比特币的价值来自于基本的运作原理？

作者/ERIC YAKES

翻译/章鱼哥

比特币如何运作

比特币可以发送交易并将它们合并到充当分类账的公共区块链中。 比特币是有价值的，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，有些计算机处理它的速度比其他计算机快。 软件由计算机被告知要遵循的规则组成，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，但它的本质不同于我们所知道的，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运行。 想想 Facebook 及其运作方式。 当您登录创建帐户时，您的信息会上传到 Facebook 用于存储其用户信息的众多计算机之一。 每次您发帖或发表评论时，该信息都会添加到您的计算机中。 如果CEO要删除或更改你的信息，他可以打电话给管理电脑的人，告诉他你的名字。 所有这一切都是可能的，因为 Facebook 是一家中心化的公司。

事实上，我们所熟悉的大多数公司以中心化方式运作是有原因的。 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高效运营。 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，公司的首席执行官不需要利益相关者达成共识来实施变革，这使公司能够在竞争激烈的市场中保持敏捷。

另一个极端是去中心化的群体，其中决策由一组参与者协商一致做出。 在最纯粹的形式下，该系统不需要对中央权威机构的信任，因为利益相关者的意愿将始终得到尊重。 这个过程效率低下，但对于制定高度道德风险的行动是必要的。

美国的开国元勋在构建权力平衡和选举官员的民主程序时就知道这一点。 它使社会能够对他们选择的负责人保持高度控制。 简而言之，一个纯粹的去中心化系统速度慢且效率低下，但对于消除利益冲突的机构问题是必要的。

计算时代使去中心化系统成为可能，因为以接近光速的速度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仍然在操作上可行。

去中心化软件是足够自动化的代码，不需要中心化的所有者（例如 CEO）。 相反，它是一套规则，每个与软件交互的人都必须遵守这些规则。 规则一旦制定，除非大多数网络参与者同意更改，否则不能更改。

协议是通过行动达成的，并且由于软件是开源的，每个人都有自己的代码副本，他们可以随意更改。 但是，如果一个人对自己的代码改动太多，他们可能无法再与其他人的代码进行交互。 每个人都可以自由更改自己的代码，但要遵循的规则是大多数网络选择遵循的规则。 任何不想遵守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做出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。 如果他们做不到，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更改后的软件时，规则就会更改。 如果他们不这样做，规则仍然存在，一些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。 参与者称为节点。 带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其内存和处理能力的限制。 目前全球已知的比特币节点约有10000个，如下图所示：

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，它会通过检查发送者是否有足够的比特币来消费、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它。 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，则忽略它。 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（工作量证明）在区块链中记录他们的内存池副本。

采矿过程

对于要挖掘并包含在区块链中的新区块，挖掘节点必须通过生成低于要解决的难度目标的区块头的哈希值来解决工作量证明 (PoW) 计算问题。 因为哈希函数的输出是随机的，所以生成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，因为可能的答案范围越小。

回顾上一篇文章中的区块头：

区块头时间戳、难度目标和随机数

以下公式组合了这些项目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+前一个区块哈希+版本号+时间戳+难度目标+随机数）

矿工可以通过改变他们在 nonce 字段中的内容来改变区块头。 因此，如果区块头哈希小于目标难度，则该区块被成功挖掘。 你不能只选择一个小数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小数）。

矿工通过迭代 nonce 字段来竞争解决工作量证明计算难题，直到它产生一个小于难度目标的块头哈希。

最长链原则：解决分歧

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（即他们所连接的节点）。 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。

块传播时间的概率密度函数

节点通过将它合并到它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，将最新的区块添加到他们的区块链中，从而重新开始整个过程​​。 这个循环平均每 10 分钟发生一次，难度目标会自动调整以达到此目的。

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 分钟会在成功挖出一个区块后获得一个区块奖励。 区块奖励包括节点为交易支付的费用，以及 coinbase 交易创造更多新的比特币。

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 万个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会怎样？ 如果节点不同意，则它们遵循最长链规则：

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长。

2.一旦找到下一个区块，一条链就会变长，短链的节点会转而挖最长的链。

节点遵循最长链原则，以便随着时间的推移解决所有分歧。

激励机制：工作量证明（POW）算法

一个需要回答的重要问题：为什么有些矿工的区块不是每 10 分钟随机挑选一次？ 为什么我们必须耗费所有这些运行计算机的能量来解决这个问题？

好吧，我们知道 PoW 造成了数字稀缺性，但还有另一个目的：安全性。 区块链是由解决算法的人扩展的，如果矿工解决了问题，他们可能会纳入欺诈交易。 但是这些欺诈交易因为没有经过验证而被其他节点拒绝。 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，这将需要整个网络超过 50% 的计算能力。 因此，开采的成本越高，坏人就越难这样做。

用中本聪的话来说，这样做也不符合坏人的最大利益：

他应该会发现遵守规则更有利可图，这有利于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（因为网络不再安全，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抵御不良行为者的主要防御措施。

工作量证明算法就像一个测试。 学生花费大量时间和精力参加测试，这些测试除了证明他们的知识外没有任何实际价值。 通过这样做，学校可以将毕业生的表现归功于他们，并向他们保证他们毕业是因为他们展示了自己的知识。

同样，比特币通过其网络的安全性获得信誉。 它的安全性在于人们确定永远只会有 2100 万个比特币，而采矿成本决定了这一点。 保护比特币网络意味着保护一种无需信任的、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，其安全性至高无上，法定货币更像是一所没有考试的学校。

比特币规则

在了解了比特币的作用及其运作方式之后比特币的挖矿原理，我们现在可以总结出比特币网络节点遵循的最重要的规则。 比特币是软件，所以如果你想了解规则，最好的办法是查看代码。 如果您不知道该怎么做，这里是最重要规则的摘要。 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、将块固定到链上以及确保新比特币的固定供应时间表是必要的。 为了便于理解，下面将规则分为交易级别和区块级别，虽然有些规则并不相互排斥，可以归入任何一类。

这些规则以共识存在，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。 在法定货币体系中，规则不是通过共识产生的，而是通过法定货币（法定货币一词的定义）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：

2019 年 4 月美联储理事会会议

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属性，这推高了它的价格。 上涨的价格吸引了更多的矿工，扩大了网络的计算能力，使网络更安全，从而更有价值。 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。 这个反馈循环以比特币的货币属性（由规则决定）为前提，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

比特币软件称为 Bitcoin Core，可以在 bitcoin.org 下载，这是使用最广泛的比特币软件，但还有其他比特币软件的工作版本。 其他版本必须保持与比特币核心的最低相似度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。 否则，它创建和转发的交易/区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，但没有一个群体拥有完全的控制权。 请注意，有一小部分开发人员可以实际更新代码（称为提交权限）比特币的挖矿原理，而社区的其他成员公开建议更改。

如果有人试图控制少数拥有提交权限的开发人员怎么办？ 他们有能力为社区制作新的软件，社区成员可以自愿下载，但不能强迫他们这样做。 此外，对软件的所有更改都由社区成员审核，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，并由具有提交权限的开发人员实施。 节点（矿工）必须为网络下载更新的软件才能接受它，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之间的共识。

我们的法定金融系统由一个高度集中的集团控制。 您可以选择是要遵守比特币系统的民主，还是要遵守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，这个决定将变得更加容易，但是这种采用将需要当前支持它的生态系统的重大发展。

参考文章

1. 比特币和加密货币技术，Arvind Narayanan、Joseph Bonneau、Edward Felten、Andrew Miller、Steven Goldfeder，195

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