数字货币与区块链简介

什么是数字货币？

用一句话概括，数字货币是基于数学加密原理构建的不可伪造的货币系统，而比特币是第一个基于数学加密原理构建的分布式数字货币系统。

我们说比特币是人类历史上货币系统的伟大创新，这是因为比特币是一种分布式数字货币，却具有不可伪造的特性。另外，比特币还带来了区块链、挖矿等一系列技术。

2017年，比特币成为了风口浪尖的明星，从年初6000令人瞠目结舌。比特币是否具有长期投资价值，以比特币为代表的数字货币究竟是数字资产还是数字游戏？数字货币和区块链究竟是如何运行的？和每个人息息相关的金融服务将来会运行在区块链之上吗？比特币背后的区块链技术最近几年可谓炙手可热，对于互联网金融的专业人员和从事FinTech的开发人员来说，掌握区块链技术已经是必备技能。

在本教程中，我们会深入浅出地讲解比特币运行的原理以及其背后区块链的技术，主要内容包括：

• 区块链——不可篡改原理
• P2P交易——零信任密码学支付原理
• 挖矿——工作量证明原理
• 支付——可编程货币原理

通过对比特币及区块链技术的原理剖析，读者可以掌握数字货币的概念、设计理念、运行原理，展望下一代互联网金融技术。

比特币的历史

比特币的历史要追溯到2008年10月，一个名叫中本聪的神秘人物在一个密码学朋克论坛上发表了一篇基于P2P协议来构建分布式加密数字货币系统的文章，这篇文章被看成是比特币的白皮书。

随后在08年11月，中本聪发布了比特币的第一版代码。09年1月，中本聪挖出了比特币的第一个区块——创世区块，比特币网络正式开始运行。

到现在，比特币已经运行了8年多。

数字货币 vs. 电子货币

说起货币，我们想到的就是日常生活中使用的纸币。但是，纸币并不是天生就出现的。如果追溯到三千多年前，人类社会并没有任何货币，部落之间的贸易是物物交换。随着经济和贸易的发展，迫切需要一种“一般等价物”来作为商品交换的“中介”，这种一般等价物就是货币。最早的货币是贝壳，后来由于金属冶炼技术的进步，出现了铜、铁铸造的货币。金属货币由于体积小，容易分割和铸造，逐渐获得了广泛的使用。最终，世界各国的金属货币都落到了金、银这几种贵金属上。

随着经济的继续发展，金属货币因为沉重并且不易携带，因此，人们发明了纸币。世界上最早的纸币出现在中国宋朝，称为“交子”。纸币的发行机制决定了必须由政府发行，并且强行推广使用，因此纸币又称法币。

随着计算机技术的发展，银行系统经过几十年的发展，已经用计算机系统完全代替了人工记账，纸币也实现了电子化。现在，我们可以自由地使用网银、支付宝这样的工具实现随时随地转账付款，就得益于纸币的电子化和网络化。

image.png

电子货币本质上仍然是法币，它仍然是由央行发行，只是以计算机技术把货币以实体纸币形式的流通变成了通过网络以电子转账方式的流通。和纸币相比，电子货币具有更高的流动性。我们每天使用的网上银行、支付宝、微信支付等，都是这种方式。

而比特币作为一种数字货币，它和电子货币不同的是，比特币不需要一个类似银行的中央信任机构，就可以通过全球P2P网络进行发行和流通，这一点听上去有点不可思议，但比特币正是一种通过密码学理论建立的不可伪造的货币系统。

image.png

比特币的特点

总的来说，比特币具有以下特点：

• 创建了无需信任中心的货币发行机制（Decentralization/去中心化）
• 发行数量由程序决定，无法随意修改
• 交易账本完全公开可追溯，不可篡改（Blockchain/区块链）
• 密码学理论保证货币防伪造，防双花
• 数字签名机制保证交易完整可信，不可抵赖和撤销

比特币网络

比特币网络是一个P2P网络，它不需要中央节点。任何时候，都可能有新的节点加入进来，也可能有节点离开。有些节点是钱包，他们可以把比特币交易发送到网络中，有些节点是矿工，这些节点负责把网络中的交易打包到区块链中，并赚取挖矿的费用和交易手续费。

image.png

对于普通用户来说，一个用户要发送比特币给另一个用户，实际上就是通过钱包软件把这笔交易发送到比特币的P2P网络中，过一段时间，矿工会把这笔交易打包，这样，收款用户就可以接收到这笔比特币了。

image.png

区块链的不可篡改特性

但是比特币是怎么从一个用户钱包转移到另一个用户的钱包呢？

钱包软件是运行在用户自己的电脑或者手机里，如果用户自己改了账户余额，比如从1个比特币改成100个比特币，他不就可以伪造出任意数量的比特币了吗？

如果我们使用网上银行／手机银行这些软件，就知道，银行卡的余额并不会记录在软件中，而是记录在银行的服务器中，网银软件只是根据银行卡去查询余额。

类似的，一个用户拥有的比特币数量并不记录在比特币钱包软件中，而是记录在全网总账本中，这个全网总账本类似一页一页的账本串起来，每一页新的账本都指向上一页，所以这个全网总账本被称为区块链。

如果小明给小红转账0.1个比特币，那么任何人都可以在区块链上查询到小明的钱包原始金额是1个比特币，转账后的金额是0.9个比特币。当然，也可以查询到小红的钱包余额。这样就保证了用户自己不可能修改自己的钱包余额。

image.png

由于区块链作为全网总账本记录了所有用户的所有比特币余额以及交易记录，所以，为了防止有人篡改区块链，比特币的区块链在P2P网络的每一个节点都进行复制，也就是说，每个节点都有一份完整的区块链数据。任何一个节点，自己私自修改账本记录，是不会被其他节点承认的。

随着用户不断产生交易，每隔大约10分钟，比特币网络上的矿工就会把新的一批交易打包成一页新账本，并且追加到区块链的末尾。所以，随着时间的推移，区块链就会越来越长。新增到末尾的区块也会被广播到整个P2P网络，确保每个节点都拥有完整的、一模一样的区块链数据。

比特币网络运行机制

比特币网络运行机制就是：

• 用户创建交易并签名发送给P2P网络
• 矿工验证交易后将一批交易打包成新区块并获取挖矿奖励
• 其他节点验证并接受或拒绝该区块
• 每个新区块都指向前一个区块并形成区块链
• 全网所有账户余额与全部历史交易记录都保存在区块链中