比特币如何运作的基础知识，赋予比特币价值

比特币如何运作

比特币可以发送交易并将其合并到充当账本的公共区块链中。比特币之所以有价值，是因为我们可以确定账本中包含的交易是合法的而不是欺诈性的。由于比特币网络的规模，我们可以确定它们不是欺诈性的。本章将解释去中心化网络如何激励独立参与者在区块链上组织和创建合法交易。

去中心化软件

计算机由内存和处理能力组成，有些计算机比其他计算机拥有更多的内存来存储信息。处理能力是将输入转换为输出的能力，有些计算机比其他计算机更快。软件包含计算机被告知要遵循的规则，计算机接受输入，应用给定的规则并产生输出。

比特币是软件，但它的性质与我们熟悉的不同，因为它是去中心化的。我们熟悉的大多数软件都使用集中式网络来运行。想想 Facebook 及其工作原理，当您登录创建帐户时，您的信息会上传到 Facebook 用来存储用户信息的众多计算机之一。每次您发布或评论时，该信息都会添加到您的计算机中。如果 CEO 想要删除或更改你的信息，他可以通过打电话给管理计算机的人并告诉他你的名字来做到这一点，因为 Facebook 是一家中心化公司，所以这是可能的。

事实上，我们熟悉的大多数公司都以集中方式运营是有原因的。CEO 只需一个电话就可以做出这些改变，这一事实使公司能够有效地运作。作为这种效率的回报，公司的利益相关者（员工、股东和客户）必须相信 CEO 正在同时为所有人做出最佳决策。粗略地说，公司的 CEO 不需要利益相关者的共识来实施变革，这使公司能够在竞争激烈的市场中保持敏捷。

另一个极端是一个去中心化的群体，它通过在一组参与者之间达成共识来做出决定。就其最纯粹的形式而言，该系统不需要信任中央机构，因为利益相关者的愿望将始终得到满足。这个过程效率低下，但对于制定高度易受道德风险影响的行动是必要的。

美国的开国元勋在构建权力平衡和我们选举官员的民主程序时就知道这一点。它使社会能够对其民选领导人保持高度控制。简而言之，纯粹的去中心化系统缓慢且效率低下，但对于消除存在利益冲突的制度问题是必要的。

计算时代使去中心化系统成为可能，因为以接近光速传输信息的能力使得去中心化的要求不那么繁重。软件成为去中心化的理想媒介，随着计算机技术的进步，出现了一种新的想法，它现在可以去中心化并且在操作上仍然可行。

去中心化软件是足够自动化的代码，因此不需要集中的所有者（如 CEO）。相反，它是与软件交互的每个人都必须遵循的一组规则。一旦设置了规则，除非大多数网络参与者同意制定规则，否则它们不能更改。

该协议是通过行动达成的，因为该软件是开源的，每个人都有自己的代码副本，他们可以随意更改。但是，如果一个人过多地更改他们的代码，他们可能不再能够与其他人的代码进行交互。每个人都可以随意更改他们的代码，但要遵循的规则是大多数网络选择遵循的规则。任何不想遵循这些规则的人都可以更改他们的代码，但这意味着他们只能与进行此更改的其他人进行交互。简单地说，如果有人想改变比特币软件，他们需要说服大多数参与者也这样做。如果他们不能，比特币就不会改变。

去中心化系统遵循一套规则。当大多数参与者下载规则改变的软件时，规则就会改变。如果他们不这样做，规则仍然存在，少数人必须决定是留下还是离开。

比特币网络

比特币网络是所有网络参与者的总和。参与者被称为节点。一台装有比特币兼容软件的计算机连接到网络，网络中的每个节点都可以通过多种方式参与，这取决于它使用的软件并受到其内存和处理能力的限制。目前世界上大约有 10,000 个已知的比特币节点，

节点通过三个主要功能参与网络：路由、验证和挖掘。当一个节点感知到一笔交易时，它会通过检查发件人是否有足够的比特币可以花费、他们是否在其他地方花费了这些比特币以及他们的签名是否与他们的地址匹配来验证这一点。如果所有检查都成功，则节点将事务路由到其他节点，但如果不成功，则将其遗忘。挖矿节点不仅验证和路由，还将交易添加到他们的内存池中，并尝试通过解决计算难题（工作证明）将他们的内存池副本记录在区块链中。

采矿过程

对于要挖掘并包含在区块链中的新块，挖掘节点必须通过生成低于要解决的难度目标的块头的哈希来解决工作量证明 (PoW) 计算难题。因为哈希函数的输出是随机的，所以产生足够低的数字的唯一方法就是猜测。难度目标用于增加或减少矿工解决工作量证明算法的机会。难度目标越低，越难解决，因为可能答案的范围更小。

回顾上一篇文章中的区块头：

区块头的时间戳、难度目标和随机数

以下公式将这些项目组合在一起并对它们进行哈希处理：

区块头哈希=

哈希函数（默克尔根哈希+上一个区块哈希+版本号+时间戳+难度目标+随机数）

矿工可以通过更改他们放入 nonce 字段的内容来更改块头。因此，如果块头哈希小于目标难度，则该块被成功挖掘。你不能只选择一个低数字的原因是因为散列函数输出是随机的（没有办法让它产生一个低数字）。

矿工们通过迭代 nonce 字段来竞争解决工作量证明计算难题，直到它产生小于难度目标的块头哈希。

最长链原则：解决差异

一旦矿工找到解决方案，他们会立即将其广播给他们的同行（即他们连接的节点）。然后这些节点验证解决方案是否正确，如果正确，则将解决方案广播给它们的对等节点。下图显示，95% 的区块链将在平均约 40 秒内实现这一点。

区块传播时间的概率密度函数

节点通过将它合并到他们的区块链副本中来接受这个新块。矿工接受这个新区块并开始挖掘下一个区块，将最新区块添加到他们的区块链中，从而重新开始这个过程。此循环平均每 10 分钟发生一次比特币为啥会有价值，难度目标会自动调整以实现此目的。

因为难度目标平均每 10 分钟调整一次以找到一个区块，我们知道，矿工平均每 10 分钟获得一次区块奖励，以成功挖出一个区块。区块奖励包括节点为交易支付的费用，并且 coinbase 交易创造了更多的新比特币。

区块奖励 = coinbase 交易 + 区块费用

2008 年，coinbase 交易奖励了 50 个比特币，并计划每四年减半，直到 2140 年达到 2100 万比特币的最大供应量。

如果同时解析来自不同节点的不同区块链副本怎么办？如果节点之间存在分歧，它们遵循最长链原则：

1.他们在收到的第一个区块上工作，但保存区块链的另一个分叉以防它变得更长。

2. 一旦找到下一个区块，链就会变长，短链的节点会转向挖最长的链。

节点遵循最长链原则，以便随着时间的推移解决所有分歧。

激励措施：工作量证明 (POW) 算法

一个需要回答的重要问题：为什么有些矿工不是每 10 分钟随机挑选一次区块？为什么我们必须消耗所有这些能量来运行计算机来解决这个问题？

好吧，我们知道 PoW 会造成数字稀缺性，但还有另一个目的：安全。区块链由解决算法的人扩展比特币为啥会有价值，如果矿工解决了问题，他们可能会合并欺诈交易。但是这些欺诈交易被其他节点拒绝，因为它们没有通过验证。因此，为了扩展具有欺诈交易的区块链，必须由有兴趣这样做的矿工对其进行扩展，这将需要整个网络 50% 以上的计算能力。因此，开采成本越高，坏人就越难这样做。

用中本聪的话来说，这也不符合坏人的最大利益：

他应该发现遵守规则更有利可图，规则帮助他获得比其他人加起来更多的比特币，而不是破坏系统。

换句话说，如果有人成功攻击比特币，同时会破坏比特币的价值（由于网络不再安全，没有人愿意持有比特币），攻击将毫无价值。这种博弈论激励是比特币对抗不良行为者的主要防御手段。

工作量证明算法就像一个测试。学生们花费大量时间和精力参加除了证明他们的知识之外没有任何实际价值的考试。通过这样做，学校可以从毕业生的表现中获得可信度，并让他们放心，他们毕业是因为他们已经证明了自己的知识。

同样的比特币通过其网络的安全性获得可信度。它的安全性在于人们肯定知道比特币永远只有 2100 万个，而挖矿成本决定了这一点。保护比特币网络意味着保护一种去信任、去中心化的货币媒介免受道德风险。货币体系是经济的基础，其安全性至关重要，法定货币更像是一所没有考试的学校。

比特币规则

了解了比特币的功能和工作原理之后，我们现在可以总结比特币网络节点遵循的最重要的规则。比特币是软件，所以如果你想知道规则，最好的办法就是看代码。如果您不知道该怎么做，这里总结了最重要的规则。这些规则对于掌握比特币软件如何形成交易、将它们编译成块、将块固定到链中以及确保新比特币的固定供应时间表是必要的。为便于理解，以下规则分为交易级和区块级，虽然有些规则不是互斥的，可以包含在任一类别中。

这些规则存在于共识中，因为网络参与者愿意接受它们。参与者通过下载比特币软件并使用它来接受它们。在法币系统中，规则不是通过共识产生的，而是通过法币（法币一词的定义）产生的。我们不对我们的货币政策进行投票，相反，货币政策受到政客的影响和控制：

美联储理事会 2019 年 4 月会议

为什么比特币有价值

人们购买比特币是因为其优越的货币特性，从而提高了其价格。价格上涨吸引了更多矿工，扩大了网络的计算能力，使网络更安全，因此更有价值。随着时间的推移，这进一步提高了价格，随着比特币价格的上涨，它创造了一个积极的反馈循环，参与者相信它会继续上涨，这就是应用于价值标准的网络效应的力量。这个反馈循环是以比特币的货币属性（由规则决定）为前提的，因为没有这些属性，人们一开始就不会投机比特币。

规则如何改变

比特币软件被称为比特币核心，可以在 bitcoin.org 下载，这是使用最广泛的比特币软件，但还有其他有效版本的比特币软件。其他版本必须与比特币核心保持最低程度的相似性才能参与比特币网络。这个最低级别是一个节点需要像其他节点一样检查交易和区块的有效性。如果没有，它创建和转发的事务/块可能不会被其他节点接受，反之亦然。比特币核心是这些规则的标准，因此也是比特币事实上的规则手册。

为了改变规则，需要在三个主要利益相关者群体之间达成共识：

你可以看到，每个群体都有一种权力形式，但没有一个群体可以完全控制。请注意，一小部分开发人员实际上可以更新代码（称为提交权限），而社区的其他成员则公开提出更改。

如果有人试图通过提交访问控制这一小组开发人员怎么办？他们有能力为社区制作新软件，让社区成员自愿下载，但不强迫他们下载。此外，对软件的所有更改都由社区成员审查，并且由于它是开源的，任何修改都会很快被发现。

比特币规则由社区创建并由具有提交访问权限的开发人员实施。节点（矿工）必须下载更新的软件才能让网络接受它，投资者必须继续持有和购买比特币才能使软件更改生效。

比特币规则的改变需要关键利益相关者群体达成共识。

我们的法定金融系统由一个高度集中的集团控制。您可以选择是否要遵守比特币系统的民主或当前法币系统不断变化的规则。随着越来越多的人采用比特币系统，这一决定将变得更加容易，但是这种采用需要对当前支持它的生态系统进行重大发展。

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