比特币用区块链解决了什么问题？-掘金网

1. 比特币想解决什么问题？

整个区块链革命起源于2008年中本聪（Satoshi Nakamoto）的一篇公开论文：《Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（比特币：一个点对点的电子现金系统），它解决了一个长久以来难解的问题：在一个不依赖信任中心的环境下，完成点对点的现金转帐。在2008年的金融环境，我们早已可透过银行进行转帐，即时地将现金由A帐户转到B帐户，银行会将A帐户的钱扣掉，并同时将钱加到B帐户上，整个过程没有实体钞票，全都是电子数位化处里，这样的数位资产转移基本上都没有问题，但若我们加了一个条件后，数位资产转移的问题就难解了，这个条件就是：不依赖信任中心。也就是说：目前金融体系的现金转帐之所以能够完成，是架构在有双方都信任的银行在中间进行查核确认及帐务更新。一个“ 不依赖信任中心 ”的环境，我们也称之为“ 去中心化 ” （Decentralized）的环境，所以简单讲，中本聪要解决的命题就是：在一个去中心化的环境，解决彼此信任的问题，以完成点对点的现金转帐。最后中本聪很巧妙的用了区块链来解决，所以区块链的诞生，是为了解决去中心化的命题，去中心化是区块链场景中最核心的条件，虽非必要但大多数是如此。

中本聪要解决的命题就是：在一个去中心化的环境，解决彼此信任的问题，以完成点对点的现金转帐。

2. 以云梯车为例，谈了解命题的重要性

在说明去中心化命题为何难解之前，我们先将区块链视为解决此命题的一种特殊资料库系统，对照一个日常生活的例子，来看看了解命题的重要性：

解决高楼救灾-->云梯车
（但不代表云梯车只能解决高楼救灾，例如：森林大火时，也可利用云梯车从高处洒水。）

云梯车是一种较昂贵的特殊消防车，一开始是为了解决高楼救灾而生。

问题一：一个负责平房区救灾的消防队，会需要购置云梯车吗？

对照区块链解决的命题：

解决去中心化命题-->区块链
（但不代表区块链只能解决去中心化的命题。）

区块链可视为一种较复杂的特殊资料库系统，一开始是为了解决去中心化命题而生。

问题二：在一个有双方都信任的中心的环境下，会需要建区块链吗？

一般来说，这两个问题的答案都是否定的。

车-->载人载物（例如：载消防队员、载水）
消防车-->救灾
云梯车-->高楼救灾

当然我们也可以不管有没有高楼大厦，发生火灾时就派云梯车去，反正云梯车也是一种消防车，甚至我们还可以说，云梯车也是车，连派员去摘除民宅蜂窝时，也可派云梯车载消防队员去，也就是说云梯车同时具备一般消防车及车的功能，若我们只将它当成一般消防车或车来用，也不是不行，但浪费且没有必要。这点对照到区块链：若我们只将区块链当成一般资料库来用，也不是不行，只是浪费且没有必要。

其实光了解中本聪用区块链解决了什么问题，我们就可以否决一大半想使用区块链的场景。先看看云梯车的例子：

以一般消防车救灾没什么问题，而只想用云梯车取代一般消防车，这样的场景多半是没有必要的。（除非是预见未来平房会改建成高楼大厦）

对照区块链是：

以现有资料库系统运作没什么问题，而只想用区块链取代现有资料库系统，这样的场景多半是没有必要的。（除非是规画未来会变成或结合去中心化的环境。）

云梯车这个例子在后续文章还会提到，是希望藉由这个简单的譬喻，协助大家判断那些场景适合用区块链；那些用区块链的场景是真的有必要的；那些是为了用区块链而区块链，其实用到的只是区块链做为一个资料库系统本该有的基本功能。

3. 双重支付（DOUBLE-SPENDING）问题

“双重支付” 是指一笔资产支付给两个以上的人。前面提到我们在透过银行转帐，可以即时地将现金由A帐户转到B帐户，是因为我们信任在中间运作的银行，而银行在这中间必须具备两个重要的功能：

确认资产权：确认资产所有权和使用权，以避免资产被双重支付
记帐：调整帐务

例如：我在A帐户有100元，查帐时可以看到这100元的数字，若我透过银行将这100元转帐到B帐户，银行首先要确认我的帐户有这100元（所有权）且当下可以使用（使用权），再将它从A帐户中扣掉，并同时在B帐户上加上这100元，这整个数位资产转移就像一个纯数字游戏，之所以可以无误的执行，是因为银行可以确认我在转帐的当下拥有资产权，才能针对这100元做资产转移及帐务调整。因为数位化资产及流程是可以不断复制的，不像实体资产，你有一张一百元钞票，将它给了谁就是谁的，所以要确认数位化资产权（亦即避免数位化资产被双重支付）是数位资产转移一定要设法解决的问题。在中心化的环境下，银行的存在就可以解决这个问题，但若没有一个信任中心，要如何来确认资产权及记帐呢？又由谁来做担任这样的工作呢？中本聪的解答是：由全世界所有愿意参与确认资产权及记帐的人来共同维护一个公开帐本，让每个参与者都保有一份备份，并利用一个巧妙的共识机制来达成帐本的一致性，而这些”愿意参与确认资产权及记帐的人”就是所谓的”矿工”（miner）。矿工之所以愿意参与，是因为有系统奖励机制：大家来抢记帐权，抢到的人有新的比特币以资奖励。将经济激励放入整个体系，让系统得以运作，这是中本聪的神妙之举，非常令人赞叹。

由全世界所有愿意参与确认资产权及记帐的人来共同维护一个公开帐本，让每个参与者都保有一份备份，并利用一个巧妙的共识机制来达成帐本的一致性，而这些”愿意参与确认资产权及记帐的人” 就是所谓的”矿工”（miner）。

矿工之所以愿意参与，是因为有系统奖励机制：大家来抢记帐权，抢到的人有新的比特币以资奖励。

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4. 比特币共识机制的关键技术：工作量证明（POW：PROOF OF WORK）

我们避免提到太艰深的技术问题，但有一个名词是需要特别说明一下，就是”共识机制”。共识机制是中本聪解决此命题的突破点，而比特币共识机制的关键技术是” 工作量证明”。“工作量证明”最早是在一篇用它来解决垃圾电子邮件的论文中提出的，整个运作大致是：寄信者要先计算一个有一定难度的随机数学题（这里的“难度”并不是指题目本身很难，而是像猜乐透一样要猜中很难），而收信者只接受有附上解答的邮件，也就是藉由增加发邮件的工作量来减少垃圾邮件。

举例来说，我们可以用”找质数” 来当一个有一定难度的随机数学题，例如：找出最接近10^32 的质数（只能用纯运算，不能用查表法），因为发信者一定要实际运算算出解答，才能成功让这封信被对方收到，所以能解出来就证明他确实有在工作，而数学题的解答就是它的”工作量证明”。以往一秒就可以发出上万封垃圾邮件，但要在每封邮件上附有”工作量证明”，就必须独立对每封邮件进行额外的运算，发垃圾邮件的成本会提高许多，也因此可以减少垃圾邮件。但其实这样的机制现今并未被大家所采用，而这篇论文之所以可能名传千古，是因为中本聪发现可以用它来完成共识机制，它就成为解决几十年来未解难题的最后一块拼图。

数学题的解答就是它的”工作量证明”

5. 挖矿& 矿工

前面提到共识机制包含矿工争取记帐权的竞赛，参与这样的竞赛就是我们所称的“挖矿”（mining），得到记帐权（亦即“挖到矿”）的矿工可以得到新的比特币以资奖励，那要怎样来决定谁取得记帐权呢？中本聪就是用”工作量证明”，基本概念是：每10 分钟进行一轮竞赛，最先拿出工作量证明（即随机数学题的解答）的矿工就是赢家，可以取得这轮记帐权及新比特币奖励。每轮的随机数学题也设计的相当精巧，有以下3个特性：

解答非常随机且没有规律性，但基本上使用越多运算力越有机会解出。
要解题很难，但要验证答案是否正确非常容易且快速，所以一旦有一位矿工提出其工作量证明（即宣称其挖到矿），其他矿工可以很快的验证其正确性，并达成共识以投入下一轮竞赛。
题目的难度会适时调整，大约每两周调整一次，以维持约每10分钟能完成一轮竞赛，亦即约每10分钟就会有矿工成功挖到矿。

基本上矿工提供的运算力越多就越容易挖到矿，这就是我们常听到的：拥有越大算力的矿工越有机会成为赢家。至于每一轮能取得的新比特币奖励，从2009年比特币上线时的50元比特币，约每4年减半一次，目前（2018年）是12.5元比特币。按这样的减速，系统将在2140年后就没有挖矿奖励（但仍会有记帐的交易手续费），也就没有新的比特币产生，依此规则可得到比特币最大的总量约2100万，这也就是大家所说的：比特币总量固定。中本聪做这样的设计是有其背后的意义，这点我们将在之后的文章中再说明。

每10分钟进行一轮竞赛，最先拿出工作量证明（即随机数学题的解答）的矿工就是赢家，可以取得这轮记帐权及新比特币奖励。

6. 共识机制演算法（ALGORITHM）

“演算法”是解决特定问题的一序列明确步骤或程序，简单讲就是一个特定问题的具体解法，例如前面提到的“工作量证明”就是一个解决共识机制的方法，也就是一种“共识机制演算法”。在“工作量证明”演算法中，矿工解题纯粹只是为了证明自己有在工作（即为了提出“工作量证明”），解出来的答案其实是没有任何实际效用的，也就是挖比特币所做的大量运算大多并不是为了确认身分（如验证数位签章）、记帐或计算金额等有意义的运算，这点在坊间很多文章都有所误解，常认为挖矿是为了做复杂的加密保护等有意义的运算，而这样的误解会造成大家误以为只要用了区块链，大量耗能的运算好像就无法避免，事实上只要用不同的“证明”（Proof）方式，也就是采用不同的”共识机制演算法”，是有机会达成不耗大量运算而完成共识机制的，例如”权益证明”（PoS：Proof of Stake）演算法，不同共识机制演算法的比较后续会再介绍。

7. 公开帐本：区块链

中本聪利用“工作量证明”设计了一个共识机制，让矿工参与每10分钟一轮的争取记帐权竞赛，挖到矿的矿工会将其产生的新帐本（里面包含此矿工于这段时间内收集到且确认过资产权的所有新交易资讯）组成一个“区块”（block），链结（chain）到原有的大帐本的后面，区块中含有一些得以确保其顺序及内容不被篡改的栏位，这样一个个循序链结起来的公开帐本，就是一个我们所称的“ 区块链 ”（block-chain）。

挖到矿的矿工会将其产生的新帐本（里面包含此矿工于这段时间内收集到且确认过资产权的所有新交易资讯）组成一个“区块”（block），链结（chain ）到原有的大帐本的后面，区块中含有一些得以确保其顺序及内容不被篡改的栏位，这样一个个循序链结起来的公开帐本，就是一个我们所称的“区块链 ”（block-chain）。

8. 脚本（SCRIPT）& 智能合约（SMART CONTRACT）

前面提过矿工要负责“确认资产权”的工作，而有些资产权确认的场景是比较复杂的，例如：要两个人都同意才能使用此资产，或此资产要锁定7天后才会支付。如此弹性的资产权确认中本聪也考虑到了，他做了一个很前瞻的设计：将矿工要确认的工作，以“脚本” （script）形式置于交易资讯中。我们可以这样想：在交易资讯中塞了一段功能有限的小程序，让矿工执行这段小程序来完成“确认资产权”的工作。比特币这种“将程序加入交易资料栏位”的概念，也为区块链开启了另一番更为广大的应用天地，以太坊（Ethereum）就是基于这样的思路，将所谓的“智能合约”加入以太坊区块链，关于以太坊及“智能合约”以后会再详细说明，这里我们可以简单将“智能合约”视为一段可在区块链上运行的程序。”程序”赋予了区块链生命，让区块链不再只是静态的资讯储存，而是一个可以依程序动态运作的有机体。

比特币这种“将程序加入交易资料栏位” 的概念，也为区块链开启了另一番更为广大的应用天地，以太坊（Ethereum）就是基于这样的思路，将所谓的“智能合约” 加入以太坊区块链

9. 去中心化应用程序（DAPP）

类似于Google的Android平台，程序带来了平台上各种应用的可能性，让平台提供的不只是系统的基本功能，还可让所有开发者在这平台上撰写各式各样的应用程序（APP ），而在以太坊上开发的应用程序称为一个DAPP （Decentralized APP)。以太坊这样一个运行智能合约的平台，让区块链的发展得以从支付等金融领域，走向百花齐放的各行各业应用。

在以太坊上开发的应用程序称为一个DAPP （Decentralized APP)

10. 加密货币首次发行（ICO）

另外值得一提的是，以太坊也是所谓ICO（Initial Coin Offerings，加密货币首次发行）的平台，目前超过90%的ICO是在以太坊上进行的，后续我们会针对ICO做专文说明，我们现在只要有个概念：任何人都可以在以太坊上撰写一些程序（即智能合约），将众筹（群众募资）相关规则写成智能合约，透过以太坊上发行新的加密货币以换得创业资金（通常是比特币或以太币），这整个自动化募资过程就是ICO，类似于股票的IPO（Initial Public Offerings，股票首次公开发行），但过程简单许多，募集时间也快很多，也因此成为许多新创公司募资的管道。然而近来ICO被过度滥用，恶质ICO项目充斥市面，造成新的金融乱象，后续我们会有专文教大家如何合理评估ICO项目，降低误触地雷的机会。

任何人都可以在以太坊上撰写一些程序（即智能合约），将众筹（群众募资）相关规则写成智能合约，透过以太坊上发行新的加密货币以换得创业资金（通常是比特币或以太币），这整个自动化募资过程就是ICO

11. 神秘的天才：中本聪

中本聪从未透露其真实身分，至今没有人知道他的谁。据维基百科记载：2009年，他发布了首个比特币软体，并正式启动了比特币金融系统。2010年，他逐渐淡出并将专案移交给比特币社群的其他成员。… 2010年12月5日，在维基解密泄露美国外交电报事件期间，比特币社群呼吁维基解密接受比特币捐款以打破金融封锁。中本聪表示坚决反对，认为比特币还在摇篮中，禁不起冲突和争议。七天后的12月12日，他在比特币论坛中发表了最后一篇文章，提及了最新版本软体中的一些小问题，随后不再露面，电子邮件通讯也逐渐终止。自此中本聪便销声匿迹，媒体上时不时有关于他身分猜测的新闻，甚至有位澳洲商人自称自己就是中本聪，然而以中本聪对加密学的了解及关注，以及区块链精妙设计所透漏出来的博学多闻，要说中本聪不是位学者而是位商人，我还真不太相信。

12. 天才带来新的希望

回到2008年，当人们对世界金融秩序感到失望甚至绝望的时候，就会有个天才蹦出来为大家带来新的希望。比特币所创造的不只是一种加密货币，而是对整个旧有金融政经体系的反扑，它已稳稳地运行了将近10年的时间，所衍生出来的区块链应用也如火如荼地在各处开花，人们对新金融秩序的信心越亦充足。关于中本聪用比特币解决了什么问题？区块链和比特币带给人类社会什么影响？这牵涉范围就大了，包含经济政治社会及哲学等，而且见仁见智，有很多思考点及讨论空间，也因此为大众带来了一些新的可能性，我们将在后续文章中提出一些看法，敬请期待，也欢迎有兴趣的读者一同参与交流讨论。