Bitcoin簡介

[ 前言 ]

2008年Satoshi Nakamoto（中本聰）在一篇論文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》中提出了一套支付系統架構的概念，之後在2009被實作出來。關於中本聰到底誰至今仍然是個謎：被別人說是中本聰的，當事人都不承認；而自己說自己是的，公眾都不承認。目前公認決定性的證據是比特幣第一筆交易地址的擁有權，也就是說，誰能表演從那邊發錢出來到特定地址，基本就能被確認是中本聰本人。

區塊鏈（Blockchain）是一種技術，屬於實現分散式帳本技術（Distributed Ledger Technology, DLT）的一種，而對人們真正有價值的產物是「一個具有去中心化特性的分散式帳本(Distributed Ledger)」。當然，我們可以拿區塊鏈這項技術來去中心化任何型態的資料，如果你有追前面幾篇文章的話，應該會對其原理有大致的概念。

打個比方，就像機器學習是為了達成人工智能，但人工智能還有其他不同的實現方式，只是機器學習剛好是當今的主流。Blockchain是為了達成DLT，DLT還有其他不同的實現方式，只是Blockchain是當今的主流，而Bitcoin這條鏈是Blockchain的先驅。在習慣上，我們會用Bitcoin來指稱那條區塊鏈，而用bitcoin來指稱在區塊鏈上的代幣，也就是BTC。

[ 簡介 ]

在Bitcoin架構下，大約每十分鐘打包出礦一次，首先算出符合條件Nonce（某個亂數）的那一個礦工，能獲得50BTC的區塊補貼獎勵，這獎勵大約每四年減半。符合條件的意思是讓hash function的輸出前n位是零，可以透過調整n的大小，來保持大約平均每10分鐘出一個Block。忘記這概念的可以往前找《如何防止一個帳本被篡改》那篇文章。

大家說BTC總量有2100w顆是這樣來的：礦工每十分鐘可以挖出50顆BTC，這獎勵每四年減半，然後每年有365246個十分鐘，通通加起來，我們能得到總量就是：

這邊多說一句，上面算的這個數字，是在PoW機制之下給的區塊補貼。對礦工來說，他還能拿到區塊內的手續費（別人交易要交手續費的）。採礦池的意思是你的算力跟別人的混合在一起，拿到獎勵大家再依比例分。單位上，Satoshi是比特幣的最小單位；1 Satoshi ＝10 E-8 BTC；1 BTC = 100M Satoshi。

[ 帳本設計-UTXO ]

既然是一個公開的帳本，就會有很多難題需要被解決，人性本善這一套不適合行走江湖。分別來說：需要有一個好的帳本架構、再確保此帳本不會被篡改、要處理雙花問題、最後還要讓所有節點對此帳本有一個共識。有關不被篡改與共識問題，我們之前的文章有提到過，這邊讓我們專注來說帳本設計，以及這些元素是如何湊在一起，組成一個之後被稱爲「中本聰共識」的簡潔優雅架構的。

首先，在帳本架構的設計上，Bitcoin採用了UTXO (Unspend Transaction Output) 架構。先想像在Bitcoin上面運作的錢（BTC）都是一張張的支票，每張支票會備註未使用 (Unspend) 跟已使用。當我們去查看一個UTXO的帳戶地址時，並不會直接看到帳戶餘額，而是需要去追蹤每一張發送給這帳戶的支票，扣掉已使用的過後，才是一個帳戶現在有的餘額。

此外，支票還有一個不能部分兌現的特性：我想轉5 BTC給A，但我手上只有一張8 BTC的支票，實際轉帳的時候，是會開一張5 BTC的支票給A，再開一張3 BTC的給我自己。

衍伸下來，因為會紀錄誰擁有每一張支票的使用權，所以UTXO天生能處理雙花攻擊。首先是已被使用過的支票不能用，接著是如果有人想拿一張未使用的支票同時付給兩個人，節點只會認比較早發出交易請求的。再如果真的很不湊巧兩筆交易時間很近，剛好又被兩個不同的節點同時接受並出塊了，這樣最後一道防線就是，用最長鏈法則來決定哪一個節點說的算。

UTXO架構的優點是可以平行處理多筆交易，原因是認支票而不認帳戶，一個帳戶之下有五張支票，他就可以同時把五張支票都花掉，不需要在帳戶層面去確認餘額。另個有點是天生隱私性高，讓你查詢一個帳戶時，是無法直接看到有關這個帳戶地址的所有金流的。

相對的，UTXO的缺點是很不直覺。另外，要支援智能合約時也比較麻煩，因為智能合約很常需要直接跟一個帳戶互動，但UTXO天生就沒有這種「帳戶」的概念，所以比較新的鏈基本都不採用這架構了。當然，也有人搞出一個UTXO Pool的優化方案：先掃過從創世到現在的所有交易紀錄，把每一個地址上現在有的餘額記錄在一個資料庫中，讓使用者不用傻傻的把整條區塊鏈從頭看過一次。

[中本聰共識]

中本聰共識是一套包含多個元素的解決方案，其中包含了：PoW、最長鏈規則、遞減的區塊補貼獎勵。

首先，PoW大家都很熟悉了：帳本要有一個全局共識，也就需要指派出一個人，讓他暫時有獨裁的權力，讓其他節點以他為準，而PoW就是一個用算數學題隨機產出獨裁者的機制。

緊接著，為了避免獨裁者作惡，會搭配最長鏈原則使用：只要惡意的算力不超過全網路的50%，多期博弈的結果，最終會收斂於擁有最大共識的那條鏈。當然，如果有人可以篡改了之前的帳本，並且算力強大到可以獨自的，不斷把那條鏈變成最長鏈，那就會產生所謂的「51%算力攻擊」。

最後，中本聰設計了一個激勵制度，讓礦工提供算力，保護網路安全的同時，能獲得BTC作為獎賞，這是個看似簡單，但深刻無比的制度。在設計之初，2008金融危機的時代背景下，中本聰認為任何能夠無中生有的貨幣，從歷史上來看，都不會是一個好的「貨幣」型態，由國家信用所背書的法定貨幣，只是會貨幣歷史中的一個過渡。

既然Bitcoin的目標是要成為世界貨幣的終極型態，那首先是需要限制總發行量來規避通膨的風險，再來是讓貨幣的取得是有成本的，不能無中生有，而比特幣的成本就是算力。就像黃金與鑽石在地球的存量是很多的，但由於有開採成本，它們就能產生價值。另外，由於獎勵遞減的機制，讓最初玩家有更高的報酬，更有機會突破最開始雞生蛋蛋生雞的困局，加上PoW的隨機性，讓後續代幣的產生，與當下代幣的持有型態能夠是獨立的。

以上，這一套精巧又簡單的系統，是中本聰對人類最大的貢獻。

[ 節點＆交易]

最後讓我們用列點的形式，講講一些關於比特幣，極為重要，但叉出去前因後果的講又過於花時間的知識點：

• 一個比特幣節點大概涵蓋三部分：UTXO Pool、Tx Pool、Blockchain。第一個是每個帳戶的餘額，第二個是別人發送進來的還沒被打包出塊的交易請求，第三個是已經被打包出塊的那一條鏈。
• 比特幣節點又可以簡單的分為兩種：全檔案節點是完整儲存所有資料的節點，現在大概250GB左右。輕節點是下載了區塊頭的節點，不能運行驗證，但能檢查一些資訊。
• 所以總合來看，一筆比特幣的交易過程會如下：我先用我的私鑰，把我的想做的交易上一個Signature，把這含有Signature的交易請求傳給節點們，節點中的UTXO Pool先確定我有足夠的錢，確定後會把交易放到Tx Pool中，Tx Pool會依照手續費高低排序，再由礦工打包出塊到Blockchain上。最後，成功出塊的礦工會把自己出的這個新Block廣播給其他節點。
• Omni Layer是一個能在BTC交易上做備註的地方，主要是看到Ethereum的那一套智能合約玩的風生水起想要模仿。但因為性能考量，Bitcoin限制了這個備註的大小，基本把玩智能合約的可能性打死。
• 有關BTC，存在一個有趣議題是：每一顆BTC到底有沒有同質性？因為歷史上，有過「污點的BTC」被拒收的案例，有污點就是那些被大家查到金流是從一些違法性質活動流出的BTC。
• 與「污點BTC」相關，有服務商專門提供代幣混合的服務，也就是幫你把傳過去的錢洗過一圈，再回傳給你與之前沒有關連的錢。當然，這需要支付一點手續費。

比特幣與世界貨幣還有許多有趣的主題可以聊，但這一篇先在這邊打住，之後有機會再談。Be Happy & Stay Tuned，我們下次見！