比特币原理及支付系统介绍

导读：比特币目前近10万元一枚。 疯狂的市场也引起了巨大的关注。 我周围的很多同事问我比特币是什么。 我认为这篇文章将帮助您更好地了解比特币。 本文将给出一个名为“比特村”的虚拟村庄。 整篇文章会一步一步告诉你比特币的动机，它解决的问题，以及一些关键组件的目标和设计。

问题陈述

让我们从比特币形成的动机说起。

易货比特村

据说在这个世界上，有一个叫做比特村的小村子，村子里住着几百户人家。 村子几乎与世隔绝，过着自给自足的生活。 因为没有大规模的贸易，比特村的居民依然过着以物易物的生活，也就是说居民们不使用统一的货币。 彼此之间的交易，基本上就是老朱家给老李家换一袋米。 为了一只羊，王大姐用一筐野菜换了刘阿姨的两尺布。 村民们仍然过着这样拘谨的生活。

实物货币

终于，整整三天，村民们觉得再这样讨价还价太不方便了，于是全村人开会商量如何解决这个问题。 建议将黄金等易分稀有的物品作为普通等价物，将其他物品与黄金的对应关系编成表格，如1克黄金对应一只羊，1克黄金对应一只羊。黄金对应一袋米等等，这时老张再也不用背着一袋米去老李家换羊了。 凡是愿意卖面的，一克黄金都可以兑换一袋米，当然也可以兑换任何等同于一克黄金的物品。

此时，比特村已经进入了实物货币时代。

符号货币

好景不长，过了一段时间，实物货币的劣势也显现出来了。 因为比特村附近的铜矿不多，采金炼钢太费时费力了。 随着使用，黄金总是会因生锈、丢失或囤积而磨损。 全村人又坐在一起，开始商议对策。 这时候有人说，其实不用黄金，随便找张纸，写上“一克黄金”，只要全村人都同意这张纸等于一克就可以了黄金，问题就迎刃而解了。 其他人同意了，但同时又出现了一个新问题：真金需要开采和冶炼。 金矿有限，开采和炼钢也需要成本，谁也无法在短时间内突然产出大量黄金。 不一样的，只要纸笔够多，想写多少就写多少，到时候家里谁纸多了就大打出手了，说不定一万张纸能换一只羊（其实这会发生经济通胀）。

大家也在思考。 但这时有人想出了一个办法：这张纸谁写谁无效，我们只认村里德高望重的老村长的字迹，老村长的字迹大家都知道。 老村长写了一些纸，同时根据每家的黄金存量，给大家发了等量的纸。 比如老朱家有200克黄金，老村长给了老张200张，上面写着“一克黄金”。 同时，他们还拿走了老朱家里的黄金作为抵押。 就这样，老村长把村里所有的黄金都带回了自己家，并根据每家上交的黄金数量，分发了等量的写在上面的纸。 这时候，村民们就可以拿这张纸当黄金来交易了，老村长的话你们都认了，别人是造不出来的。 另外，如果有人的纸锈得太厉害，也可以拿到老村长那里换取等值的新纸。 另外，老村长承诺，如果有人想用它换取真金，只要把纸拿回来，老村长就会把那人的黄金等价物还给老村长。 因为老村长写的纸上的金量和家里实际放的金量是一样的，所以只要严格按照写多少纸毁多少再写的原则，每一张有效的一张纸总是可以兑换成相应的真金。 .

此时，比特村进入了符号货币（纸币）时代。 老村长承担了政府和建行的职责。

中央系统虚拟货币

几年后，老村长每天晚上都要核对大量旧钞，写新钞，认真记账。 一来二去，老村长劳累不堪，不幸驾车西行河西。

比特村再次召开全体会议，商讨对策。 这时，老村长的妻子二狗子自告奋勇，从母亲手中接过笔，承担起发行货币的重任。 年轻的市长二狗子很聪明。 他工作了几天，发现其实并不需要写那么多论文。 可以这样办：村民们把钱都上交销毁，但二狗子会记录每户上交的钞票数量。 以后要结账，比如老张要跟老李换一克黄金换一只羊，他就把二狗子叫到一起，说明他把这1克黄金合并到下面老张的名字改成了老李的名字。 ，二狗子拿出账本，看看老张名下有没有一克黄金，有的话，老张名下减去一克，老李名下加一克，付款就完成了。 这时，老李看到二狗子在电话里确认汇款已经完成，这才放心让老张把羊带走。

此时，比特村已经进入了中央系统虚拟货币时代。 每个居民都不需要实物支付，支付过程改变了二狗子维护的账本上的数字。

分布式虚拟货币

新上任的二狗子很聪明，但有时聪明也被自己的聪明误会了。 三天二狗子盯着账本，想着村里每户有多少钱我说了算，我岂不是……。 于是他脑子一热，私自把老张账户上的十克黄金转到了自己的名下。

本以为完美，没想到老张也有记账的习惯。 三天了，他正要收钱的时候，二狗子告诉他账户没钱了。 老张查了一下账本，明明还剩十克，就拿着账本去找二狗子理论。 此次核查发现，这笔汇款未经老张同意。

发生了一些事！ 比特村炸了。 二狗子被弹劾在所难免，但通过这件事，大家已经发现了集中账本掌握在一个人手中的恶果：

该系统完全依赖于簿记持有人的个人信用。 如果这个人不遵守规则，随意篡改账本，整个货币体系就会崩溃。

如果这个人家里发生火灾或者书籍被盗，也会给整个系统带来毁灭性的打击

就在人们一头雾水之际，村里一位名叫中本聪的宅男科学家走上台来告诉大家，他已经设计出了一种不依赖任何中央处理器的虚拟货币系统比特币，可以解决上述问题. 然后他慢慢地描述了他的计划。

我们来看看中本聪的朋友是如何设计这个系统的。

基础设施建设资质公示机制

Satoshi Nakamoto首先解释说，现有的证书应该更新如下：

账簿不再记录每个居民的余额，而只记录每笔交易。 即记录每笔交易的付款人、收款人和付款金额。 只要确定了凭证的初始状态，每笔交易记录都是可靠的、及时的，就可以推断出每个人目前持有多少钱。

账簿由私有变为公开。 只要任何居民需要，他们都可以获得当前完整的凭证。 账簿记录了从凭证创建到当前凭证的所有交易记录。

此话一出，下面立刻炸锅了。 第一个无所谓，第二个简直不能接受，因为凭单上还记录了所有住户的交易，所以你的隐私并没有完全暴露。

中本聪不紧不慢地拿出一对奇怪的东西。

身份和签名机制（公钥加密系统）

中本聪说，不要惊慌。 在他的机制下，没有人使用真实身份交易，而是使用唯一的代码进行交易。

他展示着手中神奇的东西，说这两个东西分别叫做防伪印章和印章扫描仪。 随后，他将向村里的每家每户发放防伪印章和印章扫描仪。 两者的工作方式如下：

保密章可以在纸上盖章，每张章上都有一串全村特有的文字，但肉眼是看不出来的。 它也未能通过观察产生相应的邮票。

邮票扫描仪可以扫描一张已经盖好邮票的邮票，读出其中包含的信息，并在液晶屏上显示出一串字符。

有了这两个神奇的东西，每个人都可以在不暴露真实身份的情况下进行交易，而邮票中包含的那一串字符，就是这个家族的代号。 具体来说，下面将简要介绍如何借助安全邮票和邮票扫描仪进行交易。

建立虚拟矿工组织（矿工组）

下一步，中本聪从全村招募虚拟矿工。 招聘要求如下：

矿工的单位是组，组可以是单户，也可以是几户组合成组

成为矿工不影响币种的正常使用

矿工们每天晚上都会花一定的时间从事比特币“挖矿”活动，但与淘金不同的是，虚拟矿工不需要携带工具去外地工作，在家就可以完成工作

矿工有一定的获得报酬的可能性，他们在挖矿活动中付出的努力越多，获得报酬的可能性就越大

矿工随时退出，新矿工随时加入

很快，大约五分之一的居民加入了比特币矿工组织，他们分为七组。

创建初始凭证（创世块）

接下来，中本聪宣布，根据二狗子手中的凭证，将按照凭证上记载的余额，将抵押的黄金全部归还给每位居民，然后将凭证彻底销毁。

接着，中本聪拿出一张新的凭证，在凭证的第一页记录了一些交易记录。 特别是，这些记录的付款人栏都是“系统”，收款人是每个戳对应的隐含字符代表初始时刻。 系统默认给每户分配一定数量的比特币，但是​​数量很少，只有几家，甚至有些倒霉的村户也没有拿到比特币。

随后中本聪表示，由于目前市场上的比特币很少，大家可以回到黄金作为货币的时代。 由于我不是镇长，我没有权利强迫你承认比特币。 不接受比特币。 但是随着比特币的流通和矿工的活跃，比特币会逐渐增加。

支付与交易

铺垫了那么多，终于进入正题了。 先说说在这样的系统下如何完成支付。 以老张付给老李10个比特币为例。

付款人签署交易

为了支付10个比特币，老张首先需要向老李要标识串，比如“ABCDEFG”，而老张也有标识串比如“HIJKLMN”，然后老张写了一个列表，内容就是“HILKLMN付了10个比特币给ABCDEFG”，然后改了一章自己盖上保密章，把这个单子递给了老李。 另外，为了方便追查钱源，还需要在列表中注明钱源记录在哪一页。 比如这张单子，老张的10个比特币是建凭证时系统来的，记在凭证里。 第一页。

收款人确认收据签署人

老李收到表格后，需要确认表格确实是“HIJKLMN”（即老张）这个人的签名，这并不难。 因为表格上肯定要盖保密章，所以老李拿出章扫描仪扫描了一下章。 如果液晶屏上显示的字符与付款人的字符一致（此处为“HIJKLMN”），则可以确认表格确实是付款人的签名。 这是因为根据保密印章的机制，其他人无法伪造印章，任何人扫描印章都可以确认表格的付款人是否与签字人相同。

收款人确认付款人余额

这个系统还是很有问题的。 通过保密印章，收款人实际上可以确认付款人确实签署了订单，但无法确认付款人是否有足够的余额支付。 在之前的中央虚拟货币系统中，二狗子负责检查付款人的余额，并通知收款人交易是否有效。 现在二狗子开通了，谁来负责核算和确认单笔交易的有效性？

之前说过，中本聪设计的系统是一个分布式货币系统，不依赖任何一个中心化的人，所以不会有一个或几个人来负责这件事，最终还是由上面提到的矿工来承担。工作组织。 老张、老李等村民使用比特币进行交易，都是靠矿工组织的劳动来完成交易。

矿工的工作

矿工的工作是整个系统的核心，也是复杂度最高的地方。 下面逐步介绍矿工的工作内容和目的。

矿工工具

俗话说，工欲善其事，必先利其器。 比特币矿工其实不需要铁棍、铲子、头灯之类的工具，但是有一些必要的东西。

初始凭据。每组先自己复印一张初始凭证，初始凭证只有一页，记录系统的第一次投递

空凭证纸。 每组有若干凭证纸，每一页只有凭证结构，没有填写内容。 具体内容的书写规则上面有说明，下面是一张空凭证纸，前面会讲到各个数组的含义

代码生成器（哈希函数）。 中本聪给矿工组织的各个小组分发了若干代码生成器。 这东西很神奇。 将一张填有凭证的凭证纸放入本机，机器会在凭证纸上打印“票号”。 手动复制一列由“0”和“1”组成的一串数字，共256个。最神奇的是数字生成器有以下功能：

生成的号码只与凭证纸上填写的内容有关，与填写人、字体、填写时间等激励无关

内容相同的凭证总是生成相同的数字，但内容改变哪怕是一个字符，数字也会完全不同

代码生成器在复制代码时还需要将凭证纸中填写的所有交易单据倒入。 机器会扫描交易单和填写的交易单的一致性，特别是保密戳。 如果发现保密戳与付款人不一致，将拒绝复制代码

倒入凭证纸复印件，机器会判断号码是否为有效机复印件，判断号码和内容是否一致，这个号码很难伪造

交易票收件箱。 每个矿工团队需要在旁边挂一个袋子来收集交易订单。

布告栏。 每个矿工群还需要一个公告板来发布一些信息。

有了之前的工具，矿工组织就可以复工了！

收集交易票

中本聪规定，每笔交易的发起人不仅要将交易单交给收款人，还要复印几张相同的交易单，投递到每个矿工团队的收件箱中。

矿工团队的成员定期去他们的收件箱收集收集到的交易订单并记下来。

填写凭证

这时，小队里的人拿出一张空白的凭证纸，在“交易列表”栏中填写交易，同时找到当前凭证的最后一页，抄下最后一页的编号进入“最后账单号码”一栏。注意还有一个“幸运号码”，你可以随意填一个号码，比如12345。然后，把这样的凭证纸装入号码生成器，打印号码比特币的支付系统，然后一张凭证就完成了。

如果你认为矿工的工作就这么简单，那你就大错特错了。 中本聪有一个变态的规定：只有号码的前10位全为0，这页凭证纸才算有效。

根据前面号码生成器的描述，如果要改号码，只能改凭证的内容，但是“交易清单”和“上一张凭证的号码”是不能随便改的，所以你只能改变幸运数字。 因此，为了生成有效的凭证纸，组内的矿工不停地复制凭证纸，但每张纸的幸运数字都不一样，然后反复将纸装入编码器。 如果生成的序号不符合规定，这就算废纸，重复这个过程，直到生成一串有效的序号。

我们知道，如果数字的每一位都是随机的，那么一个有效数字，平均写1000多张不同幸运数字的纸，就可以得到一个有效数字。

这就奇怪了，这些矿工为什么要拼命做这种看似毫无意义的事情呢？ 记得我说过矿工是有报酬的，这就是矿工的动机。 中本聪规定每张凭证纸的交易列表中的第一笔交易是“系统支付50个比特币给本组”。 换句话说，如果你生成了一张有意义的凭证纸，并且被所有挖矿团队接受，那么就意味着这笔交易也被接受了，你的挖矿团队获得了50个比特币。

这就是矿工被称为矿工的原因，也是为什么说比特币的数量会随着交易和矿工的活动而不断增加的原因。 比如下面是一个挖矿过程。 该小组的公共比特币账户是“UVWXYZ”。

当幸运数字达到“533”时，系统生成有效凭证页面。

确认证书

当一个挖矿组幸运地生成了一个有意义的证书时，为了获得奖励，它必须立即要求其他组确认他们的工作。 前面说了，目前村里有7个矿工组，所以这个组要复印6份有效凭证，发给另外6个组确认。

中本聪规定，当一个团体收到另一个团体的证书时，必须立即停止手头的挖矿工作以确认证书。

需要确认三项信息：

账号有效

户口本上一页凭证有效

交易清单有效

先看第一个，这个确认比较简单。 只要将发送的凭证加载到代码生成器中进行验证，如果验证通过，则该号码有效。

第二部分需要将凭证页面上的“上一页凭证纸号”与本组当前保存的有效凭证的末页码进行比对。 如果相同，请确认。 如果不同，则需要沿现有凭证进行比较。 是的比特币的支付系统，直到您找到具有此编号的页面。 如果没有找到指定的“先前凭证编号”的页面，团队将丢弃该页面。 还没有确定。

注意，前面的机制可以保证，如果每组手里的凭证纸是一样的，都可以在同一个订单中绑定同一张凭证。 因为上一篇论文的编号总是取决于上一篇论文的编号，代码生成器的机制保证了所有合法凭证论文的相对顺序在每组中都是相同的（可能有分支，但不会有环，后面会详细介绍）。

最后，如何确认交易单有效，其实就是确认当前单笔交易的付款方是否有足够的余额来支付这笔钱。 由于交易信息包括钱是怎么来的，所以它还包括记录来源交易的账单号码。 例如，HIJKLMN 想给 ABCDEFG 10 个比特币，并表明这 10 个比特币来自 OPQRST 之前支付给 HIJKLMN 的一笔交易。 确认时，首先要确认之前的交易是否存在，同时审查HIJKLMN是否没有将那10个比特币支付给其他人。 这些都确认之后，交易的有效性就确定下来了。

第一个是系统奖励给生成此页凭证的组的 50。 你们都默认承认这笔交易。 只要通过上述方式溯源，就可以确认HIJKLMN目前是否真的有10个比特币支付给ABCDEFG。

如果上述验证全部完成并通过，本集团将认可上述凭证纸的有效性，然后将这张凭证纸记入本集团主账簿，放弃当前正在进行的工作，后续挖矿工作将以本书为基础。 执行更新的主分类帐。