信息稍有变化，对应的签名就会完全不同。

换句话说，具体的私钥、交易信息和签名是紧密耦合的，更改其中任何一个都会导致这种组合出现问题。

还有一个问题，别人怎么确定这个签名确实是你根据你的私钥和交易信息计算出来的正确签名呢？ 既然有了公钥，那么任何人都可以这样验证：将交易中包含的信息、签名和公钥作为三个变量，输入验证函数，如果结果为真，则签名是正确的，反之亦然。

从理论上讲，这种验证功能提供了轻微的机会来伪造签名。 你可以尝试各种可能的组合，将它们输入到验证函数中，如果结果为真，那么签名是正确的。

问题是这是一个 256 位二进制数的签名。 可能的组合数是2的256次方，大约是10的80次方。 它与宇宙中的原子数几乎是同一个数量级。 每秒尝试 10,000 次。 ，你不能数到宇宙的尽头。

因此，如果签名被验证为真实的，那么签名的人必须是交易的所有者（或上帝本人）。

悟空表示，有了电子签名，以后的每一笔交易都需要交易的主人签字才有效。

比如这次交易：漂流要付给八戒1000元。 如果交易的所有者是漂流，那么漂流就必须用自己的私钥为这笔交易信息生成签名并签名。 此交易被视为有效。 其他人可以使用 Drifting 的公钥来验证签名是否真实。 这样就没人可以作弊了。

另外，为了督促八戒改邪归正，悟空还加了一条规定，大家先交1000的保证金，之后谁的账户余额降为0就不能继续交易，也就是不能透支。

问题解决了。 几个月后，大家发现，在新规定下，每个月都可以不用现金结算。 这个账本变成了一个小银行，账本上的余额就是银行账户里每个人的钱。 只要不透支，大家可以不用现金进行交易普通人玩的懂比特币吗，借钱还钱可以记账结算。你不妨把这个账本上的钱叫西游记货币，兑换成1元=1个西游币

此时，你会发现账本在某种程度上起到了货币的作用。 系统规则也进化到了2.0版本：

1. 每个人都可以在账本上记录一笔交易，但必须由交易的所有者签名才有效

2. 无透支

一天，师傅突然给悟空出一道题。 现行制度虽好，但也存在隐患。 如果控制账本所在网站的人想作弊，谁来监管他？ 可不可以每个人都有一个账本，自己记录，然后互相同步，互相监督？

八戒提了一个问题，那么如果大家记账不一样，那谁的账为准呢？

所有人都陷入了沉思。 诚然，大家记账不依赖于特定的中心，但是如果有人作弊，导致大家的账目不一致，这时候怎么解决纠纷呢？

只见东方飘来一片紫气，中本聪出现了。 他从天上掉下一本 8 页的书，飘走了。 悟空拿起书，只见上面写着：

谁拥有最大的计算能力，谁就会信守诺言。

悟空瞬间清醒过来，开始给大家讲新的方法：

我们先分别记账，每隔一段时间，我们就开会查账。 如何检查？ 玩数学游戏就是找账本对应的幸运数字。 唯一的办法就是猜测。 谁的算力大谁猜对的可能性就大，猜对了就会有奖励。 猜对了之后，这次查的账本就算是最终的了，大家以这个账本为准。

查账的时候发现八戒写的账本有一部分和别人不一样怎么办？ 没关系，我们还是玩这个猜数游戏，只要作弊方的算力少于一半，非作弊方就赢了，因为它的算力更大。 最后大家还是会以游戏的胜者，也就是账本正确为准。

大致如此，详情如何？ 至此，我们准备深入比特币的核心思想 。 为了充分理解，我们需要介绍几个不太常见但非常有用的概念。

先介绍一下密钥杀手：SHA256算法。

SHA256 是一种加密哈希函数。 输入任意一条信息，运行SHA256函数。 输出结果将是一串 256 位的二进制数。 这个数字就是这条信息的哈希值或者摘要，可以理解为这个段信息的一个特定的ID。 世界上所有的信息都有自己唯一的哈希值，一一对应，永不重复。

SHA256 的另一个特点是不可逆。 它只能根据信息计算出信息的哈希值，而不能根据信息的哈希值计算出信息本身。 如果给你一个hash值，想知道对应的信息，唯一的办法就是一个一个去尝试，没错，就是1/256的几率，可能要等到宇宙毁灭后才能去尝试。

这个大杀器就是刚才说的数学游戏的基础。 只要它保持强大且未被黑客攻击，比特币在数学上就是合理的。

接下来，让我们仔细看看这个数学游戏是如何运作的。

我们假设每页账本只能记录十笔交易信息。 录好一页后，我们要在这一页的末尾找一个幸运数字签名。 这个数字必须使这一页所有信息（包括数字本身）的哈希值满足一个特性，比如前30位全为0。只有这个数字被签名，这页账本才有效。

这样，由于SHA256的特性，要找到这个数只能靠试错，成功的几率极低，2的1/30，也就是说大约需要10亿次试错成功一次。 买彩票中五百万是这个游戏的翻版，不过中五百万的几率还是很大的。

一旦有人找到了这个数字，其他人想要验证这个数字是否正确，只需要重新计算一遍，非常简单。 这也很像买彩票。 您可以检查您是否中了彩票。

这个幸运数字被称为工作量证明，Proof of Work。 如果你能找到这个具体的数字，说明你投入了足够的时间和算力（因为没有别的办法），同时其他人也可以很容易地验证这个东西，而不用重新计算一遍。

那么为什么有人愿意投入时间、机器和电费来玩这个游戏呢？ 因为我们设计了奖励机制，猜中这个数字的人会得到一定数量的比特币作为奖励，并且会在账本页面增加一个项目，谁得到2个比特币。

通过这种游戏，人们会自发地验证比特币网络中的交易是否有效，唯一的办法就是投入时间和算力进行猜测。 乍看之下，浪费这么多资源来玩数字游戏，似乎并不明智？ 别着急，过一会儿你就会发现不对劲了。

最后要介绍的是区块链，区块链。 这个词是从哪里来的？ 比特币将账本分成许多区块普通人玩的懂比特币吗，每个区块记录一定数量的交易，每个区块称为一个区块。 相应的幸运数字将附在每个区块的底部，工作证明。 同时，在区块的顶部，还附加了前一个区块所包含信息的哈希值。 所以这些块被连接成一条链。 实际上，区块链是一种结构比较特殊的账本。 如果改了一页，整本书都会出问题。

将块连接成链是一个非常精巧的设计。

首先，改变任何一个区块的信息都会导致这个区块的哈希值改变，同时也会改变下一个区块的信息（因为是包含关系），然后所有的区块都会改变，整个区块链就会失效了，需要重新计算才能找到对应的POW。 这保证了整个账本的严格准确性。

其次，不同区块之间的位置代表了不同交易发生的先后顺序。 如果块的位置改变了，整个链也会因为同样的原因而失效。 这确保了交易时间记录的准确性。

现在最困难的部分已经介绍完了，我们可以喘口气回顾一下：

大杀器：

SHA256算法可以让我们输入任意一条信息，得到一个对应的数字。 这个数字就是这条信息的哈希值，就像个人ID一样唯一。 反之，通过哈希值计算出相应的信息，只能靠猜测，而且很难猜到。

数字游戏：

对于账本的每一页，我们可以找到一个幸运数字，使其哈希值的前30位全部为0。这个数字很难被猜到，猜对的人将获得比特币作为奖励。 这类似于购买彩票。

巧妙设计的结构：

区块链是将整个账本分成许多区块，将前一个区块的哈希值写入下一个区块的顶部，从而将所有区块关联成一条链，改变任何一个区块的信息或位置都会结果影响整个链条。

说完这三件事，我们就可以看看比特币是怎么运作的。

对于普通用户来说，当一笔交易完成后，广播该笔交易的信息。 同时，一些用户会不断监听全网的交易信息，将这些交易信息打包成区块，然后快速猜出幸运数字。 一旦有人猜中了幸运数字，他们将获得数个比特币作为奖励。 这个区块也被证明是有效的，再次向全网广播，被大家记录下来。 这些不断猜数字的用户就是我们经常听到的“矿工”，猜数字的过程就叫做“挖矿”。

考虑到他们正在做的事情，这有点像挖金子的艰苦工作。 然而，真正的比特币矿工并不需要亲自下地，只需要动用大量的电脑疯狂玩这个猜数字的游戏即可。

矿工和普通用户都是比特币网络中的节点。 不同的是，验证区块需要很高的算力，因此矿工通常拥有专业的设备，比如ASIC或高端显卡。 普通用户使用普通电脑，无法参与验证交易，但仍可以广播自己的交易信息。 矿工在这个系统中更像是管理员，可以做更多普通用户做不到的事情，比如验证区块，获得奖励。

矿工需要收听全网的广播信息，普通用户只需要收听矿工广播的已验证区块并同步到自己保存的区块链即可。 如果你听说这两个块不一致，你应该听谁的？ 中本聪给出的方法是算力为王，后面哪个区块算力大，或者哪个区块链长，就看谁了。

为什么这行得通？ 我们再来绕一圈，从反面来解决这个问题。 想一想，如果要在比特币网络中作弊，具体流程是怎样的？ 发生这种情况需要什么条件？

假设八戒要作弊，大家一起吃饭，师父买单。 按理说，八戒应该给师父一百块钱。 其他矿工在区块中写下了这笔款项：

八戒要给师傅100块钱

他也是矿工，但八戒在区块中抹掉了账户，打包了一个“不同”的区块，验证后发给了诚实的沙僧。

漂移接收到的消息在这个节点开始分裂。 八戒一个人发给他的区块形成一条链，其他矿工的区块形成另一条链。

那么，哪条链会扩展得更快？ 考虑到这是一个完全随机的猜数过程，从长远来看，双方链条延伸的速度与各自拥有的算力成正比。 说不定前几个八戒的运气比其他人加起来还快，但时间一长，自然寡不敌众。 其他矿工的区块链将迅速扩展。 基于“谁的区块链长，谁就跟谁”的规则，漂流会放弃八戒的链，拯救自己区域内其他矿工的链。 在区块链中，共识是通过这种方式达成的。

也就是说，当你收到两个不同的区块时，不要急着决定听谁的，先让区块链飞一会儿，等到其中一个领先另一个至少六个区块时，基本上就是一个木已成舟。

当然，如果八戒掌握了全球一半以上的算力，成为多数，系统就会崩溃。 但由于各种复杂的实际原因，这个条件很难达到。

比特币的算力为王机制，有点像投票。 当大家有不同意见时，他们会投票达成共识。 票数为王，少数服从多数。 如果你想作弊，也不是不可以，但你必须获得多数选票。

至此，比特币全体诞生，系统规则3.0版本：

1.只要投入算力和时间，人人都可以记录和验证

2. 区块链分裂时，保留算力最大的那条链

以上就是比特币的基本运行原理。 从最初的现金交易，到电子签名和中心化账本，再到更高级的分布式账本+POW+区块链，我们在短短十分钟内走完了人类货币进化史。 未来人类的货币金融体系将如何演变，比特币的子子孙孙命运又将如何？ 也许你我都有一个模糊的答案。

很多技术细节本文没有提及，因为希望用最短的篇幅把比特币的骨架原理讲清楚。 想了解更多的朋友可以看这里：

“人类是由故事和共识驱动的。” 比特币和区块链完美诠释了这句话。 如果你也相信这个故事，请帮我一个忙，让更多的人阅读这篇文章并相信这个故事。

我们将一起...