区块链技术 | 比特币的历史和相关概念

2018 年 6 月 12 日 沈浩老师

最近一直在学习区块链技术,当然研究区块链离不开比特币的理解,人们最初也是通过比特币才了解或理解了比特币的底层技术:区块链技术。


今天,我们就梳理一下比特币的相关概念:

比特币是一个加密货币和一个分散的结算网络,被定义为“点对点电子现金系统”。它的创建者中本聪(Satoshi Nakamoto)是一个未知的个人或团体,比特币在2009年首次作为开源软件发布,之后发布了中本聪的白皮书。这份长达8页的文件列出了比特币的技术复杂性和结构,包括采矿,交易,时间戳,服务器,工作证明(Proof of Work),共识协议,区块链技术,分散网络,激励,节点和货币供应等。


作为分布式协议,比特币在没有中介和网络管理员存在和必要性的情况下运行。该网络由分散的矿工社区,节点运营商和开发商维持。截至2017年10月,除孟加拉国,玻利维亚,厄瓜多尔和吉尔吉斯斯坦外,大多数国家都管制比特币。


最值得注意的是,比特币在菲律宾,日本,韩国和澳大利亚被公认为合法货币和汇款系统。


比特币在其2008年10月31日发布的白皮书中被定义为比特币和硬币(硬通货)的组合。大多数字典和报纸,包括牛津英语词典和华尔街日报都使用小写字母比特币btc来指代加密货币,并且使用比特币BTC这个大写术语,指的是技术(比如比特币协议,比特币网络,比特币软件)。


比特币定义:

比特币作为加密货币的定义也各不相同。Merriam Webster将比特币定义为“真正难以追踪的”货币形式,而Satoshi Nakamoto的比特币白皮书将比特币描述为“透明的结算网络,其中交易可通过公众比特币区块链进行追踪和分析”。


比特币单位:

比特币网络的每个账户单位都称为比特币。在交易平台,交易所和加密数字货币市场中,使用两个代号或绰号BTC和XBT代表比特币。比特币中最小的单位是satoshi,它源于比特币创造者Satoshi Nakamoto的名字。一个satoshi代表0.00000001比特币,或比特币的百万分之一。许多比特币钱包平台使用毫比特币,也就是所谓的mBTC,相当于0.001比特币或千分之一比特币。

比特币历史:

比特币于2009年1月3日首次发布,作为开源软件的Satoshi Nakamoto,其身份仍然是匿名的。Nakamoto因为挖掘第一个比特币区块而被奖励50个比特币。创世纪块的交易基本Data包括一个嵌入文本,内容如下:“泰晤士报2009年1月对银行进行第二次救助的总理”。在比特币软件发布之前,2008年8月,域名bitcoin.org已经注册。此后两个月,由Satoshi Nakamoto撰写的名为“比特币:对等P2P电子现金交易系统”的比特币白皮书正式发布在加密邮件列表中。


比特币的少数早期支持者之一是计算机程序员Hal Finney,黄金创造者Nick Szabo和b-money创始人魏岱。芬尼为比特币的发展做出了贡献,协助Nakamoto开发协议和分散式结算网络。在比特币开发的早期阶段,Nakamoto挖掘了100万比特币。在比特币作为开源软件发布后不久,开发商Gain Andresen接任了比特币开发商的角色。

(备注:不知是谁的Nakamoto,该账户拥有100万个比特币且没有交易过,如果比特币达到6万美金,该账户拥有者将成为世界首富)

比特币核心

Andresen辞去了他作为比特币领先者的角色,因此,比特币核心开发团队负责开发和维护比特币协议。比特币核心开发团队包括Greg Maxwell,Pieter Wuille和Eric Lombrozo。具体来说,Jonas Schnelli,Wladimir J. van der Laan和Marco Falke被指派维护比特币的开放源代码开发社区的比特币协议和承诺 - 也被称为拉取请求。

根据Bitcoincore.org的说法,项目维护者“执行合并角色,合并团队,同意应该合并的补丁。他们还作为最终检查来确保补丁安全并符合项目目标。维护者的角色是通过项目贡献者的同意。“



比特币现金:

2017年8月1日,中国矿业运营商ViaBTC发起了一项艰难的斗争,在主要采矿设备制造商和币池(包括Bitmain,Antpool和Bitcoin.com)的支持下创建比特币现金(BCH)。




区块链Blockchain:

比特币网络需要一个不变的分类账作为交易和支付的数据库。在比特币中,区块链是一个公共分类帐,用于记录交易并维护公共支付数据库。根据定义,区块链是包含比特币交易的区块链。每个块可以处理大约2,000个事务,并且每10分钟通过称为挖掘的过程生成一个新块。每个区块的容量可以根据交易的大小而变化。


区块链是比特币协议的关键组成部分,它记录在比特币网络中解决的每笔交易。区块链是一种技术,能够实现分散的节点生态系统,在采矿程序之前验证交易。由节点验证的交易作为未经确认的交易广播到比特币区块链中,特别是在比特币流通中,然后由矿工挑选确认。区块链网络和共识协议防止双重支出的可能性,即发件人通过将记录在比特币区块链上的每笔交易发布给全球各地的节点,两次将相同的交易发送给两个不同的收件人。


比特币交易:

每个比特币或钱包上的比特币余额都代表了交易记录及其输入。比特币不能归属于单个文件或物理对象。相反,每个比特币都是其以前交易的直接表现。

交易是包含输入,输出和金额的信息的组合。输入被定义为最初用于发送比特币交易的比特币地址的记录。输出保存交易接收方的比特币地址。金额表示发件人发送给比特币网络中的收件人的比特币数量。

(如果A支付B10个比特币,但A有15个比特币,与B交易支付10个比特币,同时支付5个比特币给A自己,实现记录完整性和账户平衡)



从概念上讲,在比特币网络中发送比特币交易意味着将交易的输入,输出和数量广播到比特币区块链网络,然后由节点进行挖矿(POW)并最终由矿工进行验证。


像法定货币,银行系统和信用卡一样,比特币用户可以将交易发送给多个收件人。反之亦然,用户可以接收来自不同发件人的多个交易到相同的钱包。投入和产出的增加导致交易规模增加,导致交易费用增加。

在比特币网络中,矿工被激励确认交易并将其传播到区块链。用户需要在交易中附加费用才能让矿工确认。确认期可能因交易费而异。如果费用较高,矿工很可能会大幅加快交易速度。如果费用低于其他交易,矿工将最后以较低的费用确认交易。

比特币开采和交易确认系统的过程创造了费用市场,比特币开发商吉米松在他的研究中指出,费用市场的存在阻止了比特币公共资源的滥用,正如宋文中所写的,“矿工自然会选择交易每个字节的费用最高,因为这将最大化他们的收入。因此,矿工们将激励他们只在区块链上投入最高费用的交易。这可以防止滥用公共资源。“


矿业

采矿是一个至关重要的系统,作为比特币网络安全的支柱。通过使用计算机能力(也称为散列能力),矿工可以发现包含比特币交易的新块。在结构上,比特币交易是发件人,收件人和金额的信息集合。包含这些比特币交易的块是由矿工使用散列能量开采或解决的,有效验证和确认比特币交易。

采矿比特币很贵,因为它需要大量的散列能力,采矿设备和电力。荷兰银行ING最近的一项研究显示,开展一笔比特币交易需要电力,这可以为荷兰的房屋供电一个月。作为回报,矿工将获得新产生的比特币和交易费的奖励。每个矿区生产一定数量的比特币,通过难度调整随时间变化,并阻止奖励减半。当比特币的供应量达到2100万比特币的最大容量时,矿工将获得用户交易费用附加的交易费用。

采矿是比特币网络内交易验证的第三阶段。首先,节点向比特币区块链广播交易并将它们发送到比特币mempool,其中存储未经确认的交易。矿工确认比特币mempool内的交易,在链上创建交易块,这被称为区块链。

使用SHA-256散列算法,矿工为每个块提供前一个块的加密散列。具有独特加密散列的块链消除了比特币网络被黑客攻破的可能性。要更改块中存储的信息,整个区块链需要分开设置。


Bitcoin是比特币矿业公司,2016年正式成为比特币行业第一个数十亿美元的公司,因为矿业比特币的利润大幅增加。



货币供应

比特币的货币供应是独特的,因为它从通货膨胀货币演变为通货紧缩货币。通过比特币开采,新的比特币的生产速度是通过块奖励减半而建立的。截至2016年7月9日,矿工每块获得12.5比特币奖励,并向公共比特币区块链广播。

每210,000个区块,大约每四年一次,对矿工的奖励和比特币的生产率减半。从结构上说,比特币区块奖励系统的设计是为了减慢比特币生产速度,因为它接近2100万的容量。一旦比特币的供应量达到2100万,矿工们就会获得交易费用的激励。

比特币的固定供应使得该货币本质上成为通货紧缩货币,因为比特币的供应量只有在达到2100万比特币的最大容量时才会减少。



比特币钱包

比特币钱包是允许用户交易比特币的平台。通过消除前端的复杂操作并允许用户单独处理发送和接收比特币,钱包简化了发送,接收和存储比特币的过程。

比特币钱包包含私钥和公钥,需要签署交易并将它们广播到比特币网络供节点和矿工确认。集成在比特币中的公钥加密技术使用户能够安全地管理私钥,从而完全控制其资金。


在比特币中,有两种主要类型的钱包:热钱包和冷钱包。热钱包是指连接到互联网的比特币钱包。大多数网络和移动钱包被视为热钱包。值得注意的是,Coinbase和Blockchain是用户群中最大的两个比特币钱包应用,都是热钱包。还有两种不同类型的热钱包:保管和非保管钱包。保管钱包管理用户的私钥,因此仍然控制用户资金。全球最大的比特币钱包应用Coinbase是一个托管平台。非托管钱包使用户能够完全控制自己的私钥和资金。区块链是非监管平台的一个例子。


冷钱包,也称为离线钱包,指的是没有连接到互联网的比特币钱包。一些主要的比特币市场,如韩国,以USB驱动器,金属硬币和纸质钱包的形式出售比特币,其中存有私人钥匙和资金。


治理

就性质而言,比特币是一个分散的,点对点和分布式网络。支持BItcoin网络和改善其基础设施的开发者活动由开发人员开放开发社区进行管理。开源开发社区中的任何人都可以为比特币的代码库做出贡献。据Bitcoin.org报道,自2009年以来,超过365名开发人员为比特币代码库做出了贡献。


尽管任何人都可以为比特币网络的开发做出贡献,但开发人员的活动仍由一组称为比特币核心开发团队的开发人员进行维护和监督。其主要目标是通过管理成千上万的代码添加、请求以及通过开源资源库Github对比特币代码库的承诺来维持比特币的代码库。

诸如可扩展性解决方案,隐私改进以及主要的比特币软件升级等发展由比特币核心开发团队监督。正如比特币核心开发人员Eric Lombrozo所指出的那样,“BIP编辑的责任是确保BIP存储库得到适当维护,并且所有合并到其中的BIP都遵循程序并具有适当的格式。

BIP编辑器不会决定软分支是否激活,也不会决定是否将其代码合并到比特币核心中。“BIP编辑也是比特币核心开发团队的一部分。



可扩展性

可扩展性是诸如比特币和以太坊等公共区块链的基础问题。比特币块大小上限为1兆字节。因此,每个比特币块可以处理2,000笔交易,并且每秒处理大约三笔交易。比特币的用户基础预计将按照梅特卡夫定律等数学框架以指数速度增长。为了有效地确认交易,比特币需要随着用户群的增长而成比例地扩大。

在比特币网络上实施的第一个解决方案是比特币核心开发团队的隔离见证(SegWit),这是由比特币核心开发者Pieter Wuille推出的一项交易可塑性和缩放修复。2017年11月,部分社区正在准备称为SegWit2x的硬分叉解决方案,以进一步将比特币块大小增加到2MB。


五月份,一组58家公司最初同意将比特币区块大小增加到2MB。来自一个财团的公开信表明,散列能力为83.28%,每月连锁交易量为51亿美元,以及2050万比特币钱包。“我们同意立即支持以下比特币协议的并行升级,该协议将同时部署并基于原始的Segwit2Mb建议:在80%的阈值激活隔离见证,在第4位发出信号在六个月内激活一个2 MB硬叉。“


随着比特币的增长,预计将实施更多的可伸缩性解决方案。由于可扩展性和挖掘方面的冲突,已经推出了原始比特币区块链(比特币黄金和比特币现金)的两种分支。在11月份,推出SegWit2x预计将在2017年底推出三款比特币。


目前俗称:

  1. 比特币的区块链是Blockchain1.0,

  2. 以太坊的区块链是Blockchain2.0,

  3. EOS的区块链是Blockchain3.0 (不久主链上线)




沈浩老师

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中国传媒大学新闻学院教授、博士生导师
中国传媒大学调查统计研究所所长

大数据挖掘与社会计算实验室主任

中国市场研究行业协会会长




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