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小赢说：
比特币是近日来资本市场上最火热的投资品种之一。从诞生至今，累计涨幅超过500万倍，也就是说8年前，你花20元买比特币的话，持有到今天你的小目标（赚他一个亿）就实现了。本文将对比特币和区块链技术进行解读。
1. 四年百倍
截止到8月15日，根据比特币交易平台火币网的交易中间价格，1比特币的价格接近人民币3万元。而2013年，我国刚开始有比特币交易时的价格不足300元，四年来比特币的价格涨了100倍。这样的投资回报率秒杀楼市、股市、期市、汇市……
特别是在两个月前爆发的比特币勒索病毒之后，比特币的价格更是蹭蹭往上涨。很多人此时不免感慨“如果上天给我一个再来一次的机会，我会说我要卖掉房子去买比特币！”
当然，至今仍然有很多人并不看好比特币，认为比特币仅仅是一种虚拟货币，和Q币没什么两样，就像很多资产泡沫一样是被炒高的，实际上没有内在价值，到头来还是会一文不值。
去年国家曾经打击过比特币的炒作，价格曾一度回落。但是自去年12月31号外汇管制条例以来，叠加上人民币贬值预期，比特币成为一种资产海外转移的新途径，其价格也屡创新高。为此，央行今年成立了数字货币研究中心，还招了好几个搞区块链的计算机专业人才，开始研究比特币了。
为什么研究数字货币需要招聘计算机专业，且搞过区块链的人才？接下来作为一篇学术文章，小赢为你解答。
2. 区块链是什么？
目前，火爆的比特币、莱特币等虚拟货币背后所使用的技术正是区块链技术。为方便后面理解比特币和区块链原理，首先简单讲两个知识概念作为铺垫。
（1）非对称加密
非对称加密是相对于对称加密而言的，谍战剧中通常采用的是对称加密方式。发报方和收报方都必须持有相同的密钥（通常会是一本书），电文通过密钥翻译成密文，发送给对方，对方再用密钥将密文翻译成电文。对称加密方式缺点是显而易见的，如果被人知道了密钥和加密方法，按照加密方法反着来就能解密。
一直到非对称性加密这种情况才有所改观，非对称加密里面有公钥（publickey）和私钥（privatekey）两个不同的密码，公钥就是可以对全世界公开的密钥，比如你和google通讯，用google给的1024位的公钥加密，送到google那里只有他有对应的私钥，只有他能解密，于是就保证了通讯安全。
（2）数字签名
上面的非对称加密算法可用于数字签名。
举个通俗的例子，例如皇上要传圣旨给将军：“爱卿请于八日夜移师大营”。为防止有人篡改，可以这样：
皇上先把自己的公钥给将军；也可以同时给其他人
把圣旨内容用皇上本人的私钥加密，加密后例如是“e;lakjlaksdj/,v”。
圣旨的内容就是“爱卿请于八日夜移师大营 e;lakjlaksdj/,v”
将军收到圣旨，拿出皇上给的公钥，把后面的密文解密出来，果然一致，将军就知道，这肯定是皇上的圣旨，没有被人篡改过。
这就是数字签名的过程，比萝卜章更有效。
如果皇上还想对内容保密，就把将军的公钥要过来，把签名过得圣旨“爱卿请于八日夜移师大营 e;lakjlaksdj/,v”用将军的公钥加密得到，再发给将军，这样圣旨的内容就只有将军可以解开了。
另外，哈希函数也可以用于数字签名。
哈希函数（Hash Function），也称为散列函数，给定一个输入x，它会算出相应的输出H(x)。哈希函数的主要特征是：
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1. 输入x可以是任意长度的字符串
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2. 输出结果即H(x)的长度是固定的
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3. 如果x=y，那么H(x)=H(y)；如果x与y十分相似，但只要不同，那么H(x)和H(y)会非常不同，没有关联
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4. 免碰撞，即不会出现输入x≠y，但是H(x)=H(y)
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5. 隐匿性，也就是说，对于一个给定的输出结果H(x)，想要逆推出输入x，在计算上是不可能的。
哈希算法的作用主要是用于消息摘要和签名，换句话说，它主要用于对整个消息的完整性进行校验。举个例子，我们登陆邮箱的时候都需要输入密码，那么邮箱的服务商如果明文保存这个密码，那么黑客就很容易窃取大家的密码来登陆，特别不安全。那么服务商就想到了一个方法，使用哈希算法生成一个密码的签名，服务商后台只保存这个签名值。由于哈希算法是不可逆的，那么黑客即便得到这个签名，也丝毫没有用处；而如果你在网站登陆界面上输入你的密码，那么服务商后台就会重新计算一下这个哈希值，与网站中储存的原哈希值进行比对，如果相同，证明你拥有这个账户的密码，那么就会允许你登陆。银行也是如此，银行是万万不敢保存用户密码的原文的，只会保存密码的哈希值而而已。
比特币中采用的椭圆曲线签名算法ECDSA，以及哈希算法HASH。
了解了上述两个基础只是以后，我们就来揭秘比特币和区块链的之间的关系。
（3）比特币的交易过程
比特币其实没有钱包，只有交易账单，整个比特币就是一大堆交易账单,比如：
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账单1 从A转到B 转了XXX比特币
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账单2 从B转到C和D 转了XXX比特币
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账单3 从C转到E 转了XXX比特币
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转账目标账户，就是刚才讲的接收方的一段公钥
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任何人只要下载了客户端都能接收到从比特币成立那一天起的所有账单，所以，只要把所有账单都下载全了自然知道每个账户上应该剩多少钱。大约每10分钟网络中会产生一个新的区块，将10分钟之内产生的新账单进行封装，以在旧的区块链基础上形成新的区块链。
每个账单都是一段数据，你签完了以后会发送到全网，把数据结构逆向成易懂的中文解释如下：
-
{FROM
-
Previous tx: 你要花的这笔钱的那个账单的id， 也就是说，你花的任何一笔钱都应该有人转给你过，需要出示那个账单的id
-
scriptSig: 你对这笔交易的签名，就是把单子用你的私钥做hash（哈希算法生成的值），只有你能做这个hash
-
TO
-
Value: 要发多少
-
scriptPubKey: 对方的公钥，比特币账户就是一段公钥 }
下面是“中本聪”（比特币的发明人）发表的比特币论文中的交易流程示意图。每个比特币拥有者1为了转账给拥有者2，需要出示拥有者0给自己的转账记录，证明自己有钱，并用自己的私钥进行签名。以确保钱不被别人动用。账单会发往全网验证，并记账。
可见，交易过程用到了非对称加密技术、数字签名技术，能够确保交易的安全。但是，这仅仅是比特币交易的基础，为了实现无第三方可信中介、分布式记账方式，还需要确保大家所有的账本是一致的。比特币是如何做到的呢？
3. 去中心化分布式记账系统
比特币采用的共识机制，解决了分布式记账存在的账本不一致的问题。共识机制包括工作量证明机制以及最长链机制。
（1）工作量证明机制
如何解决去中心化记账系统的一致性问题，中本聪设计的比特币区块链通过竞争记账的方式很好的解决了这个问题。
而所谓的竞争记账，就是以每个节点的计算能力即“算力”来竞争记账权的一种机制。在比特币系统中，大约每十分钟进行一轮算力竞赛（算力大小会决定赢得一轮竞争的概率，算力高的节点赢得算力竞争的概率更大），竞赛的胜利者，就获得一次记账的权力，这样在一定时间内，只有竞争的胜利者才能记账并向其他节点同步新增账本信息。同时，每10分钟产生一个区块。
当然这个竞争是需要付出成本的，没有人会在没有利益的情况下去竞争，与此相应的是，比特币区块链系统会对竞争的胜出者给予奖励，这个奖励本身就是比特币。
算力竞争的结果是人人可见人人可验证的。这就是比特币使用的工作量证明机制（proof of work,POW）。
这是如何实现的呢？举个简单的例子，比如说要生产一些玩具，早上起来我给你一些零件，晚上回来，看到需要的玩具摆在桌上，虽然我没有从早到晚盯着你做玩具的过程，我也能确定你确实做了这么多工作。这就是工作量证明简单的理解——通过一个（人人都可以验证的）特定的结果就能确认（竞争的）参与者完成了相应的工作量。
比特币区块链构建了这样一个正向的经济系统，它既是对竞争者的激励，也是货币的发行。从2009年到现在经历了8年的时间，在没有政府、大机构和中心化的组织去推动的情况下，比特币仍然能够自然的生长起来，中本聪构建的这个经济系统是功不可没的。
下图表示的是工作量证明的流程：
比特币网络中任何一个节点，如果想生成一个新的区块并写入区块链，必须解出比特币网络出的工作量证明的迷题。这道题关键的三个要素是工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块决定了这道题的输入数据，难度值决定了这道题的所需要的计算量。和我们上节例子中用到的哈希函数一样，比特币系统中使用的工作量证明函正是SHA256。就是通过举个例子，给定的一个基本的字符串”Hello, world!”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符串后面添加一个叫做nonce的整数值，对变更后（添加nonce)的字符串进行SHA256哈希运算，如果得到的哈希结果（以16进制的形式表示）是以”0000″开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标。我们需要不停的递增nonce值，对得到的新字符串进行SHA256哈希运算。按照这个规则，我们需要经过4251次计算才能找到恰好前4位为0的哈希散列。比特币网络中出的工作量证明的谜题如下图所示：
也就是说，最早将包含交易信息的区块信息的谜题解出的节点，将记录区块，并获得奖励。各个节点为了获得奖励会争相花费大量力气去解谜题，只有解开谜题才能获得奖励。这种技术既能够避免一些黑客或者不诚实节点，来伪造交易历史去谋取私利；又同时实现了货币的发行。
以下是区块的大致结构。区块头中包含了比特币工作量证明的输入字符串，以及交易列表以及区块生成的时间戳。
（2）最长链机制
然而，由于网络延迟的问题，可能会有多个节点建立了区块，并在不同的区块链基础上继续记账，也就是说还是可能存在不一致的问题，这种情况怎么办呢。
最长链机制能够解决这个问题，最长链机制是比特币网络所有节点都遵循的一个协议，所有保存到本地的区块链必须是被本地节点验证通过的最长链，如果本地保存的区块链不同于别的节点发送的区块链，将替换为最长的区块链。这样能够保证算的最快的、产生最早的区块链作为网络共同认可的唯一链，保证了账本的一致性。
4. 比特币的交易过程总结
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交易向全网广播；
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网络中的每个节点都争相对新交易进行记账，封装成区块数据结构
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每个节点争先进行工作量证明
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最先完成工作量证明的节点，将区块数据向全网广播，
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其他节点验证其工作量证明，以及交易的有效性
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其他节点接受该区块，并记录，并在该区块的基础上，制造新的区块以记录新交易，以延长整个区块的链条
可见，中本聪将现有的加密算法、签名算法、工作量证明机制等密码学算法进行了结合，并发明了最长链机制等技术。诞生了一套区块链技术。完美地解决了去中心化分布式记账所需的账本一致性、可靠安全性、避免“双花”问题，这也是比特币经过这么多年经久不衰的原因。
5. 比特币&专利
可以看到，支撑比特币如此火热、对经济社会产生如此大的影响的原因，是因为集成了众多优秀的科学技术，优秀技术，当然也有大量的专利来对其进行保护。
从比特币相关的专利申请量看（下图），2013年后，伴随着比特币的火爆，专利申请也爆发式增长。这主要得益于各国政府开始转变对比特币的态度，开始接纳比特币的合法地位，以及传统银行主导的中心化记账方式暴露出弊端。
2013年德国率先正式承认比特币的合法“货币”地位，随后在多个国家比特币的合法性逐渐得到认可，比特币开始受到广泛追捧、价格开始上涨；塞浦路斯冻结银行转账业务造成的恐慌进一步推动了比特币价格的上涨。在这种背景下，全球区块链、虚拟货币相关产业技术的研发热情自2013年开始也得到了爆发式的增长。
世界范围来看，美国作为比特币技术的起源地当然还是比特币专利申请的主力军。来看一张各国比特币专利申请量的图。
虽然美国申请量稳居第一，但我国的技术创新热情也非常地高涨，专利申请量紧随美国之后。可以看出在比特币这项新兴技术上，国内公司未来也会大有可为呀。
再来看看国内都有哪些公司在比特币领域进行专利申请。
可以看出，国内专利申请量较大的公司多为创业型公司。经过简单查询就可以发现，公司的专利申请量与其规模基本上是互相匹配的。
申请量靠前的几家国内公司以提供区块链基础技术服务为主，诸如排名1、2、5、6、8位布比网络技术有限公司、江苏通付盾科技有限公司、杭州复杂美科技有限公司、杭州云象网络技术有限公司、深圳淘淘谷信息技术有限公司等，这类创业公司均得到大量风险投资机构的追捧，其产品提供给了诸如阿里巴巴、美的、国有银行等金融、制造行业的客户，用于构建低成本、安全可靠的数字资产记账系统。
其中，排名第一的布比网络技术有限公司是一家区块链服务商，专注于区块链技术和产品的创新，向客户提供高性能的区块链基础服务平台。其产品应用于数字资产、股权债券、数据安全等领域。评选为2016年钛媒体评选的年度金融科技公司。
比特币行业中涉及比特币挖矿运算设备的公司，也积极地投入研发力量，诸如在挖矿运算设备方面保持全球范围内领先的比特大陆公司。
6. 结 语
2009年诞生于美国的区块链技术，以比特币为载体，凭借以P2P技术为基础，结合非对称加密、数字签名、工作量认证等信息安全技术的记账系统。在不需要第三方可信中介参与的情况下，该技术解决了数字货币的可靠、安全交易和记录，避免数字货币的双花问题。除了数字货币领域，区块链在数字货币、众筹、清算结算与审计、智能合约、版权与许可、公证等领域也具有广阔的应用前景，目前全球各国都加大了对区块链技术的研究，全球区块链技术开发也呈现在蓬勃之势。
随着比特币的火爆，比特币近期快速上涨（一个半月暴涨了40%！），和区块链相关的A股股票近来也频频涨停。在6月初已经写完本文的小赢正在后悔为什么当时没有买入比特币（但当听今天的新闻说2010年有位美国的老兄用了2万比特币换了一个匹萨的以后，小赢感觉释然了好多）。
比特币未来是会涨、还是会跌，小赢真的无法预测，因为真的是有太多的未知因素：首先，比特币未来是否会被世界认可，成为公认的数字货币，是未知的。除了比特币之外，还有莱特比等各种数字货币存在，难说哪个会成为法定货币。
其次，就算比特币成为了公认的货币。也有很多的未知因素，其中最大的未知因素就是比特币的总量一定。比特币的总量与世界黄金储量一样，都是有限的（比特币总量被设计为2100万枚），大约到2140年的时候，世界上所有的比特币都将被挖出，在世界上流通，保持总量一定。有人会说，货币量一定的情况下，随着世界国民生产总值的提高，单枚比特币所代表的价值是在不断增加的呀，处于一种通货紧缩的状态，兑换人民币的汇率必然是升值的呀，还是应该买！买！买！然而，如前文所说，竞争算力以获得挖矿奖励是保证记账安全、不被黑客篡改、攻击的有效方式。当到达比特币上限以后，如果挖矿得不到奖励的话，哪儿还会有人愿意去竞争挖矿呢，如何保证去中心化的记账安全呢？
所以，比特币的未来还是未知的，拭目以待！在遭遇连续的爆炒以后，小赢必须提醒自己和大家一句：
比特币和股市均有风险，投资需谨慎！
本文作者： 审协北京中心医药部 李安
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责任编辑：张 丹 | 编辑：刘 鹤 胡 延
参考文献：
[1] 百度百科. 区块链
[2] 中国区块链技术和产业发展论坛. 中国区块链技术和应用发展白皮书[J]. 2016.
[3] 国务院. “十三五”国家信息化规划[M]. 2016.
[4] 张健. 区块链，定义未来金融与经济新格局[M]. 北京：机械工业出版社，2016：206-296.
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