真正的比特币注解2

比特币的诞生：区块链和挖矿

上一篇文章大家已经有所耳闻，相信大家对比特币转账的方式已经有了一个大概的了解。 如果您还没有阅读上一篇真正的比特币Note 1，请先阅读。 接下来说说为什么叫比特币挖矿。

之前我们稍微讲过区块链的组成，每个区块都是由每隔十分钟打包记录的交易信息组成的； 全网的计算机都在抢夺这个区块的记账权，谁抢走了这个记账权，谁就可以获得这个区块创造的比特币。 2009年，中本聪创建了第一个区块，被称为“创世区块”，他本人也获得了50个比特币作为第一个区块的奖励，这在比特币界也是首创。 交易记录总是加载到这个块中。

所谓挖矿就是抢夺记账权获得奖励，奖励就是比特币。 为什么人们要不停地挖，因为在比特币的世界里，每十分钟产生一个区块比特币怎么制造的，哪台电脑抢到记账权就建这个区块，哪台电脑得到这个区块的奖励，这就是挖矿。 比特币挖矿越来越少。 中本聪的设计特别巧妙，就是每四年每个区块的奖励减半。 中本聪在创建第一个区块时，获得了 50 枚奖励。 四年后，2013年奖励减半，2017年再次减半。到2140年，比特币的产量将趋于零，从而使比特币总量保持在2100万枚不变。

挖矿抢夺了出块权，抢夺了记账权，也就是抢夺了为全网服务的权力。 一旦夺取了这个权利，奖励的比特币就会写入到获得的区块上，然后系统会通知整个区块链的所有节点，经过全网确认后，这个区块就会成为一个合法的新区块。 区块链多了一个区块。

现在大家关心的是，这么多台电脑都在争夺记账权，系统怎么决定谁记账呢？ 中本聪的设计是为了解决一个非常困难的数学问题。 谁先解决它，谁就会创建这个区块并获得奖励。 这不是一道普通的数学题，是一道很傻的数学题，叫做哈希算法。

比特币转账-签名认证：哈希算法

hash算法只能验证不能解决。 这是什么意思？ 让我们通过一个简单的例子来理解哈希算法的精神； 比如根号17202的小数点后几位是9291430，系统只发9291430这个数，请问开平方后的最后几位是哪个数？ 小数位呢？ 这太难了。 但是还有一种方法，那就是穷举法，一个一个的尝试去数，最笨的方法，你从1开始尝试，最后尝试到17202，惊喜的发现根数之后这个人的几个人是9291430，然后你兴奋的告诉大家：这个号码是17202，大家一算，原来是真的，你牛逼，你是花魁！

嗯，这就是哈希算法。 它的加密规则是公开的。 就是对原数取根，取小数点后几位。 但是，你很难根据这几位小数来猜出原来的数字。 唯一的解决办法是暴力。 破解和暴力破解的方法最终可以验证出原来的数字，这就是哈希算法。 注意刚才提到了一个简单的例子，真正的哈希是非常复杂的，超级复杂。

区块、哈希与挖矿的关系

在比特币的世界里，每时每刻都会发生很多转账交易，我们把每十分钟以内的交易记录称为一个区块。 把比特币诞生以来的所有交易记录，也就是把这些区块连接起来，就构成了区块链。 全网的计算机都在争夺新区块的记账权，谁抢到了记账权，谁就可以获得这个区块产生的比特币。

每个区块的第一层是前一个区块的哈希值，表示这个区块排在前一个区块的后面，然后中间层是这个区块的交易记录，最底层是一个随机数。 第一到第三层的内容会生成区块的哈希值，即区块的id。 所谓挖矿，就是猜测底层的随机数。 一旦随机数正确，该块的哈希值将被解决。 为什么？ 因为这个区块的前两层信息是公开的，只有最底层的随机数是不公开的，所以谁猜出随机数也能解出这一层的哈希值。

由于哈希值是这个区块的唯一标识，随意改变一点信息都会使哈希值发生很大变化，比特币世界的历史交易记录是不可篡改的。 具体来说，每个区块的哈希值=前一个区块的哈希值，本区块的交易记录+本区块的随机数。 如果我们篡改交易记录，哈希值会发生变化，无法通过验证，也不会被允许。 所以一旦一个区块产生，其匹配的哈希值就成为唯一的标识，无法更改。

估计很多朋友比较关心的是区块底部的随机数，它有什么作用。 首先当然是允许矿工猜测、计算、暴力尝试。 此外，它还起到平衡算力的作用，从而保证平均每10分钟出一个块。 如果矿工的设备更先进，引入AlphaGo，整个网络的算力会增加，随机数的难度也会增加，但仍然能够每10分钟左右出一个块。 比如系统本来要求hash值前面有15个0，但是如果算力增加，系统要求hash值开头必须有20个0，难度一下子就变大了； 每 10 分钟挖一个区块。

同样，哈希函数影响整体的事实使其特别适合验证。 只要交易记录有细微的变化，哪怕只有一个字符，这个区块中的交易信息经过哈希函数后的结果与原来的哈希值也有很大的不同。 这样，新的区块就会发现前一个区块被篡改了，不会承诺自己去连接被篡改的区块后面。

双花问题

有了这个区块链，就意味着网络的每个节点都存储了自本聪创建比特币以来的所有交易记录，每个人都可以查看每一条信息。 这个系统真的很棒。 但它有缺陷吗？ 当然，这个漏洞就是双花。 由于有人在争先恐后地记账，而记录的账目是不可篡改的，我们也可以验证每条消息的真实性。 这看起来很完美，但为什么还会出现双花呢？ 我们用一个例子来说明。

例如，我只有 5 个比特币。 我先转5个btc给老张，再转5个btc给老赵。 这就是双花，我两次花了 5 个比特币。 这就是所谓的双重支出问题，这是一种欺诈，如何预防呢？

一般情况下，肯定是先有一条信息被大家打包，然后第二条信息因为和第一条信息冲突而无效。 但是，如果我同时双花，即广播：我转5个btc给老张，同时广播：我转5个btc给老赵。 这样两个矿工将这两个记录分别打包，称为分叉，即同时产生两个区块。 如果是这样的话，大家就会双花，5个比特币可以花两次。 岂不是乱了套，比特币系统成了骗子横行的世界。

比特币的规则是，只有最长的区块链被确认，最长的区块链才会有挖矿奖励。 所以通常大家会转而挖长链，丢弃短链，这样一笔交易就作废了。 因此，一般转账后，比特币网络建议大家等到区块确认后，此时出货比较安全。

要想安全，就不能急于发货。 一般来说，等待六个区块的形成是安全的。 如果坏人想要废除已经延长了六个区块的长链，他们必须将自己的短链加长到超过那条长链。 为什么一定要自己加？ 因为矿工会在长链上挖矿，只有最长的区块链才能被确认，才会有挖矿奖励。 要靠自己的力量，让自己的短链超越长链的前提是算力极其强大，因为谁出块取决于谁先计算出Hash值，也就是取决于算力——计算能力。

如果他掌握了全网51%的算力，那么就有51%的概率抢夺下一个区块的记账权。 当他在对自己有利的区块之后继续产生区块时，他就会让对方收不到这5个btc，也就是所谓的“51%攻击”。 这似乎有效？ 但是，如果不是等一个区块出货，而是等六个区块确认后再出货，因为已经产生了六个区块，那么这肯定是主链，关键是矿工也认为这是主链。 主链，所以我们会继续在这条链上挖矿，获得奖励。 一旦长链领先了至少6个区块，想要让这些交易记录作废，就很难再追上长链了。 即使你掌握了全网51%的算力，抢到记账权的概率也是51%比特币怎么制造的，连续六次成功的概率是0.51^6=1.7%。 这就是所谓的 51% 攻击。 如果你只控制30%的算力，那么概率就是0.07%。

2140之后记账就没有奖励了，系统怎么进行

无论如何，可以通过等待交易来防止双重支出的漏洞。 但是比特币系统似乎还有一个漏洞，就是到了2140年，比特币总量已经达到了预先设定的上限2100万，所以没有比特币来奖励抢夺记账权，所以谁会得到回报？ 你会记账吗？ 这个中本聪早就想到了。 届时，比特币世界的每一笔交易都需要支付一定的费用，谁来支付？ 交给了抢夺大宗记账权的人。 也就是说，挖矿已经从过去获得比特币的奖励变成了交易手续费，所以还有矿工可以挖。

现在大家清楚了，所谓比特币挖矿，本质上就是中本聪巧妙地设计了一种激励机制，奖励维护这个去中心化网络的人，同时也解决了货币如何分配的问题，因为每个人都有挖矿的权利，至少在理论上，是相对平等的，每个人都有机会开采和获得比特币。

区块链技术引领未来

至此，我们基本上就把比特币的前世今生说完了。 不得不承认，比特币的技术理念是美好的，就像一个没有权力、没有监管、完全自由的新世界。 尤其是去中心化的账本和资产的公开、透明、可追溯的特性，吸引了大批人关注比特币的底层技术——区块链技术。 在去中心化网络中，谁能解决互不信任的节点之间的信任问题？ 区块链技术可以解决。

中本聪发明的比特币系统，其实就是区块链技术的发明。 可以认为比特币是区块链技术的1.0版本，或者说是非常适合区块链技术应用的支付系统。 2.0版本的区块链是智能合约，太长太长了，我们下节再说。