2008年底，中本聰完成了比特幣最初版本的代碼，然后在把一篇論文發表在一個密碼學的郵件列表中，解釋他的構想，這就是比特幣白皮書。9年后，翻看他的郵件回復，能發現許多關于他的有趣的細節。他是一個比較倔強的人，據推測可能最早于2007年就開始實現代碼，用了近兩年時間完成了比特幣的完整模塊。他在一封郵件中解釋到，他希望能實現這些細節，來確定自己關于比特幣的構想究竟能否行得通.

 

I had to write all the code before I could convincemyself that I could solve every problem, then I wrote the paper.

  

為此他設計了方案，研究了算法，編寫了代碼，幾十年的知識積累，才促成了一套體系最終流行。理解他的設計，理解其技術細節，理解背后的深意，都不是一件容易的事。拋去眾人對比特幣的無論是狂熱還是不屑，無論是擁抱還是拒絕，我們首先要做到對它的了解才可能有發言權。

 

這篇文章希望用不那么技術的語言去解釋比特幣的整體思路。我盡量做到深淺結合，把我的理解講清楚。我們先解釋比特幣的運行原理，包括它的形態，特點，產生機制和流通機制，之后簡要介紹下比特幣的傳承及其經濟學上的意義。

 

我們以銀行為例來理解貨幣。現在的銀行系統完全可以脫離現金交割來證明你擁有某一筆資產。銀行會提供給各個分支機構、ATM機器、商戶pos機，關于某個儲戶的賬戶余額信息，儲戶在查詢、取款、支付、或轉賬過程中，都具有完全的支配賬戶余額的能力。只要你擁有賬戶的密碼，你就可以對自己的賬戶做任何的操作，而且接收方也完全認可你的支付結果。這就是電子貨幣，只不過這是對法定貨幣的電子化。

 

比特幣的形式與銀行卡看起來并無區別，你的賬戶存在網上，也是一個賬號一個密碼。你要支付給誰，就輸入對方的賬號，接著輸入轉賬金額，經過大約1小時，對方就收到了，也就接著可以用收到的金額去購買或者支付其他服務了。

 

事實上，即使比特幣從未出現，我們現在的生活可能也不會發生太多的變化。現代的銀行系統其實完全已經將資金流動數字化了，那比特幣究竟提供了哪些創新的理念？

 

平等的記賬權

 

不同于只有銀行有權對賬務往來做記錄，比特幣是由一群人一同參與記錄的，而且是每個人都有權參與，即使你并不持有任何比特幣。每一筆比特幣的轉賬和產生，形成了一個公共的賬本，每人都有權查看。這個賬本通過數學方法，保證里面的記錄不會被篡改。因為這種透明性和安全性，許多人逐步認可了其價值，開始有更多的人使用比特幣支付商品或者服務。

 

雖然每個人都有權來記賬，但是記賬也有成本，系統為了鼓勵你來記賬，會提供賞金。這個賞金就是新產生的比特幣，這個過程因比特幣的高價值而可以類比于發掘礦藏而被稱為挖礦。

 

因為沒有中心記賬機構，要想使用比特幣來支付，需要把支付信息廣播給網絡上絕大多數用來記賬的計算機，只要他們認可了這次支付記錄，才證明這筆支付事實上存在。

 

如何記賬

 

運行著比特幣挖礦軟件的計算機收到廣播而來的支付信息后，就開始驗證這些支付信息是否有效，并且把自己認可的和偏好的支付信息打包在一起。這個打好的包被稱為區塊，不同的計算機會去競爭打包區塊的權利，因為誰先打包成功，誰就可以獲得系統的獎勵。能夠完成打包的計算機，要有足夠快的計算速度，因為需要求解非常復雜的數學問題，耗時費力，同時也要有些運氣，但是平均都要花費10分鐘才能完成。新區塊產生后會立即廣播給網絡內的其他計算機，宣告自己成功贏得這次打包的權力。其他記賬的電腦收到這個新的區塊后，如果驗證沒有問題的話，就承認這個區塊已經完成，然后立即投入到下一次競賽中。經過一小時后，不斷打包的區塊就積累到了足夠的高度，達到了6層，這時全網公認一小時前的支付記錄就生效了，也就是支付到賬了。

 

發起支付，支付被打包，這個包后面再產生新的5個包，總共一小時，支付到賬。

 

安全性

 

這么多人一起記賬有什么好處？

人多一起記賬更穩定，除了多個備份形成的技術上的冗余，還可以理解為中心服務機構極有可能被所在地的法律所干涉，分布在全球不同的地域和國家，數據更安全，服務更穩定。

 

此外，如果有人惡意修改了里面的記錄，改如何發現？

比特幣通過數學方法來計算前一個區塊的內容摘要，后面的區塊里面包含了前一區塊的這個摘要。計算摘要的數學方法能保證當內容發生任何變化時，摘要都會變化，通過這種方法來實現所有的記錄不能更改，或者更改后一定會被發現。摘要同時很小，只有幾十個字母，這就保證了這種技術不會明顯增加區塊的大小。相鄰區塊的內容存在關聯，形如鏈條，因而這種方法被稱為區塊鏈技術。9年來，這些由區塊鏈接而組成的賬本，已有180G大小。

 

點對點和分布式

 

除了規定好的必須要遵守的約定之外，對不同的計算機而言許多事務可以采取不同的策略，最終的賬本的樣子也取決于參與的計算機的選擇。所有參與的計算機組成了一張網絡，它們每臺大約與另外8臺保持著網絡連接，相互通信。這些設備沒有主次之分，都擁有平等的權力。一次支付信息的通過相鄰的8個電腦廣播到全網，或者一個打包好的區塊廣播到全網，只需要幾秒鐘就可以實現。但每臺電腦可以完全自由選擇自己是否承認一筆交易、是否要永久拒絕某個交易、或者故意要忽略掉某個區塊。他們因為參與的目的是希望能夠獲得挖礦獎勵，往往不會惡意去破壞系統，但是一般會把交易手續費太低的交易排除在賬本外。

 

這種無中心服務器而相互連接的電腦，稱之為點對點的方式。而每臺電腦都保存了這180G的賬本，稱之為分布式賬本。

 

流通的數量

 

由原始的程序保證，比特幣的發行總量是2100萬個，從2009年第一批50枚比特幣被挖掘出來算起，已經有1680萬個比特幣被挖掘了出來。其最小的細分單位現在是一億分之一個比特幣，不過由于大部分的交易都要收取至少千分之一的手續費才能被成功收入這個公共賬本，所以太小的比特幣其價值并不大。

 

比特幣迄今為止共產生了1680萬個，而擁有一個比特幣以上的賬戶地址，不過才70萬個不到。要知道，所有的黑市交易的，挖礦的，炒幣的，幾乎都在這70萬里面。這70萬人持幣總數占據95%，人數占比2.5%。還有1200萬個地址擁有1個一下，千分之一個以上，持幣總數不足5%；另外還有1500萬個地址，擁有千分之一個以下，這些純粹是拿來玩的，這些地址的持幣總數有萬分之二。考慮到同一個人名下有多個賬戶，這些賬戶地址背后的真人數量，可能至少要除以3。

 

賬號和密碼

 

這個公共的賬本里面記錄著每次支付的記錄，但進賬方和出賬方都是一串數字表示的地址，真正背后的人不容易被查出來，因而具有一定的匿名性。

 

實際控制人通過另外一串字符串，證明自己擁有這筆資產，也用其來控制資金的轉出，這串字符串稱為私鑰，是一個比特幣賬戶最核心的秘密。由于比特幣賬本除了私鑰之外的之外，其他的幾乎完全公開。不像銀行，你輸入密碼錯誤多次后，賬號就會被鎖定，比特幣的賬號密碼，你可以無限次的去試，背后的數學保證了其他人很難破解你的私鑰。但是，如果你也忘記了這個私鑰，那賬戶里面的資金就基本無望再找回來了，因而保存私鑰需要額外的注意。

 

協同共識

 

如何能在各自為政的情況下，最終保持著相同的一份賬本，就是比特幣最為核心的技術。

 

系統中不同的計算機打包的內容很可能不同，信息傳遞進來的順序也不同，本身的計算能力也不同，雖然在幾秒內都能獲得全網所有的信息，但是它們都需要作出判斷和取舍。每個區塊的打包是有難度的，這個難度基于一種數學難題，這種難題需要耗費計算機大量的時間去計算，只有完成了計算、找到了答案的計算機，才是真正地完成了打包，也就是完成了區塊的記錄權，也只有這種情況下才能獲得挖礦收益。

 

因此，我們可以衡量每個區塊的產生出來的難度，可以用一個數字來表示。區塊從最早到最新，把難度數字加起來，就會有一個衡量整個鏈條的難度指標。全網雖然各自為政，但是即使有不同的節點可能計算了不同的問題，一旦收到新的區塊成功打包的消息，它們都會通過整個鏈條的難度來做判斷，找到數字最大的那條，也就是所謂的最長的鏈條，而舍棄其他的鏈條。這條難度最長的鏈就是每臺設備最為認可的目標，分散的節點各自努力，各有偏好，但是最終會被最長鏈條的權威所統一。

 

防范欺詐

 

如果一個賬戶在余額不足的情況下超額支付給一個人，該如何判斷？

 

每個分布式的節點都知道所有的交易記錄，每臺電腦都下載了相同的一份180G的數據的，那里記錄了所有的賬務來去的信息，那么也就知道此時某個賬戶下究竟有多少余額。這是用來避免超額支付的。

 

如果同時支付給多人，也超過了自己的余額，而且把不同的支付信息發給了不同的記賬節點，這就需要時間來判斷了。可能網絡中某些計算機認可了你的其中一筆支付，另外一些計算機認可了你的另一筆支付，但是最終要合并在最長鏈條的時候，總會有一筆支付不能通過驗證而會被舍棄掉。在一個容納了幾千萬臺電腦的網絡中，好的制度是有這樣的容錯能力的。

 

我們總結下比特幣的特點，至少包括以下幾個：

 

 

1. 分布式記賬，沒有中心節點

 

2. 記賬產生新幣，鼓勵記賬

 

3. 點對點的網絡，平權參與

 

4. 賬本歷史，無法更改

 

5. 分散的設備，統一的目標

 

6. 匿名地址，隱藏身份

 

7. 支付信息，全網可見

 

 

思想傳承

 

比特幣這套嚴密的體系，深究進去，嘆為觀止，但絕非沒有傳承。在中本聰之前，至少有三個人曾經在加密電子貨幣領域里面做出過有價值的貢獻。

 

David Chaum在1983年出版的論文《Blind Signatures For Untraceable Payments》中提出了使用公鑰加密技術可以實現匿名的支付，但是他的系統里面銀行仍然是存在的，這點不同于后來的比特幣，但可謂思想的先驅。我們知道從1976年公鑰加密算法被公布出來后，也就僅僅幾年后，就有人設想將其運用到貨幣領域。回顧這段歷史，能發現在上世紀80年代，新技術的傳播和應用的速度如今天一般別無兩樣。

 

另外一位，Adam Back于1997年提出的HashCash技術，本來是要解決垃圾郵件的問題的，他提出如果有人要發郵件給收件人，那么他要付出一定的代價，比如說先解決一個小的數學難題，這能至少花費發件人幾分鐘的CPU時間，對于垃圾郵件服務器的寶貴的時間來說，他們可能就此作罷。這種技術本來有人更早提出來，不過HashCash的技術完全實現并且應用在生產中。這項技術也深度啟發了后來的中本聰，包括比特幣中讓人最難理解的Proof-of-Work這個概念，在HashCash中已經變得成熟。

 

Wei Dai, 漢語名戴維，一位在微軟工作過的華裔，于1998年曾提出更為激進的電子貨幣B-cash的設想，他提出的設想中包含了一個去中心化的貨幣系統，以及貨幣產生機制，但是在支付技術中，他的概念中仍然包含了一些中心節點，類似于服務器一樣的概念。Wei參與了微軟公司重要的加密軟件的開發工作，他其實有能力去實現他所構想的系統，不過并沒有將想法付諸實踐。

 

后來中本聰在他們的基礎上做出了更為激進的設想，同時也實現了代碼，完成了給終端用戶使用的比特幣軟件。中本聰在電子貨幣的路徑上走的最遠、最徹底，他的知識同時在廣度和深度兩個方面上完成了積累，工程實踐能力、數學、密碼學、計算機網絡、經濟學等等，但凡在其中任何一個環節薄弱，可能比特幣就不會出現。

 

后來的人推測他可能不是一個人，而是一個團隊。以他留下的文字的蛛絲馬跡來看，他也極有可能是一個人，比如他的作息時間異常嚴格而準確，每天定時休息6個小時。據他休息的時間來推算，他極大的可能是生活在美國。雖然他用一個日本的化名，但他的英文是優質的母語水平，有些用詞還極其傳神，有興趣的朋友可以去讀他的論文，以及他不多的幾篇郵件和論壇中的回復。當然，他的郵件中偶爾也會出現一個語法錯誤，這個人雖然神秘，但是應該并非來自未來的穿越。

 

問題來源

 

這些人有些是技術上的極客，也有些是思想家，也有些把思想付諸了商業實踐，但是驅使他們在電子貨幣領域思考同樣的問題，其背后可能更有深意。為此，我們要參考中本聰的白皮書，不過在這篇論文中，沒有太多涉及到他為什么要設計比特幣。關于問題背景，中本聰講的不多。

 

Commerce on the Internet has come to rely almostexclusively on financial institutions serving as trusted third parties toprocess electronic payments. While the system works well enough for mosttransactions, it still suffers from the inherent weaknesses of the trust basedmodel.

 

What is needed is an electronic payment system based oncryptographic proof instead of trust, allowing any two willing parties totransact directly with each other without the need for a trusted third party.

 

文中的意思，他提出了對于銀行的效能的質疑，同時表達了作為中間人的金融機構，其實可以不需要。那怎樣保護交易的雙方呢？對于保護商家而言，他的方案是顧客支付了之后就不能取消。對于保護顧客，他在文中有提到資金托管計劃，不過沒有展開來講具體的設計。他主要著眼于比特幣系統在沒有金融機構的情境下，支付的高效性。

 

比特幣創建之初，預期的交易手續費會比銀行更低。同時其技術設計能夠確保在一小時內的支付到賬。而且只需要互聯網就可以支付的特性也方便任何兩人之間轉賬，即使是兩個使用完全不同法幣的國家之間，跨地域的特征明顯。而穩定，則是通過分布式的冗余架構來實現的。

 

當然可能誰在當時也無法預料到，9年后的今天，現在一筆比特幣交易，手續費竟然達到了十幾美元。當然，比特幣產生以來的絕大多數時間，交易手續費是可以忽略的。以千分之一個比特幣的手續費來估算，其交易手續費幾年內也都不足人民幣幾毛錢。

 

另外，對于小額交易，比特幣做不到類似支付寶這樣的秒到賬，所謂的快捷其實不快。但如果交易額非常大的情況下，比如說要向國外匯款幾萬美元，那一個小時到賬的優勢就很明顯，同時十幾美元的成本也就不算什么了。

 

概括來講，用于支付的場景下，大額轉賬手續費廉價，到賬相對快速，高度國際化，高度穩定，這是比特幣的獨特價值。再加上匿名特性，更為一些熱愛自由、拒絕被監控的人士所喜愛。在交易這個層面，比特幣在不依賴任何中心機構，可以在全球范圍轉賬，并且成功吸引了眾人的注意力。這個層面上，比特幣的現狀應該是滿足了設計者的預期的。

 

并行貨幣

 

如果說比特幣的網絡里面有大量的交易產生之后，姑且不去驗證是否真的可以對銀行系統產生影響，如果擁躉眾多，交易體量足夠大，完全可以當做一個獨立的經濟體系，并行于法幣交易體系，這時就會有些更有趣的推理。比特幣有可能會從更本質的層面去接近和替代銀行的作用。

 

再回到銀行的深層功能上來分析。我們知道銀行產生的本源并不是為了方便儲戶交易的，銀行本質上是通過存貸差來賺取利息的，支付交易僅僅是銀行的儲戶足夠多之后，形成的網絡效應帶來的額外功能，處理商戶結算完全可能成為銀行的成本，只有有足夠的儲戶，才可能從商戶交易中獲取交易手續費。

 

如果銀行是一個自負盈虧的公司的話，在充分的競爭下，貨幣和金融制度的創新，金融產品的豐富，可能會普遍提高國民福利。然而對于持有國有大行定位的，或者是政府充分兜底的銀行，其本身的經營可以是非常優秀的，也可能僅是依賴于貨幣產生的機制以及與權力的距離而得以保持優勢。國民從印鈔機構新發貨幣的授信，也就是獲得原始信貸的能力，這是根據一個人與權力的遠近而逐層遞減的。與權力越近的人，越早獲得印刷出來的鈔票，這些人購買了資產，從而提高了資產的價格。之后逐步由后續的人依次獲取流通中的資金，距離權力遠的人，可能很難享受貨幣發行的紅利，隨著時間的推移，反而會面臨更高的資產價格。這就是印鈔不一定能夠提升國民財富水平，反而助長了通貨膨脹的背后機理。

 

銀行一邊提供了利息和安全的存儲，為儲戶帶來便利；但同時也是法幣體系的最主要的維護機構，因為它售賣的就是法幣的使用權，背后用于支付的是人們的勞動和時間，而其維護的則是造幣者的權力。法幣體系的支付沒有問題，最大問題就在于我們無法相信法幣的產生機制。

比特幣以無中心的、嚴格遵守既定規則的、純技術的支付結算系統的形象出現。這個系統帶來了比特幣的流動性，流動性產生初步價值，再通過一種特殊的機制和網絡效應來吸引更多人的使用，放大流動性產生的價值，最終可能會有意或無意地從法幣造幣權中贖回一部分造幣權。而這種特殊的機制就是挖礦，其本質是產生新的貨幣。

 

在最早產生的比特幣中，創造者中本聰引用了來自挖礦當天（或前幾天）的2009年1月3日的The Times報紙中的一個新聞標題：“Chancellor on Brink of Second Bailout for Banks”，并把其永久地寫入了創世區塊. 政府為什么要救助銀行，這是一個無法理解的疑問。對于銀行系統的諷刺，就這樣埋在比特幣的第一個區塊，然后將傳遞給數以千萬計的電腦。

 

可以說任何電子虛擬物品，一旦有可能成為一般等價物時，本質上都可以理解為貨幣，也都會有擴大自己使用范圍的傾向。若無政府監管，我們相信Q幣也一定能夠用于支付日常生活所需，給店家的QQ號打款Q幣可能比微信掃二維碼支付早10年就可以實現。類比Q幣，比特幣也一定會被使用者用于這樣的服務；難以監管，那么也就一定更加瘋狂。一旦被理解為貨幣，貨幣之間本能地就有溝通和競爭的關系，后面的事情完全不需要創造者去設想，它會沿著自己的內在邏輯逐步演化下去。每一種貨幣都有其造幣流程，也都試圖要去實現流通和生產之間的閉環。

 

從支付系統作為思考的起點，必然落腳于創造獨立于法幣的生產體系。這個邏輯可以概括為：比特幣以及后來一眾的競爭幣，希望形成一個豐富的一般等價物的市場，讓法定貨幣成為其中一種，而不是唯一的那一種貨幣。與法幣并行。在這套體系中，貿易結算，商品零售、工資發放，都以比特幣為媒介，不需要法幣的參與。

 

從09年以來，9年時間產生了大量的關于比特幣及其背后的區塊鏈技術的媒體文章、書籍、線上討論組、交易網站、礦工、持幣者等等。比特幣與以下幾個詞經常能關聯在一起，財富、黑市、漲跌、電力、黑客、自由、去中心化等等，我對新聞熱詞往往傾向于保持一段距離，對不能快速理解的事物就更難產生熱度，加上心中被一些其他的讓人著迷的事情占據，沒有精力旁騖，也就沒太關注這個領域。

 

前不久一位同學來滬，講述起他們正在操辦電子貨幣交易所的事跡種種，這9年時間真的是變化的太快，越來越多人開始參與到了這個行業里面。我隨口問起這比特幣挖礦究竟是在計算一個什么問題，同學快速給出了一個答案，只言片語卻干貨十足，引起了我的興趣。但是仍然還有些細節我尚不能完全理解，于是在上上周末，開始了一次區塊鏈技術的探索之旅，從橢圓曲線加密技術到挖礦算法，從比特幣網絡到比特幣持幣的分布，從中本聰本人到比特幣產生的歷史環境，從CPU與GPU的區別到ASIC礦機的構成，從比特幣的產生到比特幣的流通，查閱了些資料，做了些學習，希望能把這些在一周內產生的認識記錄下來，以便之后重溫和復習，這就是這些文章的來源。

 

Andreas M.Antonopoulos的書《Mastering Bitcoin》給了我極大的幫助，中本聰的比特幣白皮書自然是不能錯過的經典，問答網站stackexchange的bitcoin版是我需要不斷光顧的地方，知乎里面也汲取了不少養分，各種搜索引擎不斷開動，要找各種信息的原始出處和英文原文，終于才能梳理出來一些曾經疑惑的問題和過程中不斷發現的新問題的答案。

 

文章備注：本文最早由作者發布在簡書和知乎上。文本經作者授權發布。