区块链研究总结 -- 比特币

本文为区块链技术总结及发展展望一文的子章节。

中本聪（化名）于2008年在互联网上公开发表了一篇介绍一种去中心化货币比特币的论文，并于2009年启动开发项目，到2010年整个比特币网络搭建完成。区块链的概念来源于比特币项目，做为业内公认的第一个区块链系统，学习比特币已经成为进入区块链世界的第一步。比特币创造性的将多种已有技术结合在一起，成功地实现了第一代区块链系统 - 数字货币。

比特币的特点

• 基于非对称加密技术创造出私钥、公钥、地址概念，保证了交易不可伪造。先通过随机数生成私钥，由私钥生成公钥，再由公钥生成地址。
• 参考银行账本，创造出交易和可使用交易（UXTO）概念，保证了账户余额不可伪造。账户余额为所有可使用交易金额总和。
• 利用P2P技术，在全球各个节点中共享、操作、监督同一份数据，实现去中心化。
• 发明了链式相关的区块数据结构，保证了历史数据很难被篡改。区块链数据结构是比特币的独创，修改任一区块会导致后面的区块也会发生变化，造成篡改数据的成本大幅增加。
• 发明了POW共识算法，解决了分布式环境中的拜占庭问题，保证了数字货币的铸造不可伪造。比特币POW算法是一个计算密集型问题，问题的答案需要通过巨大的尝试计算获得，系统通过难度系数保证每个问题求解时间基本相同（10分钟），但是验证问题的答案非常迅速。这样，攻击和伪造的成本很高，而验证和预防的成本很低，保证系统安全。另外，选择最长块链规则保证了系统允许短暂的不一致状态存在，但很快整个系统就会达成一致（一般认为经过6个块，全网就会达成一致）。POW算法能够在51%节点正常的情况下，正确出块，也比拜占庭算法要求的2/3节点正常要好。
• 发明了矿工及其奖励制度。矿工负责铸币（产生区块简称挖矿或出块），但出块需要解决上面提到的计算密集型问题，就需要有计算机和消耗大量的电力。为了刺激用户参与挖矿竞争，比特币引入矿工奖励制度，有两种奖励，1. 发行新的比特币。2. 转账手续费。发行新比特币促使比特币网络的形成，转账手续费保证比特币网络的持续繁荣。
• 利用Merkle树实现简单支付验证，并采用bloom过滤器保护交易信息。

比特币是一个设计精巧的去中心化数字货币网络，它提供一种货币系统应具有的所有功能，并且这一切都不要中心节点（银行）参与。类似黄金的价值保障是稀有，比特币也有价值保障。比特币的铸造价值来自于求解POW问题的计算机折损和电量消耗。比特币的流通价值来自于比特币网络的使用度（交易请求）。但个人认为，比特币也存在一些缺点。

比特币的缺点

• 比特币账户就是一串数字，不会暴露账户持有人的任何信息。很多人认为这是比特币的一大优点，保护个人隐私。我以为这恰恰是阻碍其大规模应用的缺点。对于国家来说，完全的匿名意味着没有监管，没有监管意味着零成本犯罪，想象一下，哪个国家会推行一种数字货币，但无法获得进行重要经济活动的巨额交易的账户信息。对于个人来说，完全的匿名意味着没有保护，当普通人得知如果丢失（或被盗）私钥，谁都不能帮他找回账户里的比特币后，还敢用比特币保存大量财富吗。这也导致了目前比特币的使用主要集中在灰色领域。
• 比特币的TPS（每秒交易数）只有几个，如果考虑6个块达成全网一致，这个值更低。一定程度上，这是故意设计的结果，如果出块时间太快，就会降低比特币的发行价值。显然，比特币无法支撑大规模交易量。
• 比特币是一种通缩货币。它的总发行量固定，并且逐次递减。但是，现实世界的经济总量不断发展，货币也在不断增发。所以，通缩的比特币无法适合现实世界的经济需求。只能成为小众圈子的收藏品。

比特币只有发币和交易记账的功能，做为货币足够。但是无法支持用户创造自己的应用。由此引出了第二代区块链系统 - 以太坊。

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