在这篇文章，我们将详细的介绍比特币，寄上安全带，让我们一起出发吧。
1. 比特币简介
比特币是一种去中心化的数字货币，它依靠分布式点对点网络运行，正在颠覆传统金融体系。比特币解决了一个关键问题：在没有中央机构（如政府或金融机构）干预的情况下进行数字货币交易。比特币并不是一个“无用的解决方案”，它解决了数字领域中所有权问题。在比特币出现之前，数字资产的所有权无法得到有效确认。
比特币的生成是有限制的。它遵循一个特定的协议，新的比特币会被逐步生成，直到达到预设的上限。这引入了一个全新的概念：数字稀缺性。比特币的总量不会超过 2100 万个，因此它是稀缺的，不受审查的，不可阻挡的，并且具有赋权作用。
“比特币是开源的；其设计是公开的，没有人拥有或控制比特币，任何人都可以参与。”——Bitcoin.org
1.1 比特币的发明者是谁？
中本聪是一个匿名人物，他在 2009 年发表的白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》中提出了这项革命性技术。这份文件为去中心化和无需信任的金融系统提供了蓝图，消除了对中介的需求。
在那个时期，他与一群名为“赛博朋克”的黑客和计算机科学家社区的成员进行交流。他通过电子邮件与他们沟通，但从未透露自己的身份，最后神秘地消失了。
在他的论文中，中本聪从未使用“区块链”这个词。这个术语是在描述用于存储交易的数据结构时才出现的。交易被打包成块，这些块通过加密技术相互连接，形成区块链，分布在全球数千个节点中。
比特币网络的一个重要组成部分是其共识机制，即工作量证明（PoW）。这种创新的方法通过要求参与者投入计算能力来解决复杂问题，验证交易，并将新的区块添加到区块链中，以确保网络的安全性。PoW 是比特币去中心化特性的基石。
2. 比特币减半
比特币的一个显著特点是其固定的供应量。比特币的数量上限为 2100 万枚，旨在防止像传统法定货币那样的通货膨胀风险。这种稀缺性通过“挖矿”过程得以实现，矿工通过贡献计算能力获得新的比特币作为奖励。在比特币之前，数字资产的稀缺性是无法实现的。
比特币减半是比特币协议中的一个规定，每 210,000 个区块，比特币的区块奖励就会减半。大约每四年，减半事件会减少新生成比特币的数量，这意味着矿工获得的奖励会减少一半，从而影响新比特币的发行速度。
第一次减半发生在 2012 年 11 月 28 日，当时挖矿奖励从 50 BTC 降至 25 BTC。减半当天，比特币的价格大约为 12 美元。六个月后，价格上涨到约 130 美元，显示出显著增长。第二次减半在 2016 年 7 月 9 日发生，这次减半将区块奖励减少到 12.5 BTC。减半当天，比特币价格约为 660 美元，六个月后，价格升至约 900 美元。第三次减半在 2020 年 5 月 11 日发生，减半后每个新区块的奖励变为 6.25 BTC。减半当天，比特币价格约为 8600 美元，六个月后涨至约 15,700 美元。
撰写本文时，预计下一次减半将在 2024 年 4 月进行。目前比特币的价格约为 68,000 美元。减半后，每个区块的挖矿奖励预计将变为 3.125 BTC。比特币的减半会一直持续，每 210,000 个区块一次，直到大约 2140 年所有 2100 万比特币被挖完。
比特币常被称为“数字黄金”，其有限的供应量和去中心化的特性使其成为一种有吸引力的价值储存和传统资产的替代选择。投资者和爱好者认为比特币是对抗经济不确定性的避险工具，这提升了它作为数字财富储存的地位。
美国证券交易委员会 (SEC) 在 2024 年 1 月批准了比特币现货 ETF，使得交易者可以在无需自己保管加密货币或通过可能存在欺诈的交易所交易的情况下获得比特币。有关详细信息，请查看 SEC 的官方声明。请注意，比特币是一种去中心化的金融工具，没有中央权威，也不属于任何人，无法被审查。比特币是点燃新数字经济的火花。
3. 比特币如何运作？
比特币网络费是为了激励矿工处理交易而支付的一小部分比特币。费用的多少取决于网络的拥堵程度和交易的大小。网络费用的设置主要是为了防止恶意攻击者用大量交易塞满网络，并激励矿工或验证者将交易加入到下一个区块中。
你可以通过支付更高的费用来加快交易处理速度。如果你不急于确认交易，可以选择支付较低的费用来节省成本。不过要注意，如果费用设置过低，交易可能会被卡住几个小时甚至几天。不过不用担心丢失比特币，最坏的情况下交易会被取消并恢复。
以下是转移比特币的大致步骤：
比特币钱包：首先需要一个数字钱包来存储比特币。这个钱包会提供一对密钥，用于发送和接收比特币。公钥类似于银行账号，可以公开用于接收资金，而私钥则用于签署交易，不应泄露。交易内容包括转账金额、收款地址、交易费用和发送者的数字签名。
挖矿：交易会被发送到网络中所有节点共享的公共池中。矿工们会竞争成为新区块的创建者，他们使用计算能力解决加密难题。胜出的矿工可以从交易池中选择交易并创建新的区块。
确认：新区块会被传播到网络中的其他节点，以验证交易并确认新区块的有效性。如果发现错误，该区块会被丢弃。
验证：参与者会验证新交易及其数字签名。如果新区块创建成功，矿工会获得一定数量的新生成比特币。注意，这是唯一生成新比特币的方式。
新的全球状态：新区块被添加到区块链中，成为网络状态的一部分。此时，所有节点共享相同的状态。网络还会按照多数规则拒绝状态不同的节点。
确认新比特币：最后，收款人可以确认收到的比特币，因为他们的钱包信息已更新。整个过程大约需要 10 分钟到 1 小时。如果网络过于拥堵，可能需要一天或更长时间，这取决于交易费用。
如果你觉得时间过长，请记住，现在一些国际支付可能需要数周才能完成。
4. 区块链技术
区块链是一种共享且不可更改的账本，用于记录交易和跟踪商业网络中的资产。如果从数据结构的角度解释区块链，可以说它是一个分布式的、有序的区块列表，每个区块包含一组交易。
最初，每个区块可以包含高达36MB的交易数据。但在2010年，中本聪将其减少到1MB，以降低垃圾交易和潜在拒绝服务攻击的风险。区块链中的每个区块都有一个哈希值标识，该哈希值是使用SHA256加密哈希算法生成的，包含了交易、签名、时间戳等信息。每个新区块通过区块头中的“前一区块哈希”字段引用前一个区块，也就是父区块。换句话说，每个区块的头部包含其父区块的哈希值。
这些哈希值将每个区块与其父区块连接起来，形成了一条可以追溯到创世区块的链条。虽然每个区块只有一个父区块，但在区块链“分叉”期间，一个区块可以暂时有多个子区块。分叉发生在不同矿工几乎同时发现新块时，最终只有一个子区块会成为区块链的一部分，从而解决分叉问题。
即使一个区块可能有多个子区块，但每个区块只能有一个父区块，这是因为每个区块只有一个“前一区块哈希”字段来引用其唯一的父区块。
这种数据结构有以下几个影响：
如果区块中的信息被篡改，该区块的哈希值也会改变，这样该区块及其后续所有区块都需要重新挖掘。 而且，这需要在网络中的每个节点上进行。 在单个节点上篡改信息是可行的，但在当前的计算能力下，控制至少51%的节点以完全掌控网络几乎是不可能的。截至本文撰写时，Bitnodes报告称有18,800个可访问的节点。
5. 比特币的安全性
比特币是一个公开的区块链。这意味着所有的交易、余额和账户信息都是透明的，任何人都可以随时加入或退出网络。而且，比特币的协议细节和加密算法是公开的，只有用户的私钥需要保密。尽管所有信息都是公开的，比特币网络依然非常安全，且生成新比特币的方式只有一种。
保持比特币网络安全的关键在于几个重要因素。首先，共识机制是确保比特币网络完整性的核心概念。它使所有参与者对区块链的状态达成一致。拜占庭将军问题是一个博弈论问题，描述了在没有可信中央方的情况下，去中心化的各方如何达成共识的难题。
这一问题在L. Lamport、R. Shostak和M. Pease的论文《拜占庭将军问题》中有详细解释。
一个可靠的计算机系统必须能够应对其某些组件的故障。一个故障组件可能会向系统的不同部分发送矛盾的信息。应对这种故障的难题抽象地表现为拜占庭将军问题。
在比特币网络中，共识是通过一个去中心化的过程达成的，节点们就交易的有效性和它们加入区块链的顺序达成一致。比特币采用的共识算法是工作量证明（PoW）。矿工们竞争找到一个以一定数量的零开头的哈希值，这个零的数量称为网络难度。找到这些符合条件的哈希值需要大量的计算能力。截至撰写本文时，区块832,631的难度为79.35太哈希。难度不是固定的，可以根据网络的状况进行调整。点击此链接查看比特币历史难度的图示。
太哈希（T）是衡量挖矿设备每秒生成多少哈希值的单位。一太哈希表示每秒生成一万亿次哈希值。
挖矿不仅验证交易，还增加了网络的安全性。计算所需的巨大努力使得恶意行为者在经济和计算上很难操纵区块链。
此外，这一过程由最先进的加密工具和算法支持。公钥加密用于保护网络上的交易。每个参与者都有一对加密密钥：一个公开密钥（公开共享）和一个私密密钥（保密）。比特币使用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）生成这些密钥，特别使用一种称为secp256k1的曲线。
公开密钥用于接收资金，私密密钥用于签署交易，提供了一种安全且可验证的方式来转移比特币的所有权。
哈希函数在维护区块链的完整性方面起着重要作用。比特币区块链中的每个区块都包含一个唯一的哈希值，这是由哈希函数生成的固定长度字符串。这个哈希值基于区块的数据和前一个区块的哈希值。任何对区块内容的更改都会改变其哈希值，导致链条中的连锁反应，容易被检测到。不可更改性确保了区块一旦被添加到区块链中，除非更改整个后续链，否则无法被篡改。
当用户发起交易时，他们的私密密钥用于创建数字签名。数字签名提供了一种方法，使用户能够在不透露私密密钥的情况下证明其所有权。这个签名与发送者的公开密钥相结合，验证了交易的真实性。这个验证确保只有持有特定比特币地址私密密钥的人才能授权从该地址进行交易。
比特币是开源的，任何人都可以贡献代码。它作为一个点对点网络运行，没有中央权威或中介。网络中的每个节点直接与其他节点通信，共同传播和验证交易，并在假设通信不安全和可能存在恶意行为的情况下就区块链的状态达成共识。这种去中心化使得网络能抵御审查和单点故障（或攻击）。
这些加密工具共同保障了比特币网络的强大安全性，使其成为一个无需信任且具有韧性的点对点数字交易系统。
6. 比特币闪电网络
比特币闪电网络是为解决比特币网络扩展性问题而开发的第二层扩展解决方案。它通过将大部分交易移到主区块链之外，提供了更快、更经济的交易方式。
6.1 支付通道
闪电网络通过支付通道进行运作。这些通道类似于两个用户之间的私人隧道，允许他们在链外进行交易。通过在比特币区块链上创建一个多重签名钱包来开启通道，该钱包需要双方的签名才能执行交易。在这些支付通道中，用户可以进行多次交易，而无需将每笔交易公布到主区块链上。
支付通道使得微交易变得可行，如果在比特币主网上直接进行这些交易，成本会非常高且效率低。闪电网络不仅限于直接通道，即使用户之间没有直接通道，他们也可以通过中介节点网络进行交易。支付可以通过一系列中介节点进行传递，每个节点促成转账，但无法访问资金。
这个概念类似于互联网数据的路由方式。下面是闪电网络的一些优势：
扩展性。通过将大部分交易移到链外，闪电网络大大增加了比特币网络的交易处理能力。它可以处理更多的每秒交易量，缓解网络拥堵并减少交易时间。 速度。闪电网络的交易处理速度比链上交易快得多，因为链上交易需要整个网络的确认。这使得闪电网络适用于各种场景，包括日常交易和微交易。 低费用。闪电网络上的交易费用通常比链上交易低。用户只需在开启或关闭通道时支付费用，这些费用在通道内的交易中摊分。 总之，比特币闪电网络通过引入第二层解决方案，解决了扩展性问题，使交易更快更便宜，特别适合小额交易。
通过支付通道、微交易和中介路由，闪电网络提供了一个可扩展的解决方案，提高了比特币的整体效率，使其更适合日常交易，并促进了更广泛的应用。
7. 总结
在本文中，我们回顾了比特币的起源和区块链的一些基本原理。我们描述了挖矿过程和新区块的创建。还分析了比特币网络中的安全机制，如公钥加密、哈希函数、点对点网络和共识机制。
总的来说，比特币是一种革命性的技术，代表了传统法币的替代选择。比特币无法被政府或金融机构审查。每个人都可以加入网络，成为矿工以保护它。比特币是公开和开源的，允许快速、无国界的点对点支付，并且处理费用低。无论你是否喜欢，比特币都是未来的趋势！
