比特币原理探究

首都经济贸易大学信息学院

课程名称互联网金融

结业作业

姓 名： 卢杰

学 号： [1**********]

日 期： 2015-6-7

首都经济贸易大学信息学院计算机系制

互联网金融——比特币

绪论——比特币是什么

比特币（Bitcoin，缩写BTC）是一种总量恒定2100万的数字货币，和互联网一样具有去中心化、全球化、匿名性等特性。向地球另一端转账比特币，就像发送电子邮件一样简单，低成本，无任何限制。比特币因此被用于跨境贸易、支付、汇款等领域。

比特币由于广阔的前景和巨大的遐想空间，自2009年诞生后价格持续上涨，2011年币价达到1美元，2013年最高达到1200美元，超过1盎司黄金价格，有“数字黄金”的美称（目前币价约450美元）。

比特币始于2008年神秘人物中本聪（Satoshi Nakamoto）的论文《比特币始于2008年神秘人物中本聪（Satoshi Nakamoto）的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统（中文版）》。在诞生后的六年里，比特币作为一种前所未有的新型货币，经历了无数的市场考验和技术攻击，始终屹立不倒。现在比特币已成长为一个在全球有着数百万用户，数万商家接受付款，市值最高达百亿美元的货币系统。 比特币相关企业也吸引了来自上百家著名风险投资基金、公司、个人近十亿美元的风险股权投资，其中不乏传统金融巨头，例如：

Visa、纳斯达克、花旗：《Visa，纳斯达克等巨头投资区块链公司Chain 3000万美元》；

万事达卡（MasterCard）：《万事达卡、纽约人寿保险加入数字货币集团新一轮融资

》；

高盛、IDG资本：《比特币公司Circle获5000万美元融资》；

PayPal联合创始人，eBay联合创始人、高通：《初创比特币公司21获1.16亿美元巨额融资》；

纽约证券交易所（NYSE）：《Coinbase正式完成7500万美元C轮融资》； 雅虎创始人杨致远、李嘉诚旗下风投：《比特币商业交易平台BitPay融资3000万美元，估值达1.6亿美元》等等。

亦有部分风投资金直接购买了比特币，例如在美国FBI对暗网黑市缴获比特币的拍卖中，硅谷最知名的投资人之一Tim Draper（百度，Hotmail，Skype，特斯拉的领投人）斥资2000万美元购买了3.2万个比特币，美国的比特币投资信托基金（Bitcoin Investment Trust）购买了4.8万个比特币等等。

互联网打破了信息传播的地域和国家界限，信息自由极大地促进了人类经济、政治、文化的发展，比特币将进一步打破基于国家界限的金融和价值传播障碍，对全球造成深远的影响。加州大学金融学教授 Bhagwan Chowdhry提名中本聪为诺贝尔经济学奖候选人时做了如下评价：

我强烈建议把此奖项颁发给中本聪。比特币的发明简直可以说是革命性的。

中本聪的贡献不仅将会彻底改变我们对金钱的思考方式，很可能会颠覆央行在货币政策方面所扮演的角色，并且将会破坏如西联这样高成本汇款的服务，彻底消除如Visa，MasterCard和Paypal他们收取2-4%的中间人交易税，消除费事且昂贵的公证和中介服务，事实上它将彻底改变法律合约的方式。

一，比特币合法吗？

1.1、比特币在法律上的定义

目前虽然有部分国家政府认可比特币具有货币属性，但大多数政府不认可比特币是货币，而是将比特币定义为商品，各国政府对比特币的主要观点有： ①美国商品期货交易委员会（CFTC）将比特币定义为大宗商品，与黄金原油小麦的归类一样。

②中国人民银行等五部委联合发布的《关于防范比特币风险的通知》中，禁止金融机构介入比特币，但同时认为：“比特币是一种特定的虚拟商品，不具有与货币等同的法律地位，不能且不应作为货币在市场上流通使用。但是，比特币交易作为一种互联网上的商品买卖行为，普通民众在自担风险的前提下拥有参与的自由。”

③美国纽约金融管理局（NYDFS）颁布BitLicense（比特币许可证），对开展比特币金融交易的企业实行监管。

○4英国海关税务总署（HMRC）认为比特币是一种货币，对比特币交易免征增值税。但瑞典和德国等国家政府则一直都认为，比特币应该作为一种商品来加以对待。欧洲法院（European Court of Justice）最终作出裁决，认为比特币应作为货币加以对待，而不是被视为一种商品，交易比特币不必像交易商品一样缴纳增值税。

因此，比特币不是被政府禁止的非法品，而是一种政府认可的合法商品和投资品，甚至货币。

1.2、比特币是庞氏骗局或传销吗？

比特币交易市场的资金流向类似于股票市场，都是新投资者向不特定的旧投资者购买投资物（比特币或股票），任何新旧投资人都不能确保盈利。

“庞氏骗局”的定义是：用后来的“投资者”的钱回缴给前面的“投资者”当作回报的吸纳资金行为，

“传销”的定义是：通过特定上下线关系拉人头，吸纳并分配资金的行为。

在比特币/股票市场中老人比起新人没有优势，都要靠自己的能力判断涨跌而盈利；而庞氏骗局/传销中老人比起新人有强制优势，老人强制从新人处获取资金。因此虽然比特币/股票市场和庞氏骗局/传销一样，都依赖后来者资金驱动，但比特币市场和股票市场属于同一类别，不是庞氏骗局或传销。很多人其实是把“泡沫”、“传销”、“庞氏骗局”三个完全不同的概念混为一谈。

再说得直白一点，传销上线逢人说的就是保证你赚钱，一个月收益有多少，你交钱了，他就能从你交的钱里抽一部分好处（比如30%~50%）；比特币玩家和你说的是比特币投资风险很大，历史上有三次泡沫后大崩盘，跌掉80%~95%，买了

就要做好归零的准备，你买了他没有任何好处（严格地说如果他持有比特币总量的万分之一，那他有万分之一的好处）。

1.3、某些传销虚拟币和比特币的区别

但需要注意的是，目前互联网上出现了大量由骗子公司控制发行的虚拟币，号称是比特币的模仿改进者，但实际上是传销或庞氏骗局（例如珍宝币、维卡币、摩根币等），或虽然不是纯粹的骗局，但被庄家高度控盘（例如鲨鱼币、谷壳币等）。

这些骗子币与比特币的最大区别在于：比特币不属于任何人或组织，是一个无人控制的，去中心化运行的货币。而这些骗子币有明确的发行方，并被发行方完全控制。骗子币虽然也叫“币”，但和比特币完全是两码事。和开放代码的比特币不同，大部分骗子币都不开放代码，或者干脆连代码都没有，只是网站上的一个数字，发行方想改多少就有多少。

骗子币往往有人卖力发帖推广，一般用上下线拉人头的手段吸纳资金。一个最简单的判断方法是，如果XX币由号称“实力雄厚”的XX公司发行，有着广阔的前景，并保证投资/挖矿收益高，许诺能涨能赚钱，要你花钱购买，那100%是骗子币。

二、比特币是怎么运行的？

从运行上来看，比特币实际上是一个互联网上的去中心化账本。

2.1、中心化账本（银行）

银行是一个中心化账本，账本存储在银行的中心数据库，上面写着：张三的A账号余额3000元，李四的B账号余额2000元。当张三想要通过A账号转账1000元给李四的B账号时：

①张三到银行，向银行提交转账要求。

②银行通过银行卡密码等方式确认张三身份，并检查张三的A账号是否有足够余额。

③检查通过后，银行增加一条转账记录：A账号向B账号转账1000元，

并修改余额：A账号余额=3000-1000=2000元，B账号余额=2000+1000=3000元

2.2、去中心化账本

假设有这样的一个小村庄，大家不是靠银行，而是自己用账本来记录谁有多少钱，每个人的账本上都写着：张三的A账号余额3000元，李四的B账号余额2000元。当张三想要通过A账号转账1000元给李四的B账号时：

①张三大吼一声：大家注意啦，我用A账号给李四的B账号转1000块钱。 ②张三附近的村民听了确实是张三的声音，并且检查张三的A账号是否有足够余额。

③检查通过后，村民往自己的账本上写：A账号向B账号转账1000元，

并修改余额：A账号余额=3000-1000=2000元，B账号余额=2000+1000=3000元。 ④张三附近的村民把转账告诉较远村民，一传十十传百，直到所有人都知道这笔转账，以此保证所有人账本的一致性。

2.3、去中心化账本（比特币）

比特币用户在电脑上运行比特币客户端软件，这样的电脑称为一个节点（node）。

大量节点电脑互相连接，形成一张像蜘蛛网一样的P2P（点对点）网络。 当张三想要通过A账号转账1比特币给李四的B账号时，当张三想要通过A账号转账1比特币给李四的B账号时：

①张三向周围节点广播转账交易要求：A账号转账1比特币给B账号，并用A账号的私钥签名。

（A账号的私钥可简单理解为A账号的密码，只要知道A账号的私钥就能使用A账号上的比特币）

②张三周围的节点通过A账号的公钥检查交易签名的真伪，并且检查张三的A账号是否有足够余额。

③检查通过后，节点往自己的账本上写：A账号向B账号转账1比特币元， 并修改余额：A账号余额=3比特币-1比特币=2比特币，B账号余额=2比特币+1比特币=3比特币。

④节点把这个交易广播给周围的节点，一传十十传百，直到所有节点都收到这笔交易。

比特币的去中心化公开账本称为区块链。这是比特币运行的一个最简化描述，当然比特币的实际运行远比这复杂，我们在后续会对其进行进一步讲解。

2.4、不可复制的比特币

在现实世界里，你给了别人100元钞票，你自己就没有了。但数字世界里的东西都是可复制的，你复制给了别人一个文件，你还有这个文件。

你复制给了别

人100元，你还有100元（这称为双花 double-spending）。这导致在数字世界里的货币必须用中心化方式来管理，比如由银行的中心服务器来管理你的钱。

但比特币解决了这个问题，你给了别人一个比特币，你就没有这个比特币了，如果你试图再付给别人一个比特币，周围的节点会检查你实际上没有比特币了，并拒绝传播你这笔非法支付。比特币的突破之处在于，第一次在数字世界创造了一种即不可复制，又不是中心化的东西。

比特币和电子化的法币是完全不同的东西，比特币是首次出现的，真正的数字货币。网上的法币（支付宝或网银）并不是真正的数字货币，你在网银中的钱，只是现实中钞票的映射，根在现实中，而比特币的根在数字世界中。

比特币是个不可逆发明。什么叫不可逆发明呢？就是它没有的时候也没什么，可它一旦出现，这个世界就无法回到没有它的状态。轮子、下水道、抽水马桶、齿轮、发动机、复印机、互联网、移动电话、传感器、社交软件等等等等，都是这种发明，没出现的时候，没有人会觉得这东西这世界少了什么，可它们一旦出现、一旦被发明，人们就开始用起来，一旦有些人开始用起来，这世界就不再可能缺这些东西，甚至人们会感觉没有它们就寸步难行。

2.5、比特币去中心化的意义

比特币网络由全体比特币用户共同控制，除非绝大部分比特币用户一致同意做出某个改变（例如规则修改或版本升级），否则任何人或组织都无法改变或停止比特币运行。

中心化的问题很多，比如央行不需要经过你的同意，就可以无穷无尽地印钞票，掠夺你的财富；你在银行的钱，实际上不是你的钱，而是银行对你的负债。你并不总能从银行里取出你的钱，银行有可能一天只允许你取60欧元，甚至有可能强制没收你的存款。

虽说私有财产神圣不可侵犯，但人们对此毫无办法。在比特币中这些劣行将不复存在，比特币是一个完全脱离银行，只依靠互联网运行的货币系统，即使是政府执法部门，也无法查封或没收比特币；除非彻底关停互联网，否则也无法封杀比特币网络。在比特币系统里，你能真正掌握你的钱，而不是通过银行间接掌握你的钱，比特币在人类历史上第一次用技术手段保证了私有财产神圣不可侵犯。

三、什么是比特币挖矿，比特币是怎么发行的？

3.1、什么是比特币挖矿

比特币节点互相连接时，会从对方处获取自己没有的交易。但由于比特币长期积累天量的交易，两个节点逐条对照你缺了哪些交易/我缺了哪些交易，是非常困难的事情。

为解决这一难题，中本聪发明了区块链（Block chain）这一重要技术。节点借助区块（block）来同步交易，保证了所有节点数据的统一性，并通过竞争区块打包权（也就是挖矿）的方式，保证了区块链的唯一性。

①区块和区块链

一段时间内的交易打成的一个包称为区块，比特币全网平均每10分钟产生一个区块，每一个区块都链接到上一个区块，依次相连形成区块链。 ②以区块为单位同步交易数据

区块从1开始编号，因此节点A连接节点B后，只要检查双方的区块编号高度，就能方便地同步交易数据。例如节点A自己的区块高度是100，发现节点B的区块高度是110，则只要向B请求同步101~110这10个区块即可。

③打包区块的奖励

为保证有节点打包比特币交易，比特币规则规定：打包交易的节点将获得比特币作为酬劳。

A、打包奖励的一部分来自交易创建者支付的交易手续费（每KB交易大小100~1000聪手续费）。

B、另一部分来自初始2100万个比特币的分发，最开始奖励是每个区块50比特币，之后每经过21万个区块（约4年时间）奖励将减半一次，直到2140年左右区块奖励不足1聪为止，此时区块奖励总和为2100万比特币，这就是比特币2100万总量的来源（准确地说是20999999.97690000个）。

2140年后打包奖励将只来自于交易创建者支付的交易手续费。

④对区块打包权的竞争

节点打包交易只需要消耗很低成本的网络和计算资源，打包奖励的存在（目前每个区块的打包奖励25比特币约为4万元），使得有大量节点想打包交易。为保证区块链的唯一性，比特币规则规定：节点使用类似“扔硬币”的方法争夺交易打包权。节点不断地扔硬币，谁首先扔出符合规则的结果，谁就能获得这个区块的交易打包权，以及这个区块的打包奖励。

⑤竞争交易打包权的方式

“扔硬币”在实现上是计算机做一次哈希（SHA-256）运算，并检查运算结果从第一位开始是否有足够多连续的0（可以简单理解为一次扔256个硬币，然后看从第一个硬币开始是否有足够多的连续硬币正面）。“扔硬币”获胜的唯一诀窍是提高每秒扔硬币的次数，一个每秒能扔100亿次硬币（做100亿次哈希计算）的节点，抢到打包权的概率是每秒扔1亿次硬币节点的100倍。

⑥获胜节点打包交易并广播

一旦有某个节点扔出符合系统规则的硬币结果（例如区块379543的哈希值 [***********]bdeb[1**********]9ea4be876ea7ca4ce70262d3edb8c8b），他就会立即将这段时间搜集到的交易打包成一个区块，附上“扔硬币”的结果、区块序号379543、上一区块关系等附加信息广播出去，其它节点一旦收到区块379543并验证无误，就会停止“扔硬币”抢这一区块，转而在这一区块的基础上开始“扔硬币”抢下一区块379544。

⑦“挖矿”和“矿工”的由来

节点大量进行哈希计算需要计算机设备，并消耗大量电力，这个过程在本质上和金矿挖矿很相似（通过挖矿设备，消耗能源换取黄金）。比特币总量恒定，产量越来越少的产生方式也和黄金很相似。

因此人们形象地将比特币抢打包权的过程称为挖矿（mine），将抢打包权的比特币节点称为矿工（miner）。

3.2、挖矿设备的演变

① CPU：最早的矿工使用CPU进行挖矿，挖矿速度在M级别（1M=1000K=10^6=每秒100万次哈希运算）。

②显卡矿机：显卡有数百个计算核心（流处理器），因此速度相当于数百个CPU，挖矿速度在百M级别。由于ATI和NVIDIA显卡的架构不同，同档次A卡流处理器数量远超过N卡，因此A卡在挖矿上有巨大优势，专业矿工往往用H61B等有6个PCI-E插槽的主板，插上5-6张ATI 7850等高端显卡，组成矿机群挖矿。

③集成电路矿机：随着比特币价格的不断上扬，挖矿越来越有利可图，集成电路矿机随之出现，矿机使用专门设计的，只能做挖矿哈希运算的芯片，因此在挖矿速度和功耗上较CPU和显卡这样的通用计算设备有很大的优势，代价则是除了挖矿和做电暖器以外什么都做不了。CPU和显卡在挖矿产出不够电费被淘汰后，还能当普通电脑用；而矿机被淘汰后，除了少数人有免费电可以继续挖外，就只能当电暖器或报废了。

○4集成电路矿机经FPGA矿机（FPGA：现场可编程门阵列，一种半定制电路）的短暂过渡（速度数百M到G级别，1G=1000M），进化到ASIC矿机（ASIC：专用集成电路）时代，速度亦从G级别逐步进化到T级别（1T=1000G），其每秒能进行万亿次哈希运算，相当于一百万个CPU的计算能力。也就是说目前全球排名第二的天河二号超级计算机如果用于挖矿，其312万个CPU核心的计算能力仅相当于价值几千元的T级别矿机。

⑤ 2013年起比特币价格的飙升，上百万台ASIC矿机的大量部署，使得比特币全网算力目前已达到惊人的435P（1P=1000T），下图为KnCMiner在瑞典的大型矿场。

3.3、比特币挖矿的意义——分发初始比特币

比特币反对者指责挖矿白白消耗了大量资源去做无意义的扔硬币，支持者则举例黄金挖矿也是白白消耗了大量资源去做无意义的挖洞。对于比特币系统而言，这种消耗大量资源挖矿的最大意义在于：公平地分发2100万个初始比特币，就像消耗资源挖黄金一样，消耗资源获挖比特币是唯一公平的分发初始比特币的方式。 比特币由于其代码开源，因此出现了数以千计的抄袭者、竞争者、改进者。通常将只是简单抄袭模仿比特币的称为山寨币，在比特币基础上加入一定新特性的称为竞争币，有的币在比特币基础上加入智能合约等其他功能模块，并自称“二代币”。这些数以千计林林总总的币尝试了所有你能想象得到的初始币分发模式，例如将初始币平均分发给每个冰岛人的冰岛币（Aurcoin），将初始币分发给73个众筹参与人的未来币（Nextcoin），由开发者控制并缓慢分发大部分初始币的瑞波币（XRP）等等。

但所有这些分发初始币的方式，其公平性都远弱于烧钱获取初始比特币的模式，而公平性又是一个货币系统的最核心问题，因此比特币挖矿虽然消耗了大量资源，但和消耗资源挖金矿一样是合理的经济行为。

四、总结

通过了解比特币的工作原理，查阅了大量资料，对于神奇的比特币还是感觉震惊，希望增持比特币普通人还是要谨慎，不要盲目炒比特币，毕竟比特币还是有很多失败的可能。

①比特币是一种存在巨大的遐想空间，争议极大，价格波动也极大的特殊商品。

②比特币很有可能由于各种缺陷，无法达到一定规模进入正循环，最后像世界语一样半死不活。

③不建议普通人投资比特币，目前比特币风险级别属于风险投资，不属于普通人投资领域。如果一定要看好要投资，请确保充分了解比特币，使用闲钱投资，并做好损失95%本金的心理准备。

④策略上建议做长期小额定投，小额定投时币价高买入的币数就自动变少，币价低买入的币数就自动变多，这被历史证明是风险最小的策略。即使运气差到在三次泡沫顶峰才开始小额定投，但由于牛短熊长，短期少量的高价币成本很快被后续长期便宜币摊平，因此都不会被套太久。进一步的数据论证，建议读读这篇文章《比特币定投的可行性检验》。

如果有稳定的资产收益（比如信托基金利息、房屋房租、股权分红），那用收益定期买入是最理想的策略——这种投资的心理负担最小，就算遇到像32美元到2美元的归零暴跌，也拿得住。按历史战绩看，“利息”买入的比特币，价值已经远远超过了“本金”。

⑤时间上建议做至少数年的长线投资，短线玩波段甚至玩杠杆期货的“高手”绝大部分死得很惨。特别强调一点：看好比特币的死忠，一定不要玩杠杆期货。投机中务必做到无情无义，对投机标的好感会严重影响对交易趋势的判断，最后在某次暴跌中彻底爆仓几乎是必然事件。死忠适合做现货抄底，即使是32美元到2美元的深跌，由于对比特币了解深刻，也不会被轻易洗出。