第二节 数字货币原理

一、防止货币伪造

对于杜绝伪造货币，比特币的解决方案是保留所有货币的所有流通信息（全网总账本），从而确保了可对每一个货币的来源进行追溯，一直到创造出该货币的那个时刻；每进行一次交易，全网总账本上就多记录一次流通信息，并在点对点网络上进行广播，使得所有节点（参与流通渠道维护的所有计算机）都保存有全部货币的全部流通信息。这样任意一个节点在交易之前就可以轻松发现那些凭空出现的伪造货币，从而杜绝伪造货币的流通。

二、防止重复支付

为了防止同一个货币被同一个人重复花费，中本聪采用了工作量证明法。如前所述，每个交易都要向网络进行广播，重复花费多次就意味着多次广播关于同一个比特币的交易。其他网络节点将把其接收到的其中某一次交易放到一个区块A内（一个区块包含了多个近期的交易单）进行验证，验证方法是进行一次耗时的计算，如果计算成功，则向全网进行广播。如果另一个节点在区块A的基础上完成了下一个区块B的验证，那么它就会把区块B挂在区块A之后，依此类推，形成一个区块链。

对于同一比特币的多次交易会形成多个区块链，最终的结果就是哪个链条最长，哪个交易就被确认为有效，其他交易则被废弃。这样就确保了一个比特币只能被一个人支付一次。

三、无须第三方监管

通过工作量证明法，比特币还基本杜绝了非法篡改历史交易记录的可能性，因为历史记录一旦被篡改，就意味着某个比特币的交易记录出现了一个新分支，篡改者需要自行对新分支进行验证；与此同时，其他所有网络节点仍在老分支上进行验证，持续构造验证链，除非篡改者拥有超越其他所有网络节点之和的计算能力，否则他的分支增长速度永远无法追上老分支，结果是他的篡改行为必将被宣告无效。

在所有节点上保存全部交易记录，通过耗时的计算对交易进行验证，二者结合起来，就构成了一个安全、可靠的去中心化的支付系统。其本质是把集中监管的工作量交付给一个人人参与的庞大网络，网络中的所有节点都承担监管职责。如欲伪造货币或欺骗其他用户，就是与整个网络作对，因而无法得逞。

四、比特币的发行

比特币的发行源于货币流通渠道自身。由于每个比特币的每笔交易都需要进行验证，为了鼓励节点全身心投入验证以维护系统的正常运作，中本聪提出了相应的激励机制：“对每个区块的第一笔交易进行特殊化处理，该交易产生一个由该区块创造者（也就是第一个对交易进行成功验证的人）拥有的新的数字货币。这样就增加了促使节点支持该网络的激励，并在没有中央集权机构发行货币的情况下，提供了一种将数字货币分配到流通领域的方法。”“如果某笔交易的输出值小于输入值，那么差额就是交易费，该交易费将被增加到该区块的激励中。”也就是说，第一批比特币可被视为“创世纪”比特币，在被“创造”出来之后进行流通，后续比特币通过验证“创世纪”比特币参与的交易产生，再加入流通渠道，产生滚雪球效应，从而使得比特币越来越多。

但是比特币无法永远增加，由于算法本身的设计，每4年产生的比特币数值会减半，因而最终比特币的数量会趋近于2100万个。

因为对比特币系统进行维护的人可以通过复杂的计算获得比特币奖励，过程类似于矿工挖矿，因此维护者被称为“矿工”，其维护行为被称为“挖矿”。值得注意的是，“矿工”自带设备（一般为定制化的计算机，又称矿机）自发参与维护，因而人数很多且时刻变化，不会形成固定的“第三方监管者”。而在特定的时间间隔内，只有一个矿工能够得到奖励，挖矿的争夺非常激烈，从而保证了系统的安全性和稳固性。

五、挖矿

比特币的本质是一个互相验证的公开记账系统，而挖矿的本质则是在争夺记账权。从工作内容来看，“挖矿”是将过去一段时间内发生的、尚未经过网络公认的交易信息收集、检验、确认，最后打包加密成为一个无法被篡改的交易记录信息块，从而成为这个比特币网络上公认已经完成的交易记录，永久保存。

在比特币的世界里，大约每10分钟会向公开账本上记录一个数据块，这个数据块里包含了这10分钟内全网已被验证的交易。因为所有的挖矿计算机都在尝试打包并提交这个数据块，于是最后以谁提交的数据块为最终结果，是需要争夺的。最终成功生成那个“交易记录块”（区块）的人，可以获得伴随这些交易而生成的交易费用，外加一笔额外的报酬。交易费用一般都是转出资金方自愿提供给挖矿者的，因此不是系统新增的货币；额外的报酬是新生成的比特币——前面所说的“比特币的发行”。

比特币的有限性就由“额外的报酬”数量来控制。依据比特币系统的设计，大约每10分钟可以生产一个“交易记录块”，最初每生产一个“交易记录块”可以获得50个比特币的额外报酬，这意味着比特币网络每天可增加7200个比特币，但是该报酬每4年就会减半，因此最终整个系统中最多只能有2100万个比特币。

六、区块链

矿工们为争夺记账权所运行的计算，实际上是根据哈希值反向求解随机数。大家比赛的是在10分钟内看谁找到一个随机数，这个随机数与上一