比特币和区块链基础

本文来自作者 丹华 在 GitChat 上区块链专题分享第一场

【文末彩蛋别错过】

专场前言

在全球范围内，比特币和区块链已经成为热潮，有图为证：

当前区块链行业的现状和矛盾是什么？

简单说，现状是冰火两重天。火的一面是，接受并理解区块链的一帮人（姑且称为圈内人），正热火朝天滴向各种行业应用和技术难题进军，融资规模不断刷新（当然这里面鱼龙混杂，后面细说）。

冰的一面是，大部分人，包括广大IT人，对区块链认知比较模糊，态度也比较冷淡，质疑和误解的人占了大多数。知识的扩散出现了严重的断层。

冰火两重天的背后有多重原因：

• 第一是因为区块链本身有技术壁垒和理念壁垒，完全理解、真正认同，需要较长的时间。

• 第二，价格波动和投机吸引了圈内人大部分精力，对技术和应用的关注被削弱。在大牛市面前，忙于赚钱的人们没有太多动力去宣传推广。

基于以上考虑，本专题将分享自己几年来对区块链的思考和看法，加速知识扩散，激发关注和创新。我们相信区块链终将颠覆这个世界。

专题着眼点有两个，第一投资，第二创业。

换句话说，专题结束时读者的期望收获应是：

• 第一，如果我想投资数字货币和区块链，如何判断投资价值，如何思考和分析。

• 第二，如果我要创业，哪些方向值得尝试。

这也是我们标题取为「为什么比特币可以拯救程序猿」的原因。说的更直白点，程序猿至少有四大理由应该关注区块链：

1. 只有程序猿能够深入到代码层。

2. 与其他人相比，程序员们对区块链理解更深刻，投资更可能成功。

3. 区块链能释放出巨大的、无法想象的创新空间。如果你有创业冲动，又有好点子，快来改变世界吧。

4. 巨大的认知快感：还能这么玩啊，为啥我没有想到。

强烈建议大家研究区块链，积极地投资或创业，机会实在是太多，不论是金钱上的还是事业上的。

你们拥有巨大的优势，面临巨大的机遇。真心羡慕你们，作为一个代码白痴，丹华只能为大家摇旗呐喊，期待未来能在各位的独角兽公司里谋个一官半职。

01-比特币和区块链基础

本场 chat 是系列第一场，介绍比特币、区块链和数字货币的基础知识。比特币和区块链是技术进步的产物，本身有一定的技术门槛。本节将采用简单易懂的方式介绍基本原理，为后续的话题深入做准备。具体包括：

• 开场:  减半发行是个什么鬼？

• 比特币的基本结构。

• 为什么比特币这么牛？

• 挖矿与矿池格局。

• 为什么区块链不可更改？

• 智能合约。

• 币众筹ICO。

减半发行是个什么鬼

以一个高中数学题开场。

假设有一个数列，第一个数字是1，第二个数字是0.5，第三个是0.25，每一项是前一项的一半，无穷列下去。问数列的总和是多少？

简单心算下，结果是2。数列总和是第一项的2倍。比特币总发行量是2100万个，来源就在这里。

2018年高考数学压轴题

比特币软件设定：每10分钟产生一个区块，初始四年里，矿工每发现一个新区块的奖励（新发行币）为50个比特币，以后区块奖励每四年减半（或准确说是每隔210,000个块），即后续四年每一个区块新发行25个比特币，再过四年一个区块新发行12.5个比特币，以此类推。

问：比特币发行总量是多少？

解答：

第一个四年挖掘的比特币总量为：A=506243654=10512000个 。

套上面公式，最终挖出来的比特币总量就是第一个四年的2倍，2100万个。当前已经进入第三个四年，也即是说，75%的比特币已经被挖出来，在市场上流通。

当前的区块奖励是12.5个。换句话说，假设读完本文需要20分钟，则在这20分钟里，比特币网络会产生2个区块，对应新发行25个比特币，合计约75万元人民币价值。全世界的矿工，在这20分钟内，抢夺这75万元的收益。

比特币的诞生

比特币的诞生要从2008年说起。

当时，全球深陷金融危机，人们普遍对大型金融机构失去了信心，甚至包括技术专家。有一个自称为中本聪的匿名人士——我们现在还不知道他到底是谁——在网上公开了一篇论文，提出了比特币的理论构想。

次年1月，比特币软件诞生，创世区块被挖出，从此打开了数字货币创新的潘多拉盒子。

非常有意思的是，中本聪在创世区块里留下一句不可修改的话：

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”

翻译过来：2009年1月3日，泰晤士报头条——财政大臣正处于对银行实施第二轮紧急援助的边缘）。

这句话，也许意味着中本聪对于传统金融的嘲弄。

比特币的设计本身，蕴含着无政府主义（去中心化）和技术理想主义（严格限定的区块生成与新币发行机制）的色彩。

整个体系透露出了对政府和金融机构强烈的不信任，也被激进人士解读为对通胀型法币的反抗和不信任。

所以，比特币的内在是有价值观偏好的。

比特币的基本结构

比特币的基本结构可以用以下9段话概述：

1. 比特币有三重含义：既代表比特币网络，也指网络节点使用的比特币软件，也可以指网络中交易的数字货币单位（Token）。

2. 比特币网络是一个由若干节点组成的用以广播交易信息和数据区块的P2P网络, 这个网络包括矿工、比特币软件、钱包、用户、交易所等。

3. 矿工指通过不断重复哈希运算来产生工作量证明的各网络节点。矿工主要负责验证交易，并将交易打包成区块，获得区块奖励和交易手续费（也称矿工费）作为回报。

4. 比特币软件是系统的核心软件，目前比特币软件的开发由Bitcoin Core团队完成，也有一些竞争团队。对核心软件的改进协议被称为BIP。

5. 钱包指保存比特币地址和私钥的软件，可以用它来接受、发送、储存你的比特币。用户应保管好自己的钱包，防止丢失私钥。

   比特币网络中，人们用比特币地址来接收和管理比特币，类似于邮件地址。地址看起来像一串乱码，因为长这样：19fJnPC4vsvXFkx77TB95GFLnMVKoTo45v，特征是以阿拉伯数字“1”开头。

6. 处理交易是比特币网络的核心功能。一笔交易是指把比特币从一个地址转到另一个地址。更精确地，一笔“交易”指一个经过签名运算的、表达价值转移的数据结构。每一笔“交易”都经过比特币网络广播和传输，由矿工节点收集并封包至区块中，永久保存在区块链某处。

7. 区块和区块链：一个区块就是若干交易数据的集合，它会被标记上时间戳和之前一个区块的独特标记。区块头经过哈希运算后会生成一份工作量证明，从而验证区块中的交易。有效的区块经过全网络的共识后会被追加到主区块链中。

8. 比特币代表了数十年的密码学和分布式系统的巅峰之作，这是一个独特而强大的组合，汇集了四个关键的创新点。包括：

   一个去中心化的点对点网络（比特币协议）

   一个公共的交易账簿（区块链）

   一个去中心化的数学的和确定性的货币发行（分布式挖矿）

   一个去中心化的交易验证系统（交易脚本）

   这四点紧密协作，形成了整个比特币的软件系统。

9. 交易所是指提供数字货币与法币兑换平台的公司，是比特币生态系统的重要环节。交易所本身与比特币网络无关，可以将交易所理解为比特币网络的企业用户。目前多数用户买卖比特币是通过交易所来完成的（也可以选择线下交易）。目前全球有几千家交易所公司，国内也有几十家，均为小型创业公司，规模不一。

为什么比特币这么牛？

为什么说比特币的设计很牛逼呢？解释一下你就懂了。

当前互联网主要是信息传递，从早期的公告板到现在的微信Facebook，已经能实现全世界任意两点可以非常便捷地传递信息。

但是，任意两点的转账现在还无法实现。国内支付宝和微信支付实现全国范围的自由转账，但是在全球范围，依然需要依赖传统金融体系。

比特币的牛逼之处就在于，它第一次实现了任何人可以在任何地方将价值即时地（instantly）传输给地球上另外一个人，而不需要任何中介。人们称以比特币为代表的互联网为“价值互联网”，以区别于当前的所谓信息互联网。

比特币采用P2P网络结构，极度扁平化，没有中央权威，也没有负责流通记账的银行体系。系统通过比特币网络中的众多节点（矿工）来管理交易、发行新货币。它是开源的、公开的、透明的，任何人都可以参与其中。没有任何个人或单一实体能够完全控制比特币系统。

比特币诞生后，人们被其设计上的简洁优美和激发的无穷可能性震惊，开始疯狂地投资或复制它，进而衍生出了无数的“仿制版本”，一般称之为山寨币。有些山寨币是对比特币的简单模仿和参数修改，有些则具有颠覆性。

至此，数字货币行业正式出现在历史舞台上。

所谓数字货币，也称加密货币，一般是指内含区块链技术（Blockchain）的去中心化网络中的内生交易代币。

典型的数字货币包括比特币、以太坊、莱特币等, 也包括一些分叉币，比如以太坊经典、Bitcoin Cash（BCC）等。比特币是其中第一个、也是最成功、市值规模最大的数字货币品种。

目前世界上一共有800多种数字货币，行业总市值达到1600亿美元。如果要浏览目前所有的数字货币品种，推荐网站www.coinmarketcap.com。下图列出了市值排序的前7大数字货币。

挖矿与矿池格局

庞大的去中心化网络中，有个人和企业节点，也有专门从事挖矿的矿工。他们拥有巨大的机房，这些机器负责验证网络中发生的所有交易，并将其打包成一个个区块（10分钟一个），这些区块通过hash算法串联成区块链。

所有矿工汇集的庞大算力，实质上构成了对比特币网络的一种物理保护。因为，要篡改网络数据或攻击整个网络，需要付出巨大的算力成本。

又因为网络是去中心化的，局部的瘫痪不影响全网运行。节点越多，算力越高，网络安全性越高。下图显示为比特币诞生以来网络算力的变化趋势图。