比特币,区块链

13 1月

数字货币(Digital Currency)

数字货币与移动支付(支付宝,微信支付)是两码事,移动支付只是将传统金融能力线上化,是包了层互联网外衣的传统金融。

数字货币的特点:

  • 去中心清算:传统金融就是中心化模式,你需要通过银行才能给别人转账。数字货币没有类似中央银行的组织来管理。
  • 分布式记账:传统金融在银行记账,数字货币的账本存在于全世界所有持有者的计算机里。

比特币(bitcoin)

比特币是一种密码学应用,因为被赋予了货币的属性,也可被当做“数字货币”

比特币基于一位至今身份不明的中本聪(Satoshi Nakamoto)发表的一篇基于密码技术的论文实现的。于2009年开始被实际运用,2015年美国开设了世界上第一家比特币交易所Coinbase。比特币本身并不存在官方管理机构,因此并不存在官网,只有bitcoinfoundationbitcoin.org等资料。

比特币不由国家管理,因此比特币在世界上不被视作官方法定货币,但可以像贵金属一样进行交易(需要纳税),也有部分国家全面禁止比特币(例如中国)。

1比特币写作1 bitcoin或1 BTC,由于现在比特币面值很高,币值也在迅速变化,出现了更多的计量单位:(satoshi是作者名)

先感性,粗糙地理解下什么是比特币:(猜号码,谁先猜中就是谁的)例如我放出一张人民币送人。送谁呢?不能只送给熟人,那样不公平。为了让所有人都有机会拿到这张我送出的人民币,我定了个规则:大家来猜纸币上的号码,谁先猜中就送谁。

我要控制难度,完整猜对号码可能难度太高,会挫伤大家的积极性,可以根据参与人数进行调整。例如只有10个人参与,就只猜最后1位数。有100人参与,可以猜最后2位数。有1万人参与可以猜最后3位数,依次类推。

我要控制时间,不能太容易让大家猜对,否则我的钱很快就发完了,例如控制猜的位数,平均每10分钟能有人猜对一次。

总之谁先猜中,这钱就是谁的!

大家为了提高猜中的概率,搞了很多台电脑一起猜,只要猜中就能拿到钱,俗称“挖矿”,这些24小时不停工作进行计算的电脑,俗称“矿工”

1.P2P网络(Peer to Peer Network)

数字货币是去中心化的,没有类似中央银行的组织来管理。银行卡遗失可以去银行补办,但比特币交易时一旦私钥遗失就永久丢失,再也无法找回了。

比特币没有央行集中管理,存储完全依赖于全世界所有持有比特币的用户组成的P2P网络(Peer to Peer Network)。即全世界所有持有比特币的用户的计算机共同保存,验证,使用比特币。

所以与其说比特币是一种货币,不如说比特币是一种基于P2P网络的支付结算系统。用户通过使用这种支付结算系统实现了价值的转移,让比特币看起来具备了货币的特征。

2.交易(transaction)

比特币的交易在两个地址间进行。地址是公钥的哈希值,由钱包生成。

比特币的交易在比特币地址间完成,交易就是从一个地址向另一个地址转移了多少比特币这件事情的描述。

例如张三转给李四比特币,流程如下:

第一步:李四生成公私钥对:公钥B(俗称地址,地址是公钥的哈希值),私钥b

首先本地随机生成一个256比特位的数(即32byte),就是你的私钥。因为256比特位的数转成10进制是10^77次方个数,绝对的天文数字,只要随机数生成器比较随机,绝对不用担心私钥重复的问题。

公钥是在私钥基础上,ECDSA椭圆曲线算法计算出来的,在椭圆曲线上取一点G(x, y),然后将私钥K和G相乘,得到公钥P(即KG)

比特币的椭圆曲线方程:y^2 = x^3 + 7

比特币的G(x, y):(79BE667E F9DCBBAC 55A06295 CE870B07 029BFCDB 2DCE28D9 59F2815B 16F81798,483ADA77 26A3C465 5DA4FBFC 0E1108A8 FD17B448 A6855419 9C47D08F FB10D4B8)

私钥K是本地生成的随机256比特位的数。公钥就是根据椭圆曲线方程与G点,计算出公钥P(即KG)

维基百科创始人Jimmy Wales在2014年3月7日在推特上发布了地址:

地址依靠用户本地的比特币客户端生成,称为钱包(wallet),用客户端(钱包)生成公私钥密钥对,然后链接比特币服务网站来使用比特币。私钥保存在钱包里,用于支付比特币,不要泄露给他人。公钥用于接收比特币。

第二步:李四将公钥B(俗称地址)告诉张三

第三步:张三生成公私钥对:公钥A(俗称地址),私钥a

第四步:张三创建交易:从地址A向地址B发送1 BTC,并用私钥a对交易数字签名

第五步:张三将交易发送到P2P网络上,向全世界广播这条交易

第六步:张三的这条交易会和其他人的交易被合并到一个区块中,加入区块链。(外界并不知道地址A是张三的地址,地址B是李四的地址。)

第七步:区块被P2P网络确认后,从地址A向地址B发送1 BTC的交易就正式成立了

交易的地址和记录是全世界共享的,因此一个用户通常不会反复使用同一地址进行交易,而是每次交易都会创建不同的地址(除了捐赠等特殊情况会重复使用同一地址),满足了数字货币的匿名性。

3.区块链(Blockchain)

区块链就是保存比特币全部交易记录的公共账薄。区块链是比特币的底层技术,显然比特币也是区块链最著名,最成功的应用

区块链是去中心化的技术,特点是去中心化,不可篡改,开放性,可匿名。

区块链以区块为单位组织起来单链,记录了比特币体系中所有的地址至今为止的所有的交易,全世界所有使用比特币进行的交易都被记录在这本公共账薄中。

对于任意地址,我们都能从账薄中找到当前它拥有的比特币数量。

比特币的收付款以交易为单位进行,若干条交易会被合并为一个区块,比被添加到区块链中。当P2P网络确认区块的添加后,交易就成立了。

一个区块由一个区块头和若干条交易组成。区块头中保存了上一个区块的区块头的哈希值。例如:

  • 区块头2中的H2就是根据它的前一个区块头1计算出来的。
  • 区块头2中的T2就是根据它的区块中所有交易的整体哈希值计算出来的。
  • nonce是任意的额外信息,挖矿用。

假设区块2中记录的某条交易中的1个比特被修改,那T2就要重新计算,导致区块2的内容发生变化,区块头3的H3就要重新计算。即区块链中任意数据的变动,都会影响改动区块和之后所有区块中的数据。

区块链作为一种技术,可以做很多有益的事情,例如食品安全,哪里产的奶,谁挤的,谁运输的,因为不可篡改,所以不会有三聚氰胺了。也可以用于慈善公益事业,就不会出现郭美美了。所以国家扶持区块链不等于扶持比特币,这是两码事。

4.挖矿(mining)

挖坑就是向区块链中添加区块

产生一条比特币交易,就需要某个人完成“将含有新交易的新区块添加到区块链中”这个动作,通俗点说就是需要有人向公共账本里添加一条交易记录。

因为区块链是单链,因此在某个时间点只能向区块链中添加一个区块,为了鼓励大家一起参与到这个游戏里,会对“成功地将新区块添加到区块链中”的人进行奖励,因为有利可图,每个区块本身就像一个个矿,这个动作俗称“挖矿”,2020年每个矿奖励6.75 BTC,根据比特币协议的规定,每经过第210,000个区块便要进行减半。由于每个块持续约10分钟,因此大约每四年奖励减半。

第一个问题:区块链是分布式账单,人人都能记账,究竟谁来记呢?需要大家一起投票选举出一位记账人,比特币采用的投票方式就是就引入算力,用算力来选举记账人,这种方式叫Pow(Proof of work)工作量证明,所以挖坑浪费资源。如何吸引人浪费资源挖坑去计算些无用的题目,来选出人选进行记账呢?奖励一些比特币,这就是比特币设计出的玩法。

第二个问题:计算难度如何控制呢?太简单,奖励比特币的频次太高,容易引起通货膨胀。太难,打击大家的积极性。所以比特币设计的计算游戏,要确保每10分钟才能有一位矿工计算成功,将新区块添加进区块链中。

要向区块链中添加新的区块(挖矿),矿工需要生成合法的区块头,且区块头中“前一区块的哈希值”的格式是有规定的,它的前面若干比特位必须是0,例如H2可能是:

nonce就是为了凑出像H2这样前面若干比特位为0的哈希值,即矿工需要不断更换nonce来尝试,直到算出符合要求的哈希值为止,这个过程和暴力破解单向哈希函数类似。

比特币系统的设计是大约每10分钟要添加一个新的区块,所以计算的难度(即所需的0的位数)也被设计成保持这样的恒定速率,如果随着计算机硬件性能的提升,添加新区块的速度增加,就增加0的位数来将计算速度保持恒定。

全世界的矿工都在计算尝试向区块链中添加新的区块,如果某个时间点上多个矿工同时计算出了符合要求的哈希值,区块链会产生分支。此时P2P网络需要作出判断,这个动作被称为确认,会选择计算量大的分支继续工作,从而抑制区块链继续产生分支。

总结

比特币系统基于世界上广泛使用的公开的密码技术,所有体系,技术,包括细节都是公开,没有任何隐蔽式安全的要素(除了创始人的真实身份),所以比特币系统是可信的。

比特币底层区块链技术,实现了去中心化的分布式账本,很安全。只要下载了比特币客户端(钱包),你就拥有了所有的历史交易记录,就不怕被人黑了,黑客想篡改你的交易记录,需要黑掉世界上所有人的电脑里的账本,这不现实。

比特币设计成每10分钟能挖出一个矿,发行货币稳定。挖矿奖励每4年减半,大概到2140年就差不多挖矿收益接近为0,就没人愿意去挖矿了,所以比特币总量是2100万个,不会货币超发。

传统金融无法彻底控制货币超发,常见的有:

  • 金本位:国家发行多少货币,必须相应的有等量黄金存进金管局。
  • 美元本位:例如香港就是美元本位,每发行1港币,必须有相应的美金存进金管局。
  • 国家信用:美元,人民币就是国家信用。没有信用的如津巴布韦,发行100万亿元的钞票一张,最后只能破产。

比特币可能是数学本位,比特币发行速度和数学公式挂钩,不以个人或国家的意志为转移,有效地控制了货币超发,加上公开透明,匿名安全,去中心化等因素,受到了全世界的热捧。

缺点:

1.价格不等于价值,不用掉书袋咬文嚼字“价格”和“价值”的区别。最明显的一点:挖矿本身纯粹是浪费资源。

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算力占比决定了挖矿概率,比特币挖矿比拼的是算力,也就是单位时间内矿机的哈希运算次数。算力越大,挖到比特币的概率越大。目前比特币全网算力超过39EH/s,也就是39乘以10的18次方。这是什么概念呢?如果用一台普通电脑来挖矿的话,它的算力约在1000H/s,平均每秒能做1000次随机数尝试。全球有70亿人口,每人都有一台用来挖比特币的电脑,那么需要560万个地球,才能达到目前比特币的全网算力。矿工挖到比特币的概率等于自己的算力在全网算力占比。用普通的家用电脑挖矿,挖到比特币的概率远小于双色球中头奖的概率。所以目前矿工都采用专业的矿机——ASIC矿机来挖比特币。如果矿工“小冷”拥有算力占全网算力的1%,长期来看,他挖到比特币的概率就是1%。还要看挖矿成本,包括矿机成本、矿机的算力、功耗、电费以及其他营运成本等,这其中尤其是挖矿电费,这也是矿工在丰水期下都扎堆去四川矿场去布局矿机。而在四川矿场及中东、格鲁吉亚等海外矿场,RHY矿场都布局有大型矿场,据了解,他们低至0.25元的挖矿电费,能让矿工的挖矿成本大降一个台阶。这也是币价大涨下,矿工选择RHY矿场的重要原因。

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2.财富分配不公平,越早参与游戏的获得的比特币越多。在传统金融里,如果社会觉得财富分配不公,人民可以起义推翻政府暴力重新分配财富(虽然不主张暴力,但暴力确实是重新分配财富的底线)。在数字货币的世界里,去中心化,没有国家没有央行,人民不满意连推翻的对象都没有,去推翻看不见的手?

3.风险高,数字货币不唯一,比特币未来也可能被其他数字货币取代,届时可能一夜间资产清零。

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