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比特币
作者:吴斐 日期:2021年04月29日 来源:研发部 浏览:

内容导读:在最近的新闻中,我们经常听说,今日比特币跌5000美元;特斯拉支持比特币付款;比特币价格大涨1000美元等等类似的新闻,那么比特币究竟是个什么神奇的东西呢?

在最近的新闻中,我们经常听说,今日比特币跌5000美元;特斯拉支持比特币付款;比特币价格大涨1000美元等等类似的新闻,那么比特币究竟是个什么神奇的东西呢?

比特币(BitCoinBTC)是由中本聪在2009年提出基于区块链技术的一种数字货币实现;比特币网络是历史上首个经过大规模长时间检验的数字货币系统。根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的P2P网络。比特币是一种P2P形式的数字货币。点对点的传输意味着一个去中心化的支付系统。

 

目前,无论是货币形式,还是信用卡形式,都需要额外的支持机构(例如银行)来完成生产、分发、管理等操作。中心化的结构带来了管理和监管上的便利,但系统安全性方面存在很大挑战。诸如伪造、信用卡诈骗、盗刷、转账等安全事件屡见不鲜。

相关的原理和设计

比特币网络是一个分布式的点对点网络,网络中的矿工通过挖矿来完成对交易记录的记账过程,维护网络的正常运行。

 

区块链网络提供一个公共可见的记账本,该记账本并非记录每个账户的余额,而是用来记录发生过的交易的历史信息。该设计可以避免重放攻击,即某个合法交易被多次重新发送造成攻击。

基本交易过程

比特币中没有账户的概念。因此,每次发生交易,用户需要将交易记录写到比特币网络账本中,等网络确认后即可认为交易完成。

 

除了挖矿获得奖励的 coinbase 交易只有输出,正常情况下每个交易需要包括若干输入和输出,未经使用(引用)的交易的输出(Unspent Transaction OutputsUTXO)可以被新的交易引用作为其合法的输入。被使用过的交易的输出(Spent Transaction OutputsSTXO),则无法被引用作为合法输入。[比特币的区块链账本里记录的是一笔又一笔的交易]

 

因此,比特币网络中一笔合法的交易,必须是引用某些已存在交易的 UTXO(必须是属于付款方才能合法引用)作为新交易的输入,并生成新的 UTXO(将属于收款方)。

 

那么,在交易过程中,付款方如何证明自己所引用的 UTXO 合法?比特币中通过签名脚本来实现,并且指定输出脚本来限制将来能使用新 UTXO 者只能为指定收款方。对每笔交易,付款方需要进行签名确认。并且,对每一笔交易来说,总输入不能小于总输出。总输入相比总输出多余的部分称为交易费用(Transaction Fee),为生成包含该交易区块的矿工所获得。目前规定每笔交易的交易费用不能小于 0.0001 BTC,交易费用越高,越多矿工愿意包含该交易,也就越早被放到网络中。交易费用在奖励矿工的同时,也避免了网络受到大量攻击。

挖矿基本原理

了解比特币,最应该知道的一个概念就是挖矿。挖矿是参与维护比特币网络的节点,通过协助生成新区块来获取一定量新增的比特币的过程。

 

当用户向比特币网络中发布交易后,需要有人将交易进行确认,形成新的区块,串联到区块链中。在一个互相不信任的分布式系统中,该由谁来完成这件事情呢?比特币网络采用了挖矿的方式来解决这个问题。

 

目前,每 10 分钟左右生成一个不超过 1 MB 大小的区块(记录了这 10 分钟内发生的验证过的交易内容),串联到最长的链尾部,每个区块的成功提交者可以得到系统 12.5 个比特币的奖励(该奖励作为区块内的第一个交易,一定区块数后才能使用),以及用户附加到交易上的支付服务费用。即便没有任何用户交易,矿工也可以自行产生合法的区块并获得奖励。

 

每个区块的奖励最初是 50 个比特币,每隔 21 万个区块自动减半,即 4 年时间,最终比特币总量稳定在 2100 万个。因此,比特币是一种通缩的货币。

挖矿过程

挖矿的具体过程为:参与者综合上一个区块的 Hash 值,上一个区块生成之后的新的验证过的交易内容,再加上自己猜测的一个随机数 X,一起打包到一个候选新区块,让新区块的 Hash 值小于比特币网络中给定的一个数。这是一道面向全体矿工的计算题,这个数越小,计算出来就越难。

 

系统每隔两周(即经过 2016 个区块)会根据上一周期的挖矿时间来调整挖矿难度(通过调整限制数的大小),来调节生成区块的时间稳定在 10 分钟左右。为了避免震荡,每次调整的最大幅度为 4 倍。历史上最快的出块时间小于 10s,最慢的出块时间超过 1 个小时。

 

为了挖到矿,参与处理区块的用户端往往需要付出大量的时间和计算力。算力一般以每秒进行多少次 Hash 计算为单位,记为 h/s。目前,比特币网络算力峰值已经达到了每秒数百亿亿次。

 

汇丰银行分析师 Anton Tonev Davy Jose 曾表示,比特币区块链(通过挖矿)提供了一个局部的、迄今为止最优的解决方案:如何在分散的系统中验证信任。这就意味着,区块链本质上解决了传统依赖于第三方的问题,因为这个协议不只满足了中心化机构追踪交易的需求,还使得陌生人之间产生信任。区块链的技术和安全的过程使得陌生人之间在没有被信任的第三方时产生信任。

 

但是,由于比特币不是由货币当局发行,不具有法偿性与强制性等货币属性,并不是真正意义的货币。从性质上看,比特币是一种特定的虚拟商品,不具有与货币等同的法律地位,不能且不应作为货币在市场上流通使用。因此,目前在国,比特币是不被认可的。投资需谨慎。

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