比特币如何运作和挖矿

在上一节中，我们讨论了中心化货币的三个缺点，即自上而下的共识导致用户没有支配地位，中心化货币过度发行导致用户财富贬值和财富所有权的隐患，而时代呼唤一种货币，它是一种我们可以控制自己的货币，流通量是恒定的，它是真正属于我们自己的。那么比特币的出现填补了这三个空白。一是比特币的价值和感受已经被用户认可，属于一种自下而上的等价交换；其次，比特币的每个区块中诞生的比特币数量是恒定的，每四年减半（前四年每个区块在 10 分钟内诞生 50 个比特币，第二年为四年，每个区块在 10 分钟内诞生了 25 个比特币……总数一直持续到 2140 年，当时所有比特币区块都被挖出，产生恒定的 2100 万比特币）；第三，比特币硬币由密码学中的独特算法保存。该算法与权力和制度无关，所有权不受外力影响。

让我们看一下比特币软件以及比特币的工作原理。

❶ 场景

比特币白皮书中提出的应用场景旨在实现互联网交易中去中心化、点对点、不可逆的交易。

首先，中心化银行账簿是自己保存的，记账功能也是它自己的内部功能。但是，每个人都可以参与比特币的账簿和记账功能（即“挖矿”）。由于账本对全链开放，每个人都可以下载和查询，实现去中心化；

我们的一般交易只有在官方银行软件、支付宝、微信等第三方工具的参与下才能实现。比特币借助点对点技术实现全球贸易点对点交易；

第三，转账一经在软件中发起，不可撤销，且交易不可撤销，避免了日常生活中通过可撤销交易进行诈骗的缺陷。

❷哈希

散列（hash）是密码学的基础，本质上是一种单向散列算法。其原理是将内容作为自变量带入方程计算结果。我们可以举个例子，加你有一台做香肠的A机，这台机器叫哈希牌香肠机，它可以把任何肉加工成不同形状、颜色和长度的香肠，具有以下特点：

第一：单向，即只有肉可以加工成香肠，香肠不能还原成肉。（对应的编程思想是不能通过处理后的输出值计算出原始输入值）

第二：转化速度是一样的，就是不管你放什么肉，生成香肠的时间都是固定的。（对应的编程思路就是不管字符串的长度变化多少，结果的速度都是一样的）

第三：你猜不出来，就是即使你放的肉有一点点变化，生产出来的香肠也会发生巨大的变化。（对应的编程思路是，即使你输入的字符串有小数点变化比特币算法原理，那么输出的结果也会有巨大的变化，你无法通过两个输出的结果来猜测输入的内容）

❸私钥

比喻我们的邮箱密码

简单来说，私钥的过程其实就是抽取一个1到N之间的随机数。那么你会想，这个随机数会重复吗？其实比特币的创始人早就认为随机数范围很大，取值在1到1077之间。1077到底有多大？你可能无法描述它，但你可以描述1087有多大。宇宙中所有的原子（直径为10-10米的原子）都近似表示为1087，这是一个如此庞大的数字。

从编程的角度来看比特币算法原理，私钥是通过从密码安全的随机源（熵源）中取出一长串随机字节并使用 Hash256 算法对其进行操作而获得的。

❹公钥

类比我们的电子邮件帐户

公钥是私钥椭圆曲线加密的结果。

❺地址

比喻生活中的门牌号码

地址是公钥进行单向加密算法运算的结果。

❻ 签名

签名是在发送信息时附加另一条内容，作为发送者的证明，证明信息未被篡改。

一般发送方对信息进行加密得到哈希值，然后用自己的私钥对哈希值进行加密得到签名。接收方使用公钥解密以恢复散列值。

❼挖矿

打个比方：数独游戏（在学校里，一个班的老师手里拿着一颗糖果，但是只能分给一个学生，那怎么分呢？老师制作一个九方数独，让全班同学先比试验证，符合数独规则的同学得到这颗糖果，于是所有同学开始把数字1、2、3、4、5、6、7、8、9一一拿来验证，对应编程中的一个遍历随机数的过程）

比特币软件规定，每个人在进行比特币交易时，必须将自己的交易记录副本发送给全网的矿工。这十分钟内的交易记账权如下

第一步：对前一个区块的内容进行散列

第 2 步：在十分钟内合并所有交易

第三步：猜一个随机数

第四步：从第一步到第三步，再对数据进行Hash，验证是否满足软件要求

第五步：匹配后广播到其他节点生成新区块（矿工获得区块奖励和区块交易手续费奖励）

❽区块链

定义：基于密码学、分布式网络和智能合约的数据库系统。简单来说，它就像一个银行，每个人都可以参与记账。

创新：

简化流程并提高效率

降低交易对手信用风险

提高透明度

适合跨境支付

分类：

公链 联盟链 私链

神话：区块链可以解决一切