第一章介绍·掌握比特币

第一章介绍1.1 什么是比特币？

比特币是基于一系列概念和技术的数字货币生态系统。狭义的“比特币”代表系统中用于存储和传输价值的货币单位。用户主要通过 Internet 使用比特币系统，但也可以使用其他网络。比特币协议以各种开源软件的形式实现，可以在笔记本电脑、智能手机等多种设备上运行，让用户可以轻松访问比特币系统。

比特币可以做传统货币可以做的所有事情，例如买卖商品、向个人或组织汇款以及放款。用户可以在专门的交易所买卖比特币或兑换其他货币。从某种意义上说，比特币是互联网货币的完美形式。因为它快速、安全且无边界。

与传统货币不同，比特币是完全虚拟的。它不仅没有实体，而且基本上没有代表比特币的虚拟物品。比特币隐含在发送和接收硬币的转移记录中。用户只要有钥匙证明自己的控制权，就可以发送比特币，用钥匙解锁。这些密钥通常存储在计算机的数字钱包中。拥有密钥是使用比特币的唯一条件，比特币完全掌握在每个人的手中。

比特币是一种分布式的点对点网络系统。所以没有“中央”服务器，也没有中央发行者。比特币是通过“挖矿”创建的，这是在参与竞赛以解决数学问题的同时验证比特币交易的过程。任何参与者（例如运行完整协议栈的人）都可以成为矿工，使用他们的计算机计算能力来验证和记录交易。平均每 10 分钟，有人可以验证过去 10 分钟内发生的交易，他将收到新的硬币作为他工作的回报。本质上，挖矿是分布式央行的货币发行和结算功能，以全球计算能力竞争取代对中央发行人的需求。

比特币系统包括调节挖矿难度的协议。挖矿难度——在比特币网络中成功写入一个区块交易——是动态调整的，以确保无论有多少矿工（多少CPU）挖矿，平均每10分钟只有一个矿工成功。

比特币协议还规定每四年挖出的新币数量减半，同时将最终挖出的比特币总量限制在 2100 万枚。这样一来，流通中的比特币数量非常接近曲线，到2140年将达到2100万比特币。比特币由于其开采率随着时间的推移而下降，从长远来看是一种通缩货币。此外，“通货膨胀”无法通过“打印”新的比特币来实现。

比特币是协议、网络、分布式计算创新的代名词。比特币是这项创新的第一个实际应用。作为一名开发人员，我将比特币视为金钱，就像我当时看到的互联网一样，这是一个通过分布式计算传播价值并保护数字资产所有权的网络。相比初识比特币，到这里你就什么都懂了。

在本章中，我们将从一些关键概念和术语开始，向您展示如何获取软件并使用比特币进行简单交易。在接下来的章节中，我们将逐步解释比特币背后的技术细节，并分析比特币网络和比特币协议的内部运行机制。

比特币之前的数字货币

实用数字货币的出现与密码学的发展密切相关。根本的挑战是，当人们认为比特代表可以交换商品和服务的价值时，接受数字货币也就不足为奇了。任何接受数字货币的人面临的两个基本问题是：

我可以相信钱是真钱而不是假币吗？我确定没有人说钱是他们的而不是我的吗？ （又名“双花”问题）

纸币发行商继续使用越来越先进的纸张和印刷技术来遏制伪造问题。实物货币很容易解决双花问题，因为同一张钞票不能同时在两个不同的地方。当然，传统货币也往往是数字化存储和数字化传输的。在这些情况下，假币和双重支出问题由一个中央机构处理，该机构通过删除所有电子交易记录来掌握流通中的货币的全球视图。对于数字货币，秘密墨水印刷技术或条形全息图无法有效使用，而密码学为用户声称的合法性价值提供了信任基础。具体来说，加密数字签名使用户能够签署提供其资产所有权证明的数字资产或数字交易。通过适当的结构，数字签名也可以用来解决双花问题。

在 1980 年代后期，当密码学得到更广泛的使用和理解时，许多研究人员开始尝试使用密码学来创建数字货币。这些早期数字货币项目发行的数字货币通常依赖于本国货币或黄金等贵金属。

虽然这些早期数字货币初具规模，但它们是中心化的，因此容易受到政府和黑客的攻击。早期的数字货币使用中央票据交换所来处理所有经常性交易，就像传统的银行系统一样。不幸的是，在大多数情况下，这些新生的数字货币成为政府关注的目标，最终从法律程序中消失。当发行数字货币的母公司突然违约时，其他人惨遭失败。为了坚决抵制对手的干预，无论这些对手是合法政府还是犯罪分子，去中心化数字货币都需要避免单节点攻击。比特币就是这样一个系统，被设计成完全去中心化，不受任何中央机构或中心点控制，这样的货币系统不会受到攻击，也不会腐败。

比特币代表了数十年密码学和分布式系统的巅峰之作，这是一种独特而强大的组合，汇集了四项关键创新。比特币由这些组成：

1.2 比特币发展史

2008 年，一位名叫 Satoshi Nakamoto 的人在一篇题为“比特币的论文中首次提出比特币：一种点对点的电子现金系统”中写道。和 HashCash，创建一个完全去中心化的电子现金系统，不依赖货币担保或结算交易验证担保的中央机构。关键创新是使用分布式计算系统（称为“工作量证明”算法）每10分钟进行一次全网“选择”，使去中心化网络能够同步交易记录。这优雅地解决了双花问题，即一个货币单位可以使用两次。以前，双花问题是数字化的一个弱点货币并通过中央票据交换所清算所有交易来处理。

根据中本聪的一篇关于比特币网络运营的论文，比特币网络在经过许多其他程序员的修改后于 2009 年推出。分布式计算为比特币提供了指数级提高的安全性和弹性，现在超过了世界顶级超级计算机的综合处理能力。比特币的总市值在 50 亿美元到 100 亿美元之间，基于比特币/美国。美元汇率。目前，从全网来看，比特币处理的最大交易额为1.5亿美元。本次交易及时处理和转账，无需支付任何手续费。

中本聪于 2011 年 4 月退出公众视野，将比特币代码开发和网络建设的责任留给了蓬勃发展的社区成员。而谁是“中本聪”，至今仍是一个未解之谜。然而，比特币系统的运行并不依赖于中本聪或其他任何人——比特币系统依赖于完全透明的数学原理。该发明本身具有开创性，并已蔓延到分布式计算、经济学、计量经济学等领域。

分布式计算问题的解决方案

中本聪的这个发明也是解决“拜占庭将军”问题的可行方案，是分布式计算问题的解决方案。尚未解决的问题。简单来说，这个问题涉及试图通过在不可靠且具有潜在威胁的网络中交换信息来就行动协议达成共识。中本聪的解决方案是使用工作量证明的概念在没有中央信任权威的情况下达成共识，这代表了分布式计算的科学突破，已经超越了货币的广泛适用性。可用于为公平选举、彩票、资产登记、数字公证等实现去中心化网络共识。

1.3 比特币应用、用户和他们的故事

比特币是一种技术，但它提供的货币本质上是一种用于人与人之间价值交换的基本语言。让我们通过他们的故事来看看使用比特币的人以及一些最常用的货币和协议。我们将在本书中反复使用这些故事来说明数字货币在现实生活中的用途，以及比特币的各种技术如何使它们成为可能。

北美低价零售

Alice 住在北加州的旧金山湾区。她从她的技术迷朋友那里听说过比特币，并想开始使用它。我们将跟进她的故事，了解比特币，买一些，然后在帕洛阿尔托的 Bob 咖啡店用比特币买一杯咖啡。这个故事将从零售消费者的角度向我们介绍比特币软件、交易平台和基本交易。

北美高端零售

Carol 是旧金山艺术画廊的所有者。她出售昂贵的油画以换取比特币。这个故事将涵盖零售商对高价值商品进行“51%”攻击的风险。

离岸合同服务

帕洛阿尔托一家咖啡店的老板 Bob 正在建立一个新网站。他与住在印度班加罗尔的 Web 开发人员 Gopesh 签订了协议。 Gopesh 已同意用比特币支付。本篇文章将探讨使用比特币进行海外购买、合同服务和国际电汇。

慈善捐赠

Eugenia 是菲律宾一家儿童慈善机构的负责人。她最近发现了比特币，并希望用它来接触一群全新的国内外捐助者，为她的慈善事业筹集资金。她还研究如何使用比特币快速优化资本配置。这个故事将展示使用比特币进行跨货币和跨国界的全球融资，展示慈善组织使用的公开透明的账本。

导入/导出

Mohammed 是迪拜的电子产品进口商。他尝试使用比特币进行快速支付，并将美国和中国的电子产品进口到阿联酋。这个故事将展示使用比特币来支付大公司之间实物商品的收支平衡。

比特币挖矿

Jing 是上海的一名计算机工程专业的学生。他建造了一个采矿设备来开采比特币，利用他的专业技能为自己创造收入。这个故事将探讨基于比特币的“行业”：用于保护比特币网络和发行新货币的特殊设备。

这些故事基于真实行业中真实人物的原型，他们正在使用比特币创造新市场、创造新行业，并使用比特币作为解决全球经济问题的新兴事物。

1.4 入门

要加入比特币网络并开始使用该货币，所有用户需要做的就是下载应用程序或使用在线应用程序。因为比特币是一种标准，所以也有许多运行比特币的客户端软件。还有一个标准客户端，也称为 Satoshi Client，一个由开发团队管理的开源项目，源自于 Satoshi Nakamoto 编写的初始客户端。

比特币客户端的三种主要形式是：

完整的客户端

一个完整的客户端，或“完整节点”，存储所有比特币比特币交易的整个交易历史的客户端（每个用户完成的每一笔交易，曾经拥有的每一笔交易），管理用户的钱包，并可以开始交易直接在比特币网络上。这类似于独立的电子邮件服务器，因为它处理协议的所有方面，并且不依赖于任何其他服务器或第三方服务。

轻量级客户端

轻量级客户端存储用户的钱包现在怎么入手比特币，但需要依赖第三方服务器进行比特币交易和访问比特币网络。轻量级客户端不会保留所有交易的完整副本，因此它们必须依赖第三方服务器进行交易确认。这类似于独立的电子邮件客户端，可以通过邮箱服务器访问邮箱，因为它依赖于第三方服务器进行网络通信。

在线客户端

在线客户端通过网络浏览器访问并将用户的钱包存储在第三方服务器上。这与在线邮件类似，完全依赖第三方服务器。

手机客户端

智能手机的移动客户端，例如基于Android系统的移动客户端，可以作为完整的客户端运行，也可以作为轻量级客户端或在线客户端运行。一些移动客户端与在线或桌面客户端同步，提供跨多个设备但具有共同资金来源的多平台钱包。

比特币客户端的选择取决于用户想要管理的资金量。一个完整的客户端将为用户提供最高级别的管理和独立性。这样，钱包的备份和安全责任就转移到了用户身上。另一个选择是在线客户端，它是最容易设置和使用的，但在线客户端的权衡是权衡第三方干预的风险，因为安全和控制权是由用户和用户共享的。网络服务提供商。如果在线钱包服务受到影响，就像发生的那样，用户可能会失去所有的资金。反之，如果用户的完整客户端没有正确备份，他们可能会因电脑误操作而损失资金。

本书的目的是展示各种可下载比特币客户端的使用，从原始客户端（Satoshi 客户端）到在线钱包。有些情况会使用原客户端，除了作为一个完整的客户端外，还会暴露钱包的API、网络和交易服务。如果您打算深入比特币系统以探索编程，则需要使用 vanilla 客户端。

1.4.1 快速入门

我们在“1.3 比特币应用程序、用户及其故事”一节中介绍了 Alice，她不是技术用户，最近才从朋友那里听说过比特币。她通过浏览比特币官方网站 bitcoin.org 开始了她的比特币之旅，在那里她发现了各种各样的比特币客户可供选择。她根据官网提供的建议选择了轻量级的Multibit客户端。

Alice 通过官方网站 bitcoin.org 上提供的链接在她的计算机上下载并安装了 Multibit 客户端。目前多位计算机客户端可用于 Windows、Mac OS 和 Linux。

比特币钱包必须受密码或密码保护。试图破解弱密码的潜在威胁很多，所以要小心设置不易破解的密码。密码应使用大小写字母、数字和符号的组合，并避免使用生日、团队名称等个人信息。避免使用任何可以在字典中轻松找到的单词，无论该单词是什么语言。如果在条件允许的情况下，可以使用密码生成器生成12位以上的完全随机密码。请记住：比特币是一种可以随时在世界任何地方转移的货币。如果保存不当，很容易被盗。

Alice下载安装Multibit客户端后，打开程序会出现欢迎界面，如图1-1所示：

图1-1 Multibit Bitcoin客户端欢迎界面

Multibit客户端会自动为Alice生成一个钱包和一个新的比特币地址，点击图1-2所示的请求标签可见。

图 1-2 多比特客户端请求选项卡中 Alice 的新比特币地址

界面中最重要的是 Alice 的比特币地址。与电子邮件地址类似，Alice 可以共享此地址，以便任何人都可以从该地址直接将比特币发送到新钱包。界面上看起来像一长串字母和数字的就是地址：

1Cdid9KFAaatwczBwBttQcwXYCpvK8h7FK。

地址旁边是一个二维码。这个二维码是一个条形码，可以通过智能手机的摄像头扫描到钱包地址，窗口右侧的一个黑白方块。通过点击比特币地址或二维码旁边的复制按钮，Alice 可以将它们分别复制到剪贴板。点按二维码即可放大，方便智能手机扫描。

爱丽丝也可以把这个地址的二维码打印出来给别人看，这样就不用输入一长串的字母和数字了。

比特币地址以数字 1 或 3 开头。与电子邮件地址类似，这些地址可以与其他比特币用户共享，以便他们可以从这些地址将比特币直接发送到您的钱包。与电子邮件地址不同现在怎么入手比特币，您可以任意创建新的比特币地址，将资金成功转移到您的钱包。钱包是用于解锁资金的多个地址和密钥的简单集合。您可以为每笔交易使用不同的地址，这有利于提高隐私安全。用户可以创建的地址数量几乎没有限制。

现在 Alice 已经准备好开始使用她的新比特币钱包了。

1.4.2 获得你的第一个比特币

您还不能在银行或货币兑换处购买比特币。截至 2014 年，在大多数国家购买比特币仍然相当困难。你可以去一些专门的货币交易所购买比特币或出售比特币换取当地货币。这些交易所作为在线货币市场运作。它包括以下内容：

位戳

一个欧洲货币市场，通过电汇支持包括欧元和美元在内的多种货币交易。

币库

美国比特币钱包，也是买卖双方进行比特币交易的平台。 Coinbase 允许用户通过 ACH 系统连接美国支票账户，从而轻松买卖比特币。

这种类型的数字加密货币交易所在国家货币和加密货币之间的鸿沟中幸存下来。因此，它受国家和国际法规的约束，并且通常特定于单个国家或经济区，并且仅限于该地区的国家货币。您选择的货币兑换仅限于您使用的本国货币，并且只能是在您所在国家/地区合法经营的兑换。与在银行开户类似，使用此类服务​​设置这些必要的账户可能需要数天或数周的时间，因为它们需要以各种形式了解您的客户并确认交易符合反洗钱法。在交易所拥有账户后，您可以比使用代理账户买卖外币更快地买卖比特币。

比特币图表是一个提供价格指数的网站，该网站包含来自数十家货币交易所的其他市场数据，您可以在其中找到更完整的数据。

新用户获取比特币有四种方式：

Alice 是朋友介绍认识比特币的，所以她在等待加州货币市场上的账户被验证激活的同时，轻松获得了她的第一个比特币。

1.4.3 发送和接收比特币

Alice 已经创建了她的比特币钱包并准备好接收资金。她的钱包程序随机生成一个私钥（关于私钥的详细信息请参见“4.1.3 私钥”）和对应的比特币地址。此时，她的比特币地址还没有在全网公开，也没有在任何比特币系统中“注册”过。她的比特币地址只是一串数字，对应着她可以控制的资金的私钥。这个地址和账户之间还没有发生交易，也没有关联。在此地址收到在比特币分类账（区块链）中发布的交易之前，它不会成为许多可能的“有效”比特币地址之一。一旦该地址接受一笔交易，它就成为全网已知的地址之一，Alice 可以查看公共账本中的余额。

Alice 和 Joe 在当地一家餐馆相遇，是 Joe 向 Alice 介绍了比特币。这样，Alice 可以用一些美元从 Joe 那里兑换一些比特币，并让 Joe 将一些比特币发送到她的账户。她带来了比特币地址和钱包二维码的印刷版。从安全的角度来看，比特币地址并不是什么特别秘密。她可以在任何地方发布她的地址，而不必担心帐户安全。

Alice 只想用 10 美元兑换比特币，这样她就不会冒险在这项新技术上花费太多。所以她给了乔 10 美元和她的地址打印件，这样乔就可以用比特币给她等值的东西。

接下来，Joe 需要计算汇率以便向 Alice 发送相应数量的比特币。有许多提供当前市场汇率的应用和网站，以下是一些最受欢迎的：

比特币图表

比特币图表是一种市场数据服务，显示全球许多交易所比特币市场汇率以不同的当地汇率结算。

比特币平均值

Bitcoin Average 是一个简单的查看网站，提供每枚硬币的交易量加权平均价格。

零块

ZeroBlock 是一款免费的 Android 和 iOS 应用程序，可显示不同交易所的比特币价格。 （见图 1 - 3）

比特币智慧

另一个市场数据索引服务。

图 1-3 ZeroBlock，一个基于 Android 和 iOS 的比特币市场汇率应用程序

Joe 使用上述程序或网站之一找到了大约每个比特币价值约 100 美元的比特币价格。按照这个汇率，Alice 给了他 10 美元，作为交换，他应该给 Alice 0.1 个比特币，或者 10,000,000 satoshis。

Joe check 达到市场价格后，打开您的移动钱包应用程序并选择“发送”比特币。

图1-4 区块链手机钱包发送比特币界面

例如，如果他在 iPhone 上使用区块链移动钱包，他会看到屏幕要求输入：

▷收款人的付款地址

▷ 要发送的比特币数量

在比特币地址的输入栏中，有一个看起来像二维码的小图标。 Joe 可以用他的智能手机摄像头扫描条形码，而不是输入 Alice 的比特币地址 (1Cdid9KFAaatwczBwBttQcwXYCpvK8h7FK)，无需输入这个冗长而繁琐的地址。乔点击二维码图标，启动智能手机的摄像头，扫描爱丽丝带来的打印二维码。手机钱包程序会填写Good比特币地址，Joe可以通过将该地址与Alice打印的地址中的几个数字进行比较来确认它已被正确扫描。

Joe 然后输入交易的比特币金额，0.@ >1 个比特币。他仔细检查了一遍，确保输入的金额正确，因为他正要汇款，任何小错误都会导致汇款到错误的地址。最后，他点击了发送按钮，完成了这笔交易。 Joe 的手机钱包会创建一个交易，将 Joe 钱包中的 0.10 个比特币发送到 Alice 提供的地址，并使用 Joe 的私钥对交易进行签名。这是宣布整个比特币网络，乔已授权将比特币从他的一个地址转移到爱丽丝的新地址。由于交易是通过 P2P 网络协议传输的，因此会迅速传遍整个比特币网络。在不到一秒的时间内，网络上大多数连接良好的节点将收到交易并第一时间公布 Alice 的地址。

如果爱丽丝手边有智能手机或笔记本电脑，她也可以看到交易。比特币分类帐——每笔比特币交易的不断扩展的文件记录——是公开的，这意味着她可以看到曾经使用过该地址的所有记录，并查看是否有人向该账户发送了比特币。她只要在blockchain.info网站的搜索框中输入自己的地址，就可以轻松找到。网页会显示该地址的所有交易记录。在 Joe 点击发送后，0.10 个比特币很快就会转入她的钱包，如果 Alice 正在查看该页面，她会看到该页面已经更新了这笔新交易。

确认

最初，Alice 的地址会显示 Joe 发送交易的交易是“未确认的”，这意味着该交易已被广播到网络，但尚未上市比特币交易的账本记录在区块链中一般来说，交易必须由矿工“挖掘”，并且交易包含在区块中。当一个新的区块被创建出来后，大约十分钟左右，这个区域的交易就会被全网接受为“确认”，该区块中的比特币就可以使用了。交易对其他人立即可见，但仅当它们包含在新开采的区块中时才被“信任”。

Alice 现在拥有她所有的 0.10 个比特币，并且感到非常自豪。在下一章中，我们将了解她首次使用比特币支付，并深入了解交易和广播背后的技术。