有点像朋友圈？谈谈比特币交易系统的设计

排版：老张

比特币交易系统类似于微信朋友圈吗？

写在前面

刚刚过去的2020年，比特币价格暴涨，炒作气氛十分浓厚。 笔者最近尝试去了解和思考比特币交易系统的设计思路，它的价值从何而来，比特币长期的前景如何等等，记录一下最近的所学，写了两篇文章. 本文是第一篇，试图用最通俗的语言来解释比特币交易系统是如何工作的。 第二篇文章将讨论比特币的价值来源及其前景。 届时笔者将比特币与黄金、微信支付/支付宝等电子支付、央行研究中的法定数字货币（DCEP）进行对比分析，同时笔者也会谈及他对比特币是不是庞氏骗局的看法。 作者本人是外行，如有不当之处，还请见谅！

比特币价格趋势（2016 年至今），来源：Coindesk

从小红用微信支付买糖葫芦开始

讲解比特币，先从小红用微信支付买糖葫芦说起。 农民工小红最近手头有点紧。 她的微信钱包里只剩下2块钱了。 小红下班后毅然拿着剩下的2块钱在路边摊买了一个糖葫芦。 她扫了微信二维码，给摊主转了2块钱。 确认付款后，摊主将糖葫芦送给了她。 在电子支付大规模普及的今天，这种看似正常的交易其实有四点需要指出：

小红只能把钱花在自己的微信钱包里。 她不能自己操作，用同事小明钱包里的钱买糖葫芦，除非小明愿意请客。

小红原本微信钱包里只有2块钱，所以她最多只能花2块钱，买不起5块钱的糖葫芦（不考虑信用贷款）。

小红这2块钱只能消费一次，消费后手机显示的余额会减2。

小红不能让自己的意愿要回已经花掉的2块钱。

这看似普通的四点，在现金交易模式下自然会得到满足（只能花口袋里的钱；没办法白手起家；花2块钱，自然会少钱）你的口袋。2 元；所花的钱将不会被收回）。 在本次糖葫芦交易过程中，由于是电子支付，这四点都需要微信支付平台（或支付宝、银行等）等第三方管理者进行担保。

那么我们是否可以设计一个直接点对点的电子支付模式（无需支付宝、微信支付、银行等）？ 这就是比特币的设计者中本聪（化名，真实身份不详）一开始的想法：去中心化，即让电子支付在没有第三方的情况下公平有序地进行-派对经理。 为实现这一目标，比特币交易系统必须在没有第三方（管理员）的情况下保证以上四点。 我们把这四点称为比特币系统需要解决的四大问题。

资料来源：让我们谈谈比特币

比特币的技术虽然比较复杂，但它的原理是：在没有第三方管理者作为交易系统的权威的情况下，每个人都对交易系统进行监督，每个人的共识（需要半数以上的人同意）达成共识）共识）就是权威。

中本聪提出的比特币交易系统就像微信朋友圈，我们称之为比特币朋友圈。 每个持有比特币的人都是彼此的朋友，他们可以在比特币朋友圈看到任何人的动态。 与微信朋友圈中发布生活、卖货、分享知识等不同，比特币朋友圈中发布的动态都是用户之间的交易信息。 比如小红要转5个比特币给小明，那么小红就得发布消息：“小红转5个比特币给小明”，通知所有用户这笔交易。

来源：CSDN博客

所以如果每笔交易都要有人发帖，这个比特币朋友圈势必会让人眼花缭乱。 如果信息太多，就需要有人去整理，把信息整理在一起。 这里需要引入另一个概念：比特币大账本。 比特币朋友圈中的所有有效转账信息都会记录在这个比特币大账本中（任何人都可以随意查看账本内容）。 由于本系统没有管理员，部分用户只能自发充当记账员。 当然，也没有白费。 每填满一页会计纸，纳入大账本后，就可以得到几个比特币。 这个过程称为挖矿。 但这件事远没有听起来那么容易，稍后我会解释。 你一定听说过区块链这个词。 这里的比特币账本就是传说中的区块链，账本的每一页都是一个区块，里面填满了过去大家确认过的交易信息。 一笔交易一旦进入比特币账本，就变成了一笔经过所有人认证的交易，无法修改（理论上也是可以的，但难度如暴涨，笔者在讨论问题4时会说明）。

那么有了比特币交易系统的基本框架（比特币朋友圈和大账本），我们就可以说明该系统是如何解决上述四大问题的。

问题一：只能在电子钱包里花钱

在使用比特币的交易过程中，每个人都会有自己独一无二的签名。 同时，交易系统中的每个人都知道彼此的签名。 更重要的是，每个人的签名都如此独特和复杂，任何其他人或计算机都无法复制。

在上面的糖葫芦交易过程中，如果小红想用比特币支付，那么她需要在比特币交易系统中发一条消息告诉大家：“小红转了2个比特币给糖葫芦摊主”，同时她又把还必须附上您自己独特的签名。 其他人一看签名，就知道这一定是小红自己发的信息，不可能是假的。 反之，如果小红想用小明的钱给自己买单，就发信息：“小明转2个比特币给糖葫芦摊主”，并模仿小明的签名。 但因为其他人都知道小明的签名，也知道他的签名是不可模仿的，所以小红的操作就尴尬了。

资料来源：Bitcoin.com

难点二：钱包里有多少，能花多少就花多少

正是因为比特币账本的存在，任何人的钱包里的余额都可以被验证。 例如，假设目前比特币账本中涉及小红的转账信息有3条，分别为：

1、王先生转10个比特币给小红，2020年12月31日

2.小​​红给小明转了3个比特币，2021年1月5日

3、小红给楼主转5个比特币，2021年1月21日

那么大家就知道小红现在电子钱包里只有2个比特币了。 如果此时小红在比特币朋友圈发帖：“小红给糖葫芦摊主转了5个比特币”，那么即使小红附上了她独特的签名，这笔交易也依然不会引起大家的注意。 认可，因为谁都知道，她的余额不足。

读到这里，可能有读者开始质疑比特币系统的隐私保护：如果每个人都能看到我钱包的余额，知道我有很多钱，那该有多丢脸。 其实作者只是举了这样一个例子来简化问题。 真正的比特币交易有自己独特的机制来保护用户隐私。

问题 3：没有双花

不能有双重支出，换句话说，同样的钱不能花两次。

比特币朋友圈的转账动态从发行到记录在大账本之间会有很短的时间间隔。 只有当小红转给糖葫芦摊主的2块钱被记入大账本后，大家才会相信交易已经发生，小红的余额才会为0。

这时，正在等待自己的消息被记录在大账本上的小红灵机一动，又发了一条比特币朋友圈：“小红转了2个比特币给煎饼果摊老板”类似于比特币，并附上了她独一无二的签名。 那么小红能否成功地将这笔钱当成两笔钱呢？

资料来源：Bitcoins.net

答案自然是否定的，比特币的设计者当然考虑到了这种情况。 我们已经知道，比特币朋友圈的转账信息需要有人整理。 如果小郭是做这项工作的，他首先在比特币朋友圈看到“小红给糖葫芦摊主转了2个比特币”这句话。 文章。 确认转账合理后（核对小红签名，核对小红钱包余额是否充足），小郭在账簿上写下这笔交易，然后记录其他转账信息。 如果小郭再看到第二个帖子“小红转了2个比特币给煎饼果摊老板”，他会以余额不足为由拒绝接受这个帖子。

当然，在比特币朋友圈整理转账信息的，远不止小郭一人。 毕竟这份工作是用比特币支付的，所以很多人都愿意做。 假设小陈也在整理，但与小郭不同的是，他先是看到并核对了交易信息“小红给煎饼果摊老板转了2个比特币”，并写在了自己的账本上。 那么这个时候就看小郭或者小陈是否成功的将他的记账纸合并到比特币账本中（合并到大账本的过程非常艰难，可能会消耗记账人99%甚至更多的时间）这里，笔者稍后会详细讲解）。 如果小郭运气好，在小陈等人之前，成功将自己的账本合并到比特币账本中，那么“小红转2个比特币给糖葫芦摊主”就变成了一笔认证交易。 这个时候，小陈等人只好将记账纸上与小郭相矛盾或者重叠的部分删掉，然后再尝试将自己整理的结果放入大账本中。

同时，每个人都在依靠比特币账本来判断对方是否已经付款。 糖葫芦摊主只有在账本上看到“小红转了2个比特币给糖葫芦摊主”，才会把糖葫芦给小红。 这样烙饼水果摊老板就不会看到小红给自己转账的消息了，小红两次花一笔钱的计划也就泡汤了。 这就是比特币交易系统防止双重支出的方式。

难点四：钱一旦花掉，就无法随心所欲地收回

你一定很疑惑，为什么记账员填一张会计纸用不了多少时间，而把它合并成一个大账本的过程却很困难？ 我们举个例子来说明。 假设小郭自愿为大家整理转账信息，他从比特币朋友圈收集了100条更新，在确认每条交易信息的合理性后（查看转账人签名，查看转账人钱包余额是否足够）。 他很快将这100条更新写在一张纸上，但在将这张纸纳入比特币账本之前，小郭还得转动表盘（如下图），只是指针停在了红色区域而已那么他能否成功地将他组织的这张纸合并到比特币分类账中，使其成为分类账的新页面。

只有当指针停在红色小扇形区域时，记账员才能将记账纸放入大账本中

那你肯定会问，难道非要转几百圈才能到红区吗？ 其实不止几百次，红色的区域其实应该比图中的小很多，但那样的话读者就看不出来了。 这就是比特币挖矿如此困难的原因，不是因为它在技术上很难，而是因为你必须不断尝试。 小郭可能几年都转不了红区了。 那么这样设计的意义何在？ 这是为了防止有人篡改以前的交易记录。

因为比特币系统是去中心化的类似于比特币，所以没有一个管理者。 为了维护这个系统的秩序，比特币大账本不能随意更改，谁想改谁就改。 回到小红的例子。 假设小红买了糖葫芦，钱包空了，回家后有点后悔。 这时，她翻了翻34页的比特币账本，发现自己的交易记录“小红给糖葫芦摊主转了2个比特币”在第30页，她想把这条记录改成“小红转了1个”比特币给糖葫芦摊主”，为自己取回1比特币。 但是一旦她在第30页做了修改，她就得重新做从第30页到第34页的四页的记账（这意味着她也必须转动轮子，并成功地转移记账）。 轮盘指针在红色区域停留 5 次！）。 不仅如此，在小红重做第30页到第34页的记账工作时，其他记账员也没有闲着。 他们仍在处理第 35、36 页等。 除非小红能赶上并超越所有其他记账员的共同进步，否则小红在第 30 页所做的更改永远不会被识别（这是因为比特币交易系统只识别最大页数）。 账本）。 但如果小红真的有那样的运气和毅力，那么她会成为一名记账员，因为记账员的报酬（挖出的比特币）比她修改之前的交易记录所能得到的要多得多。

回到比特币系统的原理：在没有管理员作为权威的情况下，需要每个人都能够对交易系统进行监督，需要每个人的共识（需要超过半数的人同意才能达成共识）是权威。 只要一半以上的人坚持只认页数最多的大账本，那么小红无论如何也无法篡改比特币大账本的内容。 这就是解决第四个问题的方法。

写在最后

至此我们已经讲解了比特币交易系统如何在没有“管理员”的情况下保证电子支付的四大要点，这就是比特币作为去中心化货币的设计思路。 以上解释当然不是100%准确，但我认为已经涵盖了重点。 比特币系统中每个用户的电子签名并不是真正的签名，而是一大串二进制数。 但这些数字的效果与普通签名的效果相似：独一无二且无法模仿。 事实上，比特币挖矿不是转动表盘，而是解决数学问题。 另外，解决问题的不是人类，而是计算机在不停地计算。 但是两者性质相似，都是要尝试很多很多很多次才能成功。

事实上，比特币交易系统不仅仅是摆脱了微信支付、支付宝、银行等第三方管理机构。 任何国家的政府或中央银行都无法控制比特币的发行和流通，即使是比特币的创造者中本聪也是如此。 无法干预。 去中心化是比特币最大的亮点，但也是比特币成为真正货币的最大障碍，因为这一特性使得比特币很难获得各国官方的支持。 此外，由于不易监管，比特币也为不法分子从事违法犯罪活动（如洗钱）提供了可乘之机。 正因为如此，比特币的前景充满了不确定性，包括我国在内的一些国家在很大程度上对比特币进行了限制。 但是，比特币背后的区块链技术是一个伟大的创新，可以广泛应用于很多领域，解决信任问题，这对笔者很有启发。

本文探讨比特币交易系统的设计思路，感谢您的耐心阅读！ 下期笔者将对比特币成为货币或黄金替代品的前景做一些定性分析，敬请期待。

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