区块链技术解析:从第一代到第三代

第1章第一代区块链与比特币

2008年11月1日,中本聪在论文“Bitcoin:A Peer-To-Peer Electronic CashSystem”中首次提出比特币的概念，区块链是比特币的技术层面实现。比特币是一种数字货币，与其他传统货币不同，比特币是一种对等网络（peer to peer，P2P）的数字货币。P2P最早可以追溯到2003年左右的比特流（BitTorrent，BT）下载，当时很多使用BT下载的用户并不了解P2P技术的细节，但在使用BT下载的过程中，发现这是一种与之前截然不同的下载方式。之前用户都是在指定的网站通过指定的网址下载，下载速度取决于用户与指定网站之间的连接速度和带宽。而BT下载则是用户仅下载一个很小的种子文件（几千字节，甚至几百字节），该种子文件将完整的下载内容分成多个“小块”，拥有相同种子文件的众多用户之间互相传输内容，即：将自己拥有的“小块”传输给其他用户，同时又从其他用户那里下载自己没有的“小块”。这样的下载方式使得各个用户之间是对等的，并没有一个固定的网站来提供所谓的“中心化”下载，并且参与BT下载的用户越多，用户下载的速度越快，甚至可以逼近用户带宽的理论下载上限。这种BT下载就是P2P技术的一种典型应用，在P2P中，所有节点都是对等的，并没有一个“中心”来协调和控制各个节点，因此它是一种去中心化的系统。

比特币是一种点对点形式的数字货币，因此，就是一个去中心化的交易系统，去中心化意味着比特币不依靠中心机构发行，比特币通过大量的计算（俗称挖矿）产生并发行，分布在P2P中的各个节点通过共识算法来确认和记录比特币的交易，并且通过加密算法来保证比特币在流通过程中的安全性。比特币所运用的加密算法及其本身的去中心化特性可以避免人为产生过多比特币进而操纵币值。比特币基于加密算法设计出的公私钥对使非持币者无法盗用比特币，也同时保证了比特币持有者在比特币交易过程中的匿名性。传统货币都是无限的，由中心机构根据市场情况发行，但是比特币在其诞生之初就规定了其数量是有限的，具有极强的稀缺性[2]。

比特币的主要特征如下。

（1）去中心化。比特币网络由分布在全世界的各个节点组成，这些节点是平等的，没有凌驾于其他节点的中心节点，这种去中心化网络的设计保证了比特币的安全和自由。

（2）全世界流通。比特币网络中的节点可以处在全世界的任意一个地方，只要电脑连上网络，就可以随时随地进行比特币交易。

（3）专属所有权。每个比特币持有者都有专属于自己账户的私钥，私钥不为其他人所知道，拥有私钥就可以进行比特币交易，需要妥善保存。

（4）低交易费用。比特币的交易可以是免费的，但是我们最好在进行交易时给矿工一些额外的交易费（比如1比特分），使交易更快得到确认。

（5）无隐藏成本。比特币在进行转账时只需要对方的账户地址即可，无须复杂操作和额度限制。

(6)跨平台挖掘。比特币需要通过挖矿来发行，矿工可以在众多计算平台上进行挖掘。

1.1为什么要有区块链？

为了对区块链有一个完整的、准确的认知，我们要解决的第一个根本性的问题就是：为什么需要区块链？这个问题需要从区块链本身的性质上去寻找答案。说到底，区块链并不是实物，而是一种新的记载、传输信息的工具。那么我们需要搞清楚以下三个问题[3]。

（1）人类为什么需要传输、存储信息？

(2)在区块链产生之前，人类的信息记载、传输技术是什么样子的?经历过哪些转变?

（3）区块链对人类传输、存储信息的需求有哪些贡献？与以往的技术相比，又具有哪些缺陷?

1.1.1人类需要传输、存储信息的原因

首先，对于地球上多种多样的动物，它们之间是存在信息传递的，例如，海豚通过脉冲波进行交流，蜜蜂通过空中舞蹈进行沟通，蚂蚁使用触角间的信息素化学物质来传递信息。但是它们之间信息交流的深度，远远不及人类。人类的语言不仅发展出了众多的词汇和各种精妙的表达法，更拥有汗牛充栋的书籍和影音记录。

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