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在这篇文章中我会给出一个虚拟的村庄叫“比特村”，整个文章会以讲故事的方式，逐步告诉大家比特币提出的动机、解决了什么问题以及一些关键组件的目标和设计方案。
问题的提出话说在这个世界上，有一个叫比特村的小村庄，村庄共有几百户人家。这个村庄几乎与世隔绝，过着自给自足的生活。由于没有大规模贸易，比特村村民一直 过着以物易物的生活，也就是说村民之间并没有使用统一的货币，互相间的贸易基本上就是老张家拿一袋面粉换老李家一只羊，王大嫂拿一筐野果换刘大婶两尺布。 村民们一直就这么纯朴的生活着。
终于有一天，村民觉得一直这样以物易物实在太不方便了，于是村子全员开会，讨论如何解决这个问题。有人提议，以便于分割且稀有的东西，例如黄金，作 为一般等价物，把其它物品和黄金的对应关系编成一张表格，例如一克黄金对应一只羊，一克黄金对应一袋面粉等等，此时老张再也不用扛着一袋面粉气喘吁吁的去 老李家换羊了，他只要从家里摸出一克金子，就可以去老李家牵回一只羊，而老李拿着这一克黄金可以从任何愿意出让面粉的人那里换回一袋面粉，当然也可以换取 任何和一克黄金等值的物品。
符号货币大家一想也是啊。不过此时又有人提出了解决方案：这个纸不是谁写都有效，我们只认村里德高望重的老村长写得，大家都认识老村长的字。老村长写一些 纸，同时按照各家黄金存量发给大家等量的纸，例如老张家有二百克黄金，老村长就发给老张二百张写着“一克黄金”的纸，同时将老张家的黄金拿走作为抵押。就 这样，老村长将村里所有黄金收归到自己的家里，并按各家上交的黄金数量发给等值的写有字的纸。此时村民就可以拿着这些纸当黄金进行贸易了，而且大家都认得 老村长的字，其他人伪造不出来。另外，如果谁的纸磨损太严重，也可拿到老村长那里兑换新的等值的纸，另外老村长承诺任何人如果想要换成真黄金，只要拿纸回 来，老村长就会把等值的黄金还给那人。因为老村长写得纸的黄金量和真实放在家里的黄金量是一样的，所以只要严格按照销毁多少纸新写多少纸的原则，每一张有 效的纸总能换回相应的真黄金。
中央系统虚拟货币比特村再次召开全体大会，讨论应该怎么办。此时老村长的儿子二狗子自告奋勇接过了父亲的笔，承担起货币发行的责任。这个年轻的村长二狗子很聪明，他 做了几天，发现好像也不用真的写那么多纸。完全可以这样：村民把纸币都交上来，销毁，但是二狗子会记录下每户上交的纸币数量。以后如果要进行付钱，例如老 张要拿一克金子向老李换一只羊，就一起给二狗子打个电话，说明要将老张名下的一克金子划归老李名下，二狗子拿出账本，看看老张名下是否有一克金子，如果有 就在老账的名下减掉一克，在老李的名下加上一克，这样就完成了支付，此时老李在电话中听到二狗子确认转账完成，就可以放心让老张把羊牵走了。
分布式虚拟货币本以为天衣无缝，但没想到老张也有记账的习惯，有一天他正要付钱却被二狗子告知账户没钱了。老账核对了一下自己的账本，命名还有十克啊，于是拿着账本去找二狗子理论，这一核对发现了那笔未经老张同意的转账。
正当人们不知所措时，村里一个叫中本聪的宅男科学家走上了台，告诉大家他已经设计了一套不依赖任何中央处理人的叫比特币的虚拟货币系统，可以解决上述问题。然后他缓缓讲述了自己的方案。
中本聪首先说明，要对现有账簿进行如下改造：
- 账簿上不再记载每户村民的余额，而只记载每一笔交易。即记载每一笔交易的付款人、收款人和付款金额。只要账簿的初始状态确定，每一笔交易记录可靠并有时序，当前每个人持有多少钱是可以推算出来的。账簿由私有改为公开，只要任何村民需要，都可以获得当前完整的账簿，账簿上记录了从账簿创建开始到当前所有的交易记录。
中本聪倒是不慌不忙，拿出了一对奇怪的东西。
身份与签名机制（公钥加密系统）他展示了手里神奇的东西，说这两件东西分别叫保密印章和印章扫描器。后面他会给村里每一户发一个保密印章和一个印章扫描器。两者的作用如下：
- 保密印章可以在纸上盖一个章，每个印章盖出的章都隐含了一个全村唯一的一串字符，但是凭肉眼是看不出来的。也无法通过观察来制造出相应的印章印章扫描器可以扫描某个已经盖好的章，读出隐含的信息，并在液晶屏上显示出一串字符
下一步，中本聪面向全村招募虚拟矿工，招募要求如下：
- 矿工以组为单位，一组可以是单独的一户，也可以是几户联合为一组
- 成为矿工不影响正常使用货币
- 矿工每天要花费一定时间从事比特币“挖矿”活动，但是不同于挖金矿，虚拟矿工不需要拿着工具去野外作业，在家里就可以完成工作
- 矿工有一定可能性获得报酬，在挖矿活动中付出的努力越多，获得报酬的可能性越大矿工可以随时退出，也可以随时有新的矿工加进来
下面，中本聪宣布，先根据二狗子手里的账簿，把抵押的所有黄金按账簿记录的余额退还给每位村民，然后彻底销毁这本账簿。
接着中本聪说，由于目前市面上比特币非常少，大家可以先回到用黄金做货币的时代，由于我不是村长，我也没有权利强迫大家一定要承认比特币，大家可以自行决定要不要接受比特币。不过随着比特币的流动和矿工的活动，比特币会慢慢多起来。
支付与交易为了支付10个比特币，老张首先要询问老李的标识字符串，例如是“ABCDEFG”，同时老张也有一个标识字符串例如是“HIJKLMN”，然后老 张写一张单子，内容为“HILKLMN支付10比特币给ABCDEFG”，然后用自己的保密印章改一个章，将这张单子交给老李。另外为了便于追溯这笔钱的 来源，还要在单子里注明这笔钱的来源记在哪一页，例如这个单子里，老张的10比特币来自建立账簿时系统的赠送，记录在账簿第一页。
老李拿到这个单子后，需要确认这个单子确实是来自“HIJKLMN”这个人（也就是老张）签署的，这个并不困难。因为单子上必须有保密章，老李拿出 印章扫描器，扫一下章，如果液晶屏显示出的字符和付款人字符是一致的（这里是“HIJKLMN”），就可以确认单子确实是付款人签署的。这是因为根据保密 印章的机制，没有其他人可以伪造印章，任何一个人只要扫描一下印章，都可以确认单子的付款人和盖章人是否一致。
收款人确认付款人余额之前说过，中本聪设计的这个系统是分布式货币系统，不依赖任何中央人物，所以不会有一个或少数几个人负责这件事，最终承担这份工作的是之前所提到的矿工组织。老张、老李和全村其他任何使用比特币进行交易的村民都依赖矿工组织的工作才能完成交易。
矿工的工作俗话说，工欲善其事，必先利其器。比特币矿工虽然不用铁撅、铁锨和探照灯等工具，不过也要有一些必备的东西。
交易单收件箱。每个矿工小组需要在门口挂一个箱子用于收集交易单。 公告板。每个矿工小组同样需要一个公告板公示一些信息。
中本聪规定，每笔交易的发起人，不但要将交易单给到收款人，还要同时复制若干份一模一样的交易单投递到每个矿工小组的收件箱里。
此时小组的人拿出一张空的账簿纸，把这些交易填写到“交易清单”一栏，同时找到当前账簿最后一页，将最后一页的编号抄写到“上一张账单编号一栏”。 注意还有个“幸运数字”，可以随便填上一个数字，如12345。然后，将这样账簿纸放入编号生成器，打印好编号，一张账簿就算完成了。
根据之前对编号生成器的描述，要修改编号，只能修改账簿纸的内容，而“交易清单”和“上一张账簿纸编号”是不能随便改的，那么只能改幸运数字了。于 是为了生成有效的账簿纸，小组里的矿工就不断抄写账簿纸，但每张纸的幸运数字都不同，然后不断的重复将纸放入编码器，如果生成的编号不符合规定，这张纸就 算废了，重复这个过程直到生成一串有效的编号。
这就奇怪了，这些矿工为什么要拼命干这看似无意义的事情呢？还记得之前说过矿工有报酬吧，这就是矿工的动力了。中本聪规定：每一张账簿纸的交易清单 第一条交易为“系统给这个小组支付50个比特币”。也就是说，如果你生成了一张有意义的账簿纸，并且被所有挖矿小组接受了，那么就意味着这条交易也被接受 了，你的挖矿小组获得了50个比特币。
当某挖矿小组幸运的生成了一张有意义的账簿，为了得到奖励，必须立刻请其它小组确认自己的工作。前面说过，当前村里有7个挖矿组，所以这个小组必须将有效账簿纸誊抄6份快马加鞭送到其他6个小组请求确认。
需要确认的信息有三个：
第二部分需要将账簿页上的“上一页账簿纸编号”和这个小组目前保存的有效账簿最后一页编号比对，如果相同则确认，如果不同，需要顺着已有账簿向前比对，直到找到这个编号的页。如果没有找到指定的“上一页账簿纸编号”对应的页，这个小组会将此页丢掉。不予确认。
其中第一笔是系统奖励给生成这页账簿的小组的50个，这笔交易大家都默认承认，后面的只要按照上述方法追溯，就可以确认HIJKLMN是否当前真有10个比特币支付给ABCDEFG。
对于挖矿小组来说，当账簿纸送出去后，如果后面有收到其他小组送来的账簿纸，其“上一页账簿纸编号”为自己之前送出去的账簿纸，那么就表示他们的工作成功被其他小组认可了，因为已经有小组基于他们的账簿纸继续工作了。此时，可以粗略的说可以认为已经得到了50个比特币。
以上就是整个比特币的支付体系。下面我们来分析一下，这个体系为什么可以工作下去，以及这个体系可能面临的风险。
工作机制分析注意在上面的运行机制中，各个挖矿小组是并行工作的，因此完全可能出现这样的情况：某小组收到两份不一样的账簿页，它们都基于当前这个小组的主账簿的最后一页，并且内容也都完全合法，怎么办？
关于这个问题，中本聪同学说，只要挖矿组织中大多数人是诚实的，这个系统就可靠，具体分几个方面给予答复。
而且诚实的矿工也不会承认不合法的交易（如某笔交易付款方余额不够）。
先假设有一个攻击者拥有10个比特币，他准备将这笔钱同时支付给两名受害者A和B，并都得到承认。
关于这种攻击，中本聪给出的解决方案是，建议收款人不要在公告挂出时立即确认交易完成，而是应该再看一段时间，等待各个挖矿小组再挂出6张确认账簿，并且之前的账簿没有被取消，才确认钱已到账。
而且，如果攻击者有如此多人力，与其花这么大力气搞这种攻击，还不如做良民挖矿来的收益大。这就从动机上杜绝了攻击的形成。
比特币会一直增加下去，岂不是会严重通货膨胀到时，矿工的收益会由挖矿所得变为收取手续费。例如，你在转账时可以指定其中1%作为手续费支付给生成账簿页的小组，各个小组会挑选手续费高的交易单优先确认。
矿工如果越来越多，比特币生成速度会变快吗确实是这样的。例如你要和某人交易，必然要要到他的代号才能填写交易单。因为收款人一栏要填入那人的代号。不过中本聪说可以提供无限制的保密印章，建议每一次交易用不同的保密印章，这样查账簿就追查不到同一个人的所有账目了。
本文用通俗比喻的方式讲解了比特币的运行机制。有几点需要说明：
- 为了便于理解，我做了很多简化，因此有些机制细节和实际的比特币可能不完全相同。但总体思想和关键原理是一致的。
- 由于很多计算机世界的东西（如公钥体系、网络传输）在现实世界中并没有特别好的对等物，所以故事里难免有一些生硬和不合常理的细节。本文描述的是比特币网络本身的技术原理和运作机制，当在如Mtgox这种买卖市场中进行比特币交易时，市场做了中间代理，并不遵从上述机制。
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发表于 2017-11-20 15:21:56
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