阅读笔耕｜ 比特币是什么？比特币的源起、运作与特性

本文节录自区块链科普网站《链习生Chainee》比特币是什么？为什么被称作「数位黄金」？加密货币之王比特币的运作原理一文，让我们来聊聊比特币是什么？比特币的源起、运作与特性。

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■比特币是什么？

比特币有两种含义，其一是指作为加密货币的「币」本身，其二是指支撑整个交易系统的区块链网路。为了更好地区分这两种含义，通常在指加密货币时，我们会用「比特币」（Bitcoin）一词；而在指区块链网路时，我们会用「比特币区块链」或是「比特币协议」（Bitcoin Protocol）来表示。

「比特币」是全球最大的加密货币，有着「万币之王」的头衔。这不仅是就市值而言，同时还体现在它的知名度与吸引力方面。历经十余年发展，比特币在消费者、金融机构、企业和政府中的地位已经逐渐获得认可。有别于实体货币形式，比特币是透过区块链网路传输的方式进行资金转帐。

「比特币协议」是一套由区块链技术驱动的的电子交易系统，可以理解为转帐系统。只不过系统内转的不是新台币、美元，而是「比特币」。此外，转帐系统没有营运方、没有中介机构、没有银行作为「中心」，而是由全球一万多位互不认识的网友──比特币矿工──共同营运，是「去中心」的。

延伸阅读： 加密货币是什么？虚拟货币是什么？一文探索加密货币特性及种类

■比特币的源起

2008 年9 月，美国「次级房贷」引发的金融海啸席卷全球，全美第四大的投资银行雷曼兄弟6130 亿美元坏帐的倒闭冲击，不但宣告了全球金融危机袭来，对于政府和金融机构的不信任感也在大众心中蔓延。

同年10 月31 日，一个化名为「中本聪」（Satoshi Nakamoto）的神秘人士，发表了一篇9 页的文章，标题为《比特币，点对点的电子现金系统》（Bitcoin, A Peer-to-Peer Electronic Cash System）。这就是后来大名鼎鼎的「比特币白皮书」，也是比特币这个词第一次出现在人们的视野里。

中本聪这篇论文，并没有提到区块链（Blockchain）字眼，那是后人在定调比特币是如何实现这套电子现金系统时——可理解为转帐系统——所归结出来的一种技术。事实上，中本聪并非无中生有、纯靠一己之力就完成这个动摇了几十年来人们根深蒂固金融与货币观的伟大构想。而是融合了前辈们的观念，在天时（金融不信任）、地利（网路建设）、人和（开发者支持）都已成熟的条件下， 2009 年1 月3 日中本聪挖（Mine）出了历史上第一个区块，也就是比特币的创世区块（Genesis block），也宣告了比特币区块链网路正式上线。

■比特币如何运作？

在上一篇介绍区块链的文章中，我们使用了「比特币区块链」作为例子，示范了「Ａ支付10 个比特币给Ｂ」如何在比特币区块链上运作，节录说明如下：

当Ａ发起交易，这段交易纪录就会自动被广播到区块链上，通知「Ａ付了10 个比特币给Ｂ」让比特币区块链的矿工们知悉。这时，矿工们就会利用自己的电脑资源来验证这段交易的真实性。如果验证成功，那么这段交易纪录就会被编写进新的区块中，成为了比特币区块链中的一部分。而第一位验证成功并编写这个新区块的人，就会获得一定量的比特币作为回报。

当时，为大家埋下三个疑问。现在我们要来逐一探讨这些细节：

1. 区块链矿工们是如何验证交易纪录？
2. 怎么决定由哪个矿工来编写新区块？
3. 是什么阻止了骇客窜改区块链纪录的可能？

Ｑ１矿工们是如何验证交易纪录？

数位签章（Digital Signature）

依先前的例子，Ａ支付10 个比特币给Ｂ，矿工们是怎么验证这笔交易纪录的？事情并不会太复杂，矿工们只需要确认一个环节，就能知道交易的真实性，即「这笔交易到底是不是Ａ自己发起的」就可以了。

想要理解这点，我们必须先知道钱包「私钥、公钥与地址」之间的关系。在区块链世界里，加密货币钱包相当于我们现实生活中的银行户头，而每个钱包都拥有着以下元件：

• 私钥<br class="smart">银行户头印章（私下保管，只有自己知道）。
• 公钥<br class="smart">解密印章的工具（公开透明，大家都能知道）。
• 地址<br class="smart">银行帐号。

回到例子，整个流程大致如下：

Ａ从自己的钱包发送了10 个比特币到Ｂ的钱包地址，并且用Ａ自己的私钥在该交易纪录上进行数位签章（Digital Signature），这是一种电子签署及加密的机制。

当矿工们想要验证这笔交易的真实性时，会利用Ａ提供的公钥来检查，看看到底是不是Ａ发起的交易、是不是Ａ利用「印章」签的名，以此来得知交易的真实性。如果验证正确，这笔交易将成立并且被写入区块内。

此时若出现一位Ｃ，中途把该交易解密后窜改内容，会因为Ｃ没有Ａ的私钥可以重新签章，所以当其他人利用Ａ的公钥做确认时，会出现无法验证情况，矿工们就会拒绝这笔交易。

由上可知，在去中心化的金融世界里，私钥就是控制钱包的唯一依据，失去了私钥就等于失去了钱包的控制权，所以妥善保管私钥非常重要。

Not Your Keys, Not Your Coins. It's That Simple.

＊

Ｑ２是怎么决定由谁来编写新区块？

工作量证明（Proof of Work）

比特币区块链透过一种叫做「工作量证明」（Proof of Work, PoW）的共识机制，来决定是哪一位矿工来编写这个区块，并且拿到奖励。

简单描述，矿工们在利用公钥验证完所有交易后，每位想编写区块链的矿工必须贡献自己的电脑资源，去解出一道难解的数学题，这道数学题的特点就是完全没有任何捷径，矿工得土法炼钢，使用电脑算力尝试一个又一个可能性（try and error）才能找到正确答案；而第一位找到正确答案的矿工，完成了「工作量证明」就有资格建立新区块，进行打包记帐事宜，并且获得新一批发行出来的比特币作为奖励报酬。

获得新发行的币就好比是获得刚出土的矿藏，所以上述过程被称为「挖矿」（mining）。因为数学题目本身的设计，有越多的电脑资源也代表着挖矿实力越强，有越高的机会解开题目，建立新的区块。

＊

Ｑ３是什么阻止了窜改纪录的可能？

最长链原则（The Longest Chain Rule）

在比特币区块链的规则中，为了防止有人窜改纪录，存在一个「最长链原则」（The Longest Chain Rule）。意思是矿工们在编写区块链的过程中，永远会去寻找最长的一条链来继续延伸区块。究竟这个原则是怎么运作的呢？

继续沿用前例，当「Ａ支付10 个比特币给Ｂ」这个交易纪录被矿工写在区块链上以后，Ａ后悔了（不想付钱了），于是聘请了一个骇客，想要把交易纪录删除。那么他必须创造出一个支链，连在记录了 「Ａ支付10 个比特币给Ｂ」的区块之前，并开始向后创造区块。

不过因为「最长链原则」，世界上其他比特币矿工都会以最长的链子（也就是最原始的那条）继续延伸下去。除非Ａ能够以一己之力，持续不断地创造出新的区块来让自己的链子变成最长——必须击败所有矿工们加起来的电脑运算资源，也就是掌握51% 的算力——否则Ａ永远无法得逞。因此「最长链原则」限制了任何删除或窜改交易纪录的可能。

那万一Ａ控制了全世界51% 以上的算力去窜改纪录怎么办？

如果Ａ真的有能力操纵如此庞大的运算资源，就只为改一条交易记录，实在是太不划算了。基于经济诱因考量，把资源拿去挖矿反而赚更多钱，如此一来Ａ也加入矿工行列，反而巩固了区块链网路的安全性。

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