摘要：但同時(shí)由于比特幣交易確認(rèn)后無(wú)法更改，也從另一個(gè)方面導(dǎo)致買家付了款而賣家據(jù)不發(fā)貨的漏洞。明白了這個(gè)原理，我們來(lái)看如何將比特幣從一個(gè)人發(fā)給另一個(gè)人。

首先中本聰在摘要中就指明了要建立的是一個(gè)去中心化的p2p支付系統(tǒng)，并且不引入第三方來(lái)解決雙重支付（double-spending）問(wèn)題。并且提出了解決方案思路，提及時(shí)間戳（Timestamps）、工作量證明（Proof-of-Work）等技術(shù)要點(diǎn)。

接下來(lái)看正文內(nèi)容……

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上的金融貿(mào)易，無(wú)不都借助于可信賴的第三方，如國(guó)家強(qiáng)制性機(jī)構(gòu)（銀行），超大企業(yè)（支付寶、微信）等，是一種“基于信用的模式（trust based model）”，不是說(shuō)當(dāng)下模式不好用，只是既然基于信用，則需要持續(xù)不斷的維護(hù)信用，其成本非常巨大。

所以比特幣出現(xiàn)了，它不再基于信用而是基于密碼學(xué)原理，使得虛擬交易可以在雙方達(dá)成一致，直接支付，不需要第三方參與。

由于直接支付，確認(rèn)后無(wú)法更改，所以是對(duì)賣家的一種保護(hù)，而對(duì)買家的保護(hù)，中本聰則提出“在此環(huán)境下通常設(shè)立第三方擔(dān)保機(jī)制也可謂輕松加愉快”。其實(shí)說(shuō)白了，比特幣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上對(duì)交易雙方是不平等的，天平更傾向于賣家，就像淘寶上買東西，杜絕了買家買貨后給差評(píng)拒不付款的情況。但同時(shí)由于比特幣交易確認(rèn)后無(wú)法更改，也從另一個(gè)方面導(dǎo)致買家付了款而賣家據(jù)不發(fā)貨的漏洞。

這就是比特幣給我們的另一個(gè)注意點(diǎn)，比特幣網(wǎng)絡(luò)其實(shí)是替代的中心化的信用機(jī)構(gòu)，并不能保證交易雙方的信用。就像上面說(shuō)的買家拒不付款、賣家拒不發(fā)貨此類情況，都是屬于交易雙方出現(xiàn)了信用問(wèn)題，而由于此時(shí)沒(méi)有第三方信用系統(tǒng)介入（淘寶、京東等），交易無(wú)法撤銷，損失了就是損失了，這是比特幣的優(yōu)點(diǎn)也是它的痛點(diǎn)。

交易成功后無(wú)法更改其實(shí)是有條件的，就是俗稱的51%攻擊。原文中有寫(xiě)到“除非重新完成全部的工作量證明，形成的記錄將不可更改”，比特幣采用的是復(fù)雜的工作量證明機(jī)制，更改交易區(qū)塊，需要從該區(qū)塊以及之后所有區(qū)塊都重新計(jì)算，需要大量運(yùn)算，非常耗時(shí)，所以在客觀上是形成不可更改的目的。

但是，試想，如果賣家買家達(dá)成一致，或者根據(jù)“多數(shù)人即正義”原則，有絕大數(shù)人同意修改呢？這是的的確確存在的比特幣的缺陷，并且這個(gè)缺陷也給濫用留了空子。至今還記憶猶新的全球勒索病毒的爆發(fā)，勒索掉大量的比特幣，這在全球絕大多數(shù)人眼里非正義行為，就可以在比特幣的規(guī)則下，堂而皇之的鉆空子，而我們卻無(wú)力回滾其交易，因?yàn)楸忍貛沤灰状嬖谶@客觀不可更改。

Transaction這一塊內(nèi)容是中本聰設(shè)計(jì)最核心也是最精妙的部分，讓人贊嘆。先奉上原圖，注意是英文原版白皮書(shū)原圖，不是網(wǎng)上流行的中文翻譯版的圖，中文圖是錯(cuò)誤的，整整誤導(dǎo)了我很久。

首先搞懂白皮書(shū)里給出的coin的定義：”一枚電子貨幣（an electronic coin）是這樣的一串?dāng)?shù)字簽名“。首先比特幣這個(gè)概念就很繞，即不跟現(xiàn)實(shí)貨幣相同，也和類似Q幣這樣的不同。Q幣可以理解為線上流通的實(shí)體貨幣的代幣，也會(huì)記錄擁有者姓名、數(shù)量等信息。而比特幣實(shí)際上根本不記錄都有誰(shuí)誰(shuí)誰(shuí)，誰(shuí)擁有多少幣，也沒(méi)有戶頭概念，所有的這些都是通過(guò)交易記錄反推得來(lái)。

例如，Q幣的記錄方式是A有100個(gè)Q幣，B有50個(gè)Q幣，A轉(zhuǎn)給B10個(gè)Q幣，則A戶頭上-10Q幣，B戶頭上+10Q幣，這是中心化的運(yùn)作方式，包括銀行都是這樣。而比特幣的記錄可能就是一條“A給B10個(gè)比特幣”，無(wú)數(shù)個(gè)這樣的交易記錄組成交易鏈，就形成來(lái)一個(gè)去中心化的，公開(kāi)透明的公共賬本。如果A想要知道自己有多少比特幣，那么就援引所有他參與過(guò)的交易來(lái)反推出數(shù)量。

明白了這個(gè)原理，我們來(lái)看如何將比特幣從一個(gè)人發(fā)給另一個(gè)人。

比如說(shuō)一筆交易記錄：張三發(fā)給李四5個(gè)比特幣。

發(fā)送者（張三）要做的事情是：把這條交易信息和目標(biāo)地址（李四的公鑰）做個(gè)HSAH，然后用自己的私鑰進(jìn)行數(shù)字簽名（即用張三的私鑰加密這個(gè)哈希值），同時(shí)將這個(gè)數(shù)字簽名附到這筆Tx（交易）里，然后通過(guò)p2p技術(shù)發(fā)送給李四。

李四收到這條消息后怎么做：拿著這筆交易里公布的張三的公鑰來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)（公鑰解密）得到哈希值x，同時(shí)，用自己的公鑰和交易信息做哈希得到hash(data)，然后對(duì)比x=hash(data)，則可以判斷出這筆交易來(lái)自于張三。因?yàn)楣€驗(yàn)證出的哈希值只有私鑰才能生成，而拿張三的公鑰驗(yàn)證的，必然是張三的私鑰，私鑰只會(huì)存在張三那里，抵賴是抵賴不掉的。這里就用到來(lái)非對(duì)稱加密，私鑰數(shù)字簽名，公鑰驗(yàn)證數(shù)據(jù)。公鑰確定錢包地址，私鑰確定所有權(quán)。

知識(shí)點(diǎn)一：非對(duì)稱加密

公鑰可以加密數(shù)據(jù)或驗(yàn)證數(shù)據(jù)，私鑰可以解密數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)簽名。
公鑰加密數(shù)據(jù)，只能用私鑰解密。
私鑰加密數(shù)據(jù)（這個(gè)過(guò)程叫數(shù)據(jù)簽名），只能用公鑰解密（驗(yàn)證數(shù)據(jù)）。
區(qū)塊鏈在設(shè)計(jì)交易（Transaction）的時(shí)候，就是用不對(duì)稱加密算法（SHA-256）。

既然是支付系統(tǒng)，逃不開(kāi)的就是雙花（double-spending）問(wèn)題。

知識(shí)點(diǎn)二：雙重花費(fèi)問(wèn)題  
如果同一筆錢，被重復(fù)支付兩次，這就是雙花問(wèn)題。
現(xiàn)實(shí)世界中你偽造一塊黃金拿去交易，很容易被證偽，而虛擬世界中的物品被復(fù)制太容易了，一前一后用同一筆錢發(fā)起兩筆交易，看似都沒(méi)有任何問(wèn)題，但這就存在雙花問(wèn)題。

中心化的支付系統(tǒng)（支付寶、銀行等）并不是不存在雙花問(wèn)題，只是更好解決而已。例如銀行轉(zhuǎn)賬，A戶頭轉(zhuǎn)賬100元到B戶頭，銀行會(huì)開(kāi)啟事務(wù)，A戶頭-100，B戶頭+100。這個(gè)過(guò)程類比鑄幣廠來(lái)說(shuō)，銀行會(huì)先作廢掉A戶頭的100，然后重新發(fā)行新的100給B戶頭。由于A戶頭上的100元被作廢掉了，所以就解決了雙花問(wèn)題。

那么，比特幣是怎么解決雙花問(wèn)題的呢？老樣子，多數(shù)即正義。首先是要求所有交易對(duì)全網(wǎng)公開(kāi)，所有人都可以追溯每一筆交易的來(lái)龍去脈，無(wú)法造假。二來(lái)每筆交易都有個(gè)時(shí)間戳，這樣就能確定先后順序，形成時(shí)間序列交易鏈。三是絕大多數(shù)的節(jié)點(diǎn)承認(rèn)交易是首次出現(xiàn)的。這里就引出了下一章節(jié)的概念：時(shí)間戳服務(wù)器。

時(shí)間戳服務(wù)器通過(guò)對(duì)區(qū)塊加蓋時(shí)間戳，則能證明某些數(shù)據(jù)在某些特定時(shí)間是確實(shí)存在的。每個(gè)時(shí)間戳都會(huì)有前一個(gè)時(shí)間戳的信息，這樣時(shí)間戳也形成一個(gè)鏈條，后一個(gè)時(shí)間戳就是對(duì)前一個(gè)的增強(qiáng)。這樣就算有人想篡改某一個(gè)時(shí)間戳，則需要把其之后的所有時(shí)間戳都改掉，這個(gè)過(guò)程是有工作量證明的，將會(huì)大量耗時(shí)和算力，從而保證不可被篡改。

現(xiàn)在又出現(xiàn)思考，比特幣不是說(shuō)去中心化的么，怎么又出來(lái)個(gè)時(shí)間戳服務(wù)器，有服務(wù)器不就又成了中心化的。其實(shí)不是這樣的，此服務(wù)器非彼服務(wù)器，還是那句話，多數(shù)即正義，時(shí)間取自于其他至少5個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間的中位數(shù)，并且中位數(shù)跟本地時(shí)間相差不能超過(guò)70分鐘。

知識(shí)點(diǎn)三：中位數(shù)  
一個(gè)數(shù)學(xué)概念，統(tǒng)計(jì)學(xué)中的專有名詞，代表一個(gè)樣本、種群或概率分布中的一個(gè)數(shù)值，其可將數(shù)值集劃分為相等的上下兩個(gè)部分。
中位數(shù)是以它在所有標(biāo)志值中所處的位置確定的全體單位標(biāo)志值的代表值，不受分布數(shù)列的極大或極小值影響，從而在一定程度上提高了中位數(shù)對(duì)分布數(shù)列的代表性。

所以說(shuō)中位數(shù)比平均數(shù)更不受極端值的影響，更能代表分布數(shù)列的中間值。

時(shí)間戳的運(yùn)行機(jī)制就是兩個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生間隔中所有交易進(jìn)行Hash運(yùn)算，加蓋時(shí)間戳，我們就得到了一個(gè)按時(shí)間序列產(chǎn)生的交易記錄了，這就是區(qū)塊鏈。

工作量證明，就是俗稱的“挖礦”。一來(lái)浪費(fèi)電力，二來(lái)浪費(fèi)算力，并且比特幣并不是挖礦挖出來(lái)的貨幣，那么為什么還需要挖礦呢？

試想，有一筆交易產(chǎn)生了，并廣播給全網(wǎng)，現(xiàn)在A、B、C三個(gè)人都收到了這個(gè)交易信息，都可以對(duì)交易進(jìn)行加蓋時(shí)間戳，然后打包區(qū)塊到鏈上去。但是每個(gè)人接受到的交易信息不一樣，并且接受的時(shí)間也不一樣，那么產(chǎn)生的區(qū)塊hash就千差萬(wàn)別。所以此時(shí)需要一個(gè)共識(shí)機(jī)制，在全網(wǎng)達(dá)成共識(shí)，就需要引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。就如同長(zhǎng)跑一樣，誰(shuí)第一個(gè)撞線，就給誰(shuí)記賬（加蓋時(shí)間戳、打包區(qū)塊）的權(quán)利。那怎么樣制造一個(gè)所有人都參與長(zhǎng)跑的場(chǎng)景呢，工作量證明（Proof-of-Work）機(jī)制就來(lái)了。

白皮書(shū)里定義了如何工作量證明，即借用CPU的算力進(jìn)行窮舉法，有概率性的碰撞出所需要的值，比如一串開(kāi)頭有N個(gè)0的hash值。這個(gè)過(guò)程是需要付出算力且耗時(shí)的，CPU算力的不同，A、B、C三人就有先后順序了，第一個(gè)滿足要求的人擁有下一個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)，這樣就達(dá)成了共識(shí)。

此時(shí)再試想，如果A、B、C中三人B通過(guò)工作量證明脫穎而出，拿到了記賬權(quán)，如果他這時(shí)篡改交易記錄或者惡意構(gòu)造交易實(shí)現(xiàn)雙花怎么辦？

由于有POW機(jī)制的存在，B拿到了記賬權(quán)，同時(shí)他付出了電力成本、CPU算力成本，并且篡改比特幣的某一筆交易，需要連帶修改之后所有交易，其帶來(lái)更大成本支出。當(dāng)作惡成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于篡改記錄所得的利益時(shí)，就如同花100塊錢的成本為了賺1塊錢，他還會(huì)選擇作惡么？

工作量證明機(jī)制簡(jiǎn)單來(lái)講就是提升了作惡的成本，讓作惡的投入產(chǎn)出比低于做誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)的投入產(chǎn)出比，這就是中本聰運(yùn)用博弈論的點(diǎn)睛之筆。

另一個(gè)點(diǎn)，工作量證明的難度是隨著時(shí)間而變化的，如果區(qū)塊的產(chǎn)生速度過(guò)快，難度就會(huì)提升，從最初的CPU到GPU到礦池，挖礦成本一直在增加，難度是越來(lái)越大。所以日漸突出的一個(gè)問(wèn)題就是，越來(lái)越多的普通CPU用戶成為吃瓜群眾，超大算力的CPU被礦池占據(jù)，不免讓人擔(dān)心純POW的共識(shí)機(jī)制還能否繼續(xù)完美保證比特幣系統(tǒng)運(yùn)行下去。所以后來(lái)也出現(xiàn)了像股權(quán)證明機(jī)制（POS）等新的共識(shí)機(jī)制來(lái)避免算力集中。

前面幾章依次講述了比特幣系統(tǒng)的交易、時(shí)間戳、工作量證明，到這里就講述，比特幣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是怎么運(yùn)行的，交易在網(wǎng)絡(luò)中是怎么流轉(zhuǎn)并打包成區(qū)塊，并形成鏈的。

前面的步驟其實(shí)很好理解，繼續(xù)順著工作量證明之后往下說(shuō)，打包成區(qū)塊后，向全網(wǎng)廣播，不是說(shuō)這個(gè)區(qū)塊在記賬完成就是有效的，還是要經(jīng)過(guò)“多數(shù)人即正義”的驗(yàn)證的，當(dāng)且僅當(dāng)包含在該區(qū)塊中的所有交易都是有效的且之前未存在過(guò)的，其他節(jié)點(diǎn)才認(rèn)同該區(qū)塊的有效性。“所有交易都有效”，“之前未存在過(guò)”這兩點(diǎn)就是指全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證交易和驗(yàn)證時(shí)間戳，占據(jù)絕大多數(shù)都驗(yàn)證通過(guò)后，這個(gè)區(qū)塊方可被承認(rèn)。

全網(wǎng)接受了這個(gè)區(qū)塊之后，接受的方法就是在這個(gè)區(qū)塊末尾制造新區(qū)塊，用以延長(zhǎng)該區(qū)塊。這個(gè)設(shè)計(jì)也很巧妙，目的就是促使生成一條最長(zhǎng)鏈，并且最誠(chéng)實(shí)，最正義，因?yàn)橹挥薪邮芏茸罡叩膮^(qū)塊鏈才會(huì)被延長(zhǎng)。

前面一直說(shuō)工作量證明，直到這里才真正說(shuō)明工作量證明的刺激點(diǎn)，大家伙為什么拼了命的耗電耗時(shí)耗算力地去做呢？因?yàn)橛屑?lì)機(jī)制，只有在去中心化的系統(tǒng)有提供激勵(lì)機(jī)制，才能保證長(zhǎng)久運(yùn)行下去，所謂“從激情開(kāi)始，用利益維持”說(shuō)的就是這個(gè)。

比特幣系統(tǒng)里的激勵(lì)有兩種。一是在“每個(gè)區(qū)塊的第一筆交易進(jìn)行特殊化處理，該交易產(chǎn)生一枚由該區(qū)塊創(chuàng)造者擁有的新的電子貨幣”，這是用來(lái)補(bǔ)貼用于工作量證明的成本；二是交易費(fèi)，“如果某筆交易的輸出值小于輸入值，那么差額就是交易費(fèi)，該交易費(fèi)將被增加到該區(qū)塊的激勵(lì)中”，這是用來(lái)補(bǔ)貼用于交易確認(rèn)所產(chǎn)生的成本。

這個(gè)解決的是存儲(chǔ)問(wèn)題，由于處于比特幣網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)同步全部的交易記錄，這個(gè)體積是在不斷膨脹的。白皮書(shū)提出的解決方案是，使用Merkel Hash Tree方式存儲(chǔ)被消費(fèi)過(guò)的交易信息，只把這個(gè)Tree的Root節(jié)點(diǎn)保存進(jìn)區(qū)塊。而Merkel Hash Tree則由一些IPFS、公共節(jié)點(diǎn)、信任度高的節(jié)點(diǎn)來(lái)保存。同時(shí)如果想回溯交易，只需去對(duì)于的Tree里下載回所有交易記錄即可。

這其實(shí)是回收硬盤空間所帶出來(lái)的問(wèn)題，當(dāng)鏈上的節(jié)點(diǎn)保存的不再是完整的交易鏈信息時(shí)，必須要走一個(gè)簡(jiǎn)化的支付認(rèn)證，這算是折衷方案。

當(dāng)某個(gè)存儲(chǔ)Merkel Hash Tree節(jié)點(diǎn)遭受攻擊或發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)提示用戶下載這個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)保證整條鏈上的交易數(shù)據(jù)是不被篡改的。同時(shí)一些金融機(jī)構(gòu)或著對(duì)全部交易數(shù)據(jù)敏感的節(jié)點(diǎn)會(huì)一直保存下所有的交易記錄，而不進(jìn)行回收硬盤空間的折衷。

這一塊內(nèi)容又是對(duì)交易的一個(gè)補(bǔ)充，同時(shí)它灌輸了一種觀念，比特幣跟現(xiàn)實(shí)貨幣是完全不一樣的，沒(méi)有單位換算，只有差額，價(jià)值的組合和分割完全可以用加減法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

最重要的一點(diǎn)是，明確來(lái)一個(gè)交易（Tx）包含多個(gè)Input和多個(gè)Output。

由于比特幣系統(tǒng)不記戶頭帳，只記錄交易信息，所以每個(gè)人的持有貨幣數(shù)量都是由交易反推的。同理，當(dāng)進(jìn)行一筆交易時(shí)，你需要援引一條甚至多條交易記錄來(lái)湊出你的電子貨幣，所以由多條輸入（Input）。

比特幣系統(tǒng)交易還有一個(gè)特點(diǎn)，每次交易都把錢花光，意思就是Inputs=Outputs，所以輸出一個(gè)是目標(biāo)錢包的交易數(shù)量，另一個(gè)就是找零，找零全部返回付款方。

這個(gè)其實(shí)是大眾很關(guān)心的問(wèn)題，一方面比特幣網(wǎng)絡(luò)說(shuō)是去中心化的，交易全透明的，另一方面又說(shuō)比特幣是匿名交易、不互信的，到底是怎么回事呢？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，比特幣網(wǎng)絡(luò)里沒(méi)有戶頭概念，只有錢包地址，錢包地址是由公鑰hash得來(lái)，在這個(gè)環(huán)節(jié)上錢包公開(kāi)，公鑰匿名。公眾可以看到有一個(gè)錢包地址發(fā)送一筆數(shù)目給另一個(gè)錢包地址，但是沒(méi)有信息能把錢包地址于某個(gè)人聯(lián)系在一起，這樣就保證了用戶的隱私。這就是只看到有交易在發(fā)生，但是不知道是誰(shuí)在交易。

中本聰 《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》
大圣2017《（大魚(yú)）精讀比特幣白皮書(shū)系列（1-6）》
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金曉 《比特幣白皮書(shū) 個(gè)人翻譯+注解》
蔣宏偉 《比特幣的交易-數(shù)字簽名(一)》
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百度百科 《中位數(shù)》