① 關於比特幣的謎題（完結）
你可曾想過： 為什麼礦機算力越大越好？（既然是解數學題那為什麼不是拼誰的演算法厲害啊喂！） 比特幣的數量總和為什麼是2100萬？ 比特幣盜竊是怎麼回事？ 我不玩比特幣，就真的與比特幣無關了嗎…… 🤔️
關於大眾不再感到陌生的比特幣，背後還有許多巧妙之處。本文介紹了比特幣的基本原理和主要原則，並結合對部分技術細節的剖析，來對上述的一些疑問作出解答。全文較長，約7000字，閱讀時間約為22分鍾，建議收藏後閱讀😁
文章可以分成以下幾個部分：
* 比特幣先驗知識
-- 密碼學相關
-- 比特幣重要概念
* 交易的生命周期
* 區塊鏈的構成
* 區塊鏈的生長
-- 「挖礦」的數學本質
-- 「礦工」的收益
* 比特幣的共識機制
-- 比特幣的去中心化共識
-- 「最長鏈優先」原則
* 比特幣安全性
比特幣作為第一個去中心化的數字貨幣，其設計中運用了不少的密碼學相關知識，主要包括非對稱加密技術、哈希函數等等。理解這些密碼學知識，能幫助我們更好地理解比特幣中的一些概念及規則。
以下是比特幣的一些定義及概念解說，了解過的小夥伴們可以直接跳過～
在比特幣這個創新的支付網路中，一個交易的生命周期大概可以分為幾個階段：創建、傳播和被驗證交織、被打包進區塊記錄到區塊鏈中、獲得更多的確認。圖1對這幾個階段做出了示意。
註：
1⃣️一個支付方A在發起一個比特幣交易時，會使用自己的私鑰對交易信息的哈希值進行簽名。因此A向全網廣播的內容除了交易信息之外，還有自己的公鑰信息、對消息的簽名。其他礦工只要利用A的公鑰即可對這個交易進行驗證，判斷是否真的由A創建。
2⃣️」交易傳播和交易驗證「交替意味著 各個節點基於一定的規則獨立驗證每個交易（共識基礎1） , 一個節點只有認為這個交易有效才會把它繼續傳播出去。
比特幣的底層技術是區塊鏈。區塊鏈系統是一種分布式共識系統，區塊鏈網路中所有的參與節點將就交易的狀態達成一致。
區塊鏈到底是什麼呢？你可以把它理解成一種分布式的交易的共享賬本，以區塊為基本單位鏈接在一起。交易信息將被整理並打包記錄在區塊中。每一個區塊，包含區塊頭，以及緊跟其後的交易列表。區塊頭包含3個區塊元數據集合：前序區塊哈希(嚴格來說是前序區塊頭哈希，因為只有區塊頭被用於哈希運算)、元數據集（包括難度、時間戳、隨機數等）、一個基於加密哈希來高效概括區塊中所有交易的默克爾樹（merkle tree)。了解這個結構，將幫助我們更好地理解挖礦的數學本質。
你可能聽說過「挖礦」這個詞，或者聽說眾人爭相購買挖礦機器來發家致富。但讓人疑惑的是：都說打包區塊的本質是解數學難題，但單憑那些看似簡陋的機器嗡嗡嗡瘋狂耗費電力，就能確保自己解出比特幣難題的勝率高了嗎？比特幣技術原理中，礦工們解決的數學題，難道是一個暴力破解題？
看了一圈，發現礦工們解決的題，還真有點暴力破解的意思，每次嘗試解題的過程幾乎都是茫茫然、去碰運氣的。拼的是誰足夠幸運，也拼誰算的足夠快；算的快了么，試錯次數多，自然勝算也就大了。
解題的背景是這樣的—— 挖礦節點通過基於工作量證明演算法（Proof-of-Work,POW）的證明運算，獨立將交易匯聚到新區塊中（共識基礎2）。 當礦工從網路中接收到一個新的區塊的時候，他發現自己已經在上一輪競爭中失敗了，所以立即開始新區塊的挖礦過程。為了創建一個新的區塊，他從內存池中選擇交易來填充區塊（加入區塊的第一筆交易是一個「鑄幣交易」，3.2節會給出詳相關細節）。接下來是填充欄位來創建區塊頭（包括前序區塊的區塊頭哈希、交易的默克爾樹（Merkel樹）、時間戳、難度目標值、隨機數），然後開始計算這個新區塊的工作量證明。
這個計算的過程簡單來說是對區塊頭部進行兩次sha256運算，得到一個RESULT，如果這個RESULT滿足特定要求，這個人才能算是算對了、才有權利去記賬。滿足要求的RESULT被稱為「工作量證明」（中本聰論文中稱為「proof of work」）。
關於這個計算過程，強調以下幾點：
第一，區塊頭部，包含了前序區塊頭部的哈希、本區塊交易信息的默克爾樹、時間戳、難度目標值、隨機數等信息（見圖2）。
第二，哈希運算具有「知道y，無法推出使得h(x)=y成立的x」、「即使輸入只改變一點點，輸出也會差很多」、「利用任意長度的數據作為輸入，生成一個固定長度的確定結果」的特性。所以大家也不知道什麼樣子的輸入才能產生自己想要的結果，礦工只能不斷嘗試。
第三，前面說到，區塊頭哈希值需要滿足一個特定要求才能成為工作量證明——小於某一閾值，或者說哈希值含有給定前綴。閾值的大小求和挖礦難度有關：挖礦難度是一個動態參數，其值越大，則閾值越小，說明哈希值符合要求的概率更小，礦工每次計算能成為工作量證明的概率越小。比特幣有一個自我調節過程——通過對現有的挖礦算力情況進行估算，來對應調整挖礦難度，可以保證區塊鏈每十分鍾出一個塊，達到控制發行速度的目的。（這個過程的基本思想類似產品筆試的數據估算題，根據「一個提供、一個需要「的思路去構造一個等式，然後求解等式一邊的一個因子；想了解挖礦難度系統和調整方式的同學可以進一步查閱～）
綜合以上三點來看，為了產生工作量證明，用戶基本上會通過調整隨機數來碰運氣（因為其他欄位基本不變）、進行多次運算直至符合要求，別無他法。如此一看，隨機數就具有「幸運數字」的意味了。因此，平均來講，誰計算的能力越強（嘗試的次數越多），就更有希望打包塊。
你可能會想，礦工這么心甘情願地消耗算力去維護區塊鏈，是受到怎樣的利益驅使呢？簡單來說，礦工的收益來源有二：1、計算出工作量證明，創造一個新區塊所獲得的新幣獎勵；2、記賬礦工費。
當礦工找到工作量證明、打包一個新區塊，並把區塊傳送給他的所有對等節點。 每一個挖礦節點都獨立驗證新區塊、把合格的新區塊整合進區塊鏈（共識基礎3） ，並把這個區塊繼續傳給自己的對等節點。結果是，只有經過驗證的區塊才會在網路當中廣泛傳播，保證了誠實礦工挖出的新區塊能被區塊鏈所接納。挖礦成功的個體節點或集體節點，可以同時獲得新幣獎勵和記賬礦工費。
新幣獎勵類似於貨幣的發行，其遵循規則是，第一個四年每一個新區塊產生50btc，第二個四年每一個新區塊產生25btc，第三個四年每個新區塊產生12.5btc，如此周期指數遞減。按照等比數列求和可知，到2140年，比特幣產生的總和約為21000000（所以說比特幣數量有限，天生緊縮）。屆時，不再隨區塊的產生增加新的比特幣，礦工不再擁有第一項收益。但現實中，由於挖礦成本高昂，挖礦成功的往往是是一個礦池的所有參與者。收益被分給礦池地址，礦池按照組內算力貢獻比例來分攤收益的。
記賬礦工費又稱交易費用，以交易輸入和交易輸出之間的差值的形式存在；一個區塊的總交易費用是對加入區塊的所有交易的（交易輸入-交易輸出）求和。一般來說，礦工費越高的交易，會越快被處理。而礦工費在這里起到兩個作用，一個是獎勵礦工，另一個是防止主鏈濫用（防止大家發送交易垃圾信息，因為提出交易是有一定代價的）。
礦工的收益以什麼樣的形式被驗證呢？這里不得不提到 「鑄幣交易」 。每個計算機節點在進行工作量證明計算之前加入區塊的第一筆交易，正是「鑄幣交易」。這個交易從無到有生成比特幣，其金額是新幣獎勵與記賬礦工費的總和，被支付到挖礦礦工自己的比特幣地址。如果礦工找到了一個工作量證明使區塊有效，他就贏得了這個獎勵，因為他構造的「鑄幣交易」生效了。
關於鑄幣交易和「新幣獎勵」，之前有一個讀者問我：一個礦工把自己挖到新區塊的消息公布出去，他的工作量證明 不會被別人剽竊 嗎？
個人認為，至少「鑄幣交易」能防止這件事情發生。讓我們來重申一下計算工作量證明的過程——一個礦工E在新區塊里加入了獎賞自己的「鑄幣交易」，並利用時間戳、前序區塊頭哈希、隨機數、本區塊交易的merkle樹等信息計算出一個符合要求的工作量證明。
在這個過程中，merkle樹啥樣子，取決於包括「鑄幣交易」在內的本區塊所有交易信息。因此可以把鑄幣交易視為工作量證明的間接變數之一。那麼，即使其他人拿到了E的工作量證明，這個工作量證明也是帶有E的印記的、與獎賞E的鑄幣交易相關的，別人根本無法納為己用。
你還可以通過設想以下的場景來加深對共識基礎2「挖礦節點通過基於工作量證明演算法的證明運算，獨立將交易匯聚到新區塊中」的理解。
為什麼一個挖出新區塊的礦工不悄悄使個心眼，在創建區塊之初就把鑄幣交易的金額設成1000BTC呢？原因在於每個節點都是基於相同的規則來獨立驗證區塊的。礦工必須創建完美的、符合公共規則的、正確依據工作量證明方法的區塊；而一個無效的鑄幣交易會導致整個區塊無效，並被其他節點拒絕，永遠無法成為賬本的一部分。可以預想，為了生成這個工作量證明，礦工們已經投入了巨大的算力和電量去挖礦，如果涉嫌欺詐而被否決，其為挖礦付出成本都付諸東流。
綜上所述，礦工不能冒領他人的獎勵，而拿到獎勵的礦工也必須只能拿取符合規定的數額。
比特幣的卓越之處，在於建立了一種去中心化的自發共識。這種共識是自發產生的，是成千上萬在網路中遵循著共同規則的節點，在非同步交互中形成的，不依賴於任何中央機構的調解和干涉。
關於比特幣的4項主要共識基礎，本文在講解對應細節時有提及，下面做一個整合：
這四個過程相輔相成、互相作用，形成了自發的全網共識，促使全網節點組合出可信、公開、權威的總賬。
你可能會想，比特幣是一個去中心化的、基於大眾信任的、依靠眾人力量運轉的一個東西。萬一有一部分礦工被壞人收買了咋辦呢？「51%攻擊」指的又是什麼？比特幣交易所要求的「6個確認」又是怎麼回事？
這里首先要提到比特幣的一個規則「 最長鏈優先 」。意思是， 比特幣的賬單鏈在出現分叉的時候，每個礦工會獨立選擇長（累積了最多工作量證明）的鏈條，在上面繼續挖礦工作（共識基礎4） 。
這個原則主要涉及到兩個問題：
當有兩個礦工A和B同時挖礦成功（算出符合要求的數學答案）時，他們分別把自己計算出來的工作量證明作為下一個塊的前序區塊哈希，生成一個塊銜接到原有的鏈後面，由此出現了兩個分支。
這個時候，這兩個成功的礦工廣播了自己打包成功的消息。由於區塊鏈是一個去中心化的數據結構，區塊消息到達不同節點的時間點不一致，故不同的節點可能擁有不完全一樣的區塊鏈視圖——有的礦工會先收到A的消息，有的則先收到B的消息。為了解決這個問題，收到消息的礦工們遵循一個原則：選擇並嘗試延長最長的鏈。
因此，這兩條分支會各自成長一小段時間，直到他們的長度出現差異（不可能長度一直相同），比如說其中一條鏈的礦工們，更快地打包在支鏈後面又加上一塊。按照「最長鏈優先「的規則，較短的鏈會被拋棄，原本工作在短鏈上的礦工們都回到長鏈上工作。
換言之，分叉只是不同節點暫時的不一致現象，當新區塊被加入到其中某一分支時，最終收斂將解決這一個問題。[讀者可以思考一下，為什麼區塊鏈被設置成每十分鍾挖出來一個塊：如果時間短了，是不是就增加了分支產生的次數？如果時間長了，是不是交易結算的效率就太低了？]
雙重支付的本質其實也是區塊鏈的分叉，但這種分叉卻是「非自然惡意蓄謀」的產物。
我們假設小敏是密謀雙重支付的一方，她把自己僅有的10BTC先給小強、交換一塊黃金，待這條交易信息P被打包進區塊Q後，她從小強手中拿到了黃金。這時，小敏使了個心眼，她想偷偷抹去、篡改區塊Q上的交易信息P，「白嫖」這塊黃金。為了實現這樣的目的，根據「最長鏈優先」法則，小敏必須剔除該筆交易P後、重新進行結算工作，集中算力來形成分叉，並讓分叉以更快的增速超過並取代Q所在的主鏈。如果小敏確實能讓分叉更長，分叉就成為了主鏈，其他節點也會轉向新主鏈上繼續工作。這樣，小強付出了黃金，卻沒有收到這10個比特幣，「賠了夫人又折兵」。
在這個過程中，小敏需要和原鏈進行「抗爭」，使新分叉成為最長的主鏈，這被稱為「共識攻擊」。「共識攻擊」本質上是對下一區塊的爭奪，攻擊方越「強壯」、哈希算力越大，就越容易成功。
「共識攻擊「成功的可能性有多大呢？
大多數比特幣交易所規定，一個交易傳送到區塊鏈上後需要6個「確認」來完成驗證該筆交易。這一規定的根據是，假設意圖造假的礦工擁有10%的算力（挖礦成功概率0.1），那麼造假礦工要構造另一條偽鏈實施長度超越，必須至少成功挖礦6次。那麼原鏈被取代、被拋棄的概率約為0.1的6次方，趨近於0。你可以把比特幣理解為地質構造層，表層可能因為季節變換而有所改變，甚至可能被風颳走，但一旦深入到地下，地質層就能更加穩定、不受干擾。
而假設有一群擁有了51%算力的礦工，他們控制了一半以上的全網哈希算力，可以故意在區塊鏈中製造分叉、進行雙重支付交易 。但事實是，全網哈希算力的大量增加，個體礦工幾乎不可能控制哪怕1%的哈希算力了（但礦池帶來的算力集中化控制，存在一定的風險）。更何況，如果真有擁有如此強大算力的組織，他完全可以憑借自己強大的算力投入到挖礦中去獲取開發新區塊所獲的的比特幣獎勵，誠實挖礦比雙花更有利可圖。
盡管實際上並未出現51%攻擊的問題，但不可否認的是，算力的集中違背了比特幣去中心化這一初衷，並成為其繼續發展的一大隱患。
一個系統的安全性，往往取決於系統安全的最薄弱環節，這也就是所謂的「木桶原理「。與區塊鏈系統相關的安全性問題包括但不限於以下幾項：
（1）在區塊鏈上被廣泛使用的公鑰系統基本上是安全的，但量子演算法在理論上能夠破解公鑰系統；因此，區塊鏈的演算法安全性是相對的。
（2）區塊鏈協議本身存在邏輯缺陷，例如受到黑客攻擊的區塊鏈系統共識機制。
（3）所有數字貨幣系統高度依賴私鑰，私鑰在存儲、使用方面的安全性成為區塊鏈系統安全性中至關緊要的一環。
盡管區塊鏈是去中心化系統，但目前絕大多數數字交易所卻是中心化的，存在著人為安全漏洞及技術安全漏洞。這些數字交易所擁有存放大量加密貨幣的私鑰，這對於黑客來說無疑是最矚目的目標；只要黑客偷走了這些私鑰，就可以獲取到這些加密貨幣。
作者會繼續閱讀相關資料、不斷完善本文，目標是完成一篇通俗易懂的比特幣科普文章。:)
**本文系網上信息與個人理解的結合，如有偏差及誤讀，歡迎讀者指出。也歡迎給出關於文章結構上的指導～
② 比特幣如何算出來的
要想了解bitcoin的技術原理，首先需要了解兩個重要的密碼技術： HASH碼：將一個長字元串轉換成固定長度的字元串，並且其轉換不可逆，即不太可能從HASH碼猜出原字元串。bitcoin協議里使用的主要是SHA256。
公鑰體系：對應一個公鑰和私鑰，在應用中自己保留私鑰，並公開公鑰。當甲向乙傳遞信息時，可使用甲的私鑰加密信息，乙可用甲的公鑰進行解密，這樣可確保第三方無法冒充甲發送信息；同時，甲向乙傳遞信息時，用乙的公鑰加密後發給乙，乙再用自己的私鑰進行解密，這樣可確保第三者無法偷聽兩人之間的通信。最常見的公鑰體系為RSA，但bitcoin協議里使用的是lliptic Curve Digital Signature Algorithm。 和現金、銀行賬戶的區別？ bitcoin為電子貨幣，單位為BTC。在這篇文章里也用來指代整個bitcoin系統。 和在銀行開立賬戶一樣，bitcoin里的對應概念為地址。每個人都可以有1個或若干個bitcoin地址，該地址用來付賬和收錢。每個地址都是一串以1開頭的字元串，比如我有兩個bitcoin賬戶，和。一個bitcoin賬戶由一對公鑰和私鑰唯一確定，要保存賬戶，只需要保存好私鑰文件即可。 和銀行賬戶不一樣的地方在於，銀行會保存所有的交易記錄和維護各個賬戶的賬面余額，而bitcoin的交易記錄則由整個P2P網路通過事先約定的協議共同維護。 我的賬戶地址里到底有多少錢？ 雖然使用bitcoin的軟體可以看到當前賬戶的余額，但和銀行不一樣，並沒有一個地方維護每個地址的賬面余額。它只能通過所有歷史交易記錄去實時推算賬戶余額。 我如何付賬？ 當我從地址A向對方的地址B付賬時，付賬額為e，此時雙方將向各個網路節點公告交易信息，告訴地址A向地址B付賬，付賬額為e。為了防止有第三方偽造該交易信息，該交易信息將使用地址A的私鑰進行加密，此時接受到該交易信息的網路節點可以使用地址A的公鑰進行驗證該交易信息的確由A發出。當然交易軟體會幫我們做這些事情，我們只需要在軟體中輸入相關參數即可。 網路節點後收到交易信息後會做什麼？ 這個是整個bitcoin系統里最重要的部分，需要詳細闡述。為了簡單起見，這里只使用目前已經實現的bitcoin協議，在當前版本中，每個網路節點都會通過同步保存所有的交易信息。 歷史上發生過的所有交易信息分為兩類，一類為"驗證過"的交易信息，即已經被驗證過的交易信息，它保存在一連串的「blocks」裡面。每個"block"的信息為前一個"bock"的ID（每個block的ID為該block的HASH碼的HASH碼）和新增的交易信息（參見一個實際的block）。另外一類指那些還"未驗證"的交易信息，上面剛剛付賬的交易信息就屬於此類。 當一個網路節點接收到新的未驗證的交易信息之後（可能不止一條），由於該節點保存了歷史上所有的交易信息，它可以推算中在當時每個地址的賬面余額，從而可以推算出該交易信息是否有效，即付款的賬戶里是否有足夠余額。在剔除掉無效的交易信息後，它首先取出最後一個"block"的ID，然後將這些未驗證的交易信息和該ID組合在一起，再加上一個驗證碼，形成一個新的「block」。 上面構建一個新的block需要大量的計算工作，因為它需要計算驗證碼，使得上面的組合成為一個block，即該block的HASH碼的HASH碼的前若干位為1。目前需要前13位為1（大致如此，不確定具體方式），此意味著如果通過枚舉法生成block的話，平均枚舉次數為16^13次。使用CPU資源生成block被稱為「挖金礦」，因為生產該block將得到一定的獎勵，該獎勵信息已經被包含在這個block裡面。 當一個網路節點生成一個新的block時，它將廣播給其它的網路節點。但這個網路block並不一定會被網路接受，因為有可能有別的網路節點更早生產出了block，只有最早產生的那個block或者後續block最多的那個block有效，其餘block不再作為下一個block的初始block。 對方如何確認支付成功？ 當該筆支付信息分發到網路節點後，網路節點開始計算該交易是否有效（即賬戶余額是否足夠支付），並試圖生成包含該筆交易信息的blocks。當累計有6個blocks（1個直接blocks和5個後續blocks）包含該筆交易信息時，該交易信息被認為「驗證過」，從而該交易被正式確認，對方可確認支付成功。 一個可能的問題為，我將地址A裡面的余額都支付給地址B，同時又支付給地址C，如果只驗證單比交易都是有效的。此時，我的作弊的方式為在真相大白之前產生6個僅包括B的block發給B，以及產生6個僅包含C的block發給C。由於我產生block所需要的CPU時間非常長，與全網路相比，我這樣作弊成功的概率微乎其微。 網路節點生產block的動機是什麼？ 從上面描述可以看出，為了讓交易信息有效，需要網路節點生成1個和5個後續block包含該交易信息，並且這樣的block生成非常耗費CPU。那怎麼樣讓其它網路節點盡快幫忙生產block呢？答案很簡單，協議規定對生產出block的地址獎勵BTC，以及交易雙方承諾的手續費。目前生產出一個block的獎勵為50BTC，未來每隔四年減半，比如2013年到2016年之間獎勵為25BTC。 交易是匿名的嗎？ 是，也不是。所有BITCOIN的交易都是可見的，我們可以查到每個賬戶的所有交易記錄，比如我的。但與銀行貨幣體系不一樣的地方在於，每個人的賬戶本身是匿名的，並且每個人可以開很多個賬戶。總的說來，所謂的匿名性沒有宣稱的那麼好。 但bitcoin用來做黑市交易的還有一個好處，它無法凍結。即便警方追蹤到了某個bitcoin地址，除非根據網路地址追蹤到交易所使用的電腦，否則還是毫無辦法。 如何保證bitcoin不貶值？ 一般來說，在交易活動相當的情況下，貨幣的價值反比於貨幣的發行量。不像傳統貨幣市場，央行可以決定貨幣發行量，bitcoin里沒有一個中央的發行機構。只有通過生產block，才能獲得一定數量的BTC貨幣。所以bitcoin貨幣新增量決定於： 1、生產block的速度：bitcoin的協議里規定了生產block的難度固定在平均2016個每兩個星期，大約10分鍾生產一個。CPU速度每18個月速度加倍的摩爾定律，並不會加快生產block的速度。 2、生產block的獎勵數量：目前每生產一個block獎勵50BTC，每四年減半，2013年開始獎勵25BTC，2017年開始獎勵額為12.5BTC。 綜合上面兩個因素，bitcoin貨幣發行速度並不由網路節點中任何單個節點所控制，其協議使得貨幣的存量是事先已知的，並且最高存量只有2100萬BTC
③ 用哈西演算法做出許多虛擬貨幣後比特幣還值錢嗎
LitecoinLitecoin（LTC）發布於2011年10月7日,是目前市值最高的山寨幣，約為BTC市值的2%。目前單價為2.31美元，總幣值3800萬美元。這同樣是一種分布式（去中心化）的數字貨幣。不同於比特幣使用的SHA256挖礦演算法，LTC採用scrypt演算法。獨特的演算法也是從山寨幣中脫穎而出的關鍵，scrypt演算法使用SHA256作為其子程序，而scrypt自身需要大量的內存，每個散列作為輸入的種子使用的，然後與需要大量的內存存儲另一種子偽隨機序列，共同生成序列的偽隨機點而輸出哈希值。在BTC（Bitcoin）的開采依靠單純的顯卡挖礦已經力不從心（利用一般配置顯卡挖到一個BTC大概需要十幾到數十天），各種價格不菲挖礦機的出現提高了普通人通過挖礦獲得BTC的門檻，而LTC在使用PC顯卡挖礦上具有一定優勢。（本段來源於知乎。）Litecoin對比BTC在技術上做了一點的改進，如果現在BTC是金，那LTC暫時是銀。Litecoin的最大優點是能更快確認真偽，該虛擬貨幣由CharlesLee設計和維護。比特幣的交易需要驗證，驗證的時間平均在10分鍾以上，大多數交易網站驗證需要1個小時。Litecoin交易確認平均為2.5分鍾，開發者聲稱縮短驗證增加了虛擬貨幣的實用性。定製機器和AMDGPU的比特幣采礦效率最高，令使用CPU采礦的礦工幾乎無利可圖。Litecoin的采礦排除了GPU和定製處理器，因此不過於依賴少量專業礦工。PPCoinPPCoin（PPC）發布於2012年8月19，在BTC原有技術上有所提升。使用proof-of-stake，並加入coinage概念。PPCoin是Bitcoin的分叉項目，目標是實現能源效率，並盡可能保持原Bitcoin的最好性能。PPCoin單價0.22美元，總幣值400萬美元。PPCoin沒有一個固定的貨幣供應量上限，但這並不意味著PPCoin比Bitcoin有明顯通脹。可以將Bitcoin比做黃金，黃金每年的通脹是1-3％左右，雖然黃金並沒有已知的貨幣供應量上限，但我們仍知道它是可靠的稀缺品。PPCoin的鑄造有兩種類型，工作證明及股權證明。工作證明的鑄幣率受摩爾定律影響，這取決於我們的工作證明能力的成倍增長。而大家都知道的是摩爾定律最終會結束，到那時通脹的PPCoin可能已經接近黃金的水平。而股權證明鑄造每年最多通脹1％。與此同時，PPCoin的交易費用被銷毀以抗衡通脹。所以整體來說，PPCoin的鑄幣設計仍是未來一個非常低的通脹設計，可以達到和Bitcoin相媲美的程度。PPCoin的獎勵方式類似彩票，會根據礦工持有的PPCoin數量決定獲勝幾率，創始人之一的SunnyKing說，他們的設計是基於長期能量效率的新概念。TerracoinTerracoin（TRC）發布於2012年10月26，總幣量4200萬。每塊速度為2分鍾，比LTC稍快一些。技術上沒有太多特別之處，類似BTC每4年產量減半。不過運營團隊似乎有較強商業背景，可能會在流通上優於其他比特幣。虛擬貨幣現在的發展越來越得到重視，現在一些有商業背景的團隊進入，會加速虛擬貨幣的發展。NamecoinNamecoin是一個基於比特幣技術的分布式域名系統，其原理和Bitcoin一樣，這個開源軟體首次發布的日期是2011年4月18日。Namecoin產生於一個不同於Bitcoin主交易區塊的起源塊，使用一個新的區塊鏈（blockchain），獨立於Bitcoin的區塊鏈之外，因為是基於Bitcoin，域名的安全性，分布性，魯棒性，加密性，遷移都有數學保證。可以用挖Bitcoin的方式，同時挖Namecoin。這個項目由bitdns討論並提出，主要是對目前DNS的缺陷不滿。Namecoin惟一的頂級域名是.bit,注冊.bit域名需要花費Namecoin。
④ 一文讀懂以太坊—ETH2.0，是否值得長期持有
這幾天一直在看關於ETH倫敦升級方面的資料，簡單的聊一下，在加密貨幣的世界裡，無論是投資機構、區塊鏈應用開發者、礦機商，還是個人投資者、硬體供應商、 游戲 行業從業者等等，提起以太坊，或多或少都會有一些了解。
一方面取決於以太坊代幣 ETH 本身的造富效應。從 2014 年首次發行以來，投資回報率已經超過 7400 倍。
另一方面，以太坊作為應用最廣泛的去中心應用編程平台，引來無數開發者在其之上開發應用。這些應用不僅產生了巨大的商業價值，伴隨 DEFI 生態、NFT 生態、DAO 生態蓬勃發展，也給 ETH 帶來了更多使用者。
隨著「倫敦升級計劃」臨近，ETH 再次聚集所有人的關注目光。
以太坊 2.0 到底是什麼？包含哪些升級？目前進展如何？
以太坊 2.0 到來，會對現有以太坊生態的去中心化應用產生哪些影響？
ETH 是否值得持續投資？看完相信你會有自己的判斷。
如果將搭建應用比作造房子，那麼以太坊就提供了牆面、屋頂、地板等模塊，用戶只需像搭積木一樣把房子搭起來，因此在以太坊上建立應用的成本和速度都大大改善。以太坊的出現，迅速吸引了大量開發者進入以太坊的世界編寫出各類去中心應用，極大豐富人們對去中心應用場景的需求。
以太坊應用開發模型示意
以太坊與ETH
現有市場的加密貨幣，只是在區塊鏈技術應用在某一場景下的單一代幣。
以太坊也不例外，它的完整項目名稱是「下一代智能合約與去中心化應用平台」，Ether（以太幣）是其原生加密貨幣，簡稱 ETH。
ETH 除了可以用來與各種類型數字資產之間進行有效交換，還提供支付交易費用的機制，即我們現在做鏈上操作時所支付的 GAS 費用。GAS 費用機制的出現，即保護了以太坊網路上創建的應用不會被惡意程序隨意濫用，又因為 GAS 收入歸礦工所有，讓更多的用戶參與到以太坊網路的記賬當中成為礦工，進一步維護了以太坊網路安全與生態發展。
與 BTC 不同的是，ETH 並沒有採用 SHA256 挖礦演算法，避免了整個挖礦生態出現由 ASIC（專用集成電路）礦機主導以至於大部分算力被中心化機構控制所帶來的系統性風險。
以太坊最初採用的是 PoW（Proof of Work）的工作量證明機制，人們需要通過工作量證明以獲取手續費回報。我們經常聽說礦工使用顯卡挖礦，他們做的就是 POW 工作量證明。顯卡越多，算力越大，那麼工作量就越大，收入也就越高。
當前，整個以太坊網路的總算力大約為 870.26 TH/s，用我們熟悉的消費級顯卡來對比，英偉達 RTX 3080 的顯卡算力大約為 92-93 MH/s，以太坊網路相當於 936 萬張 3080 顯卡算力的總和。
以太坊白皮書內非常明確提到之後會將 PoW 工作證明的賬本機制升級為 POS （Proof of Stake）權益證明的賬本機制。
ETH經濟模型
與 BTC 總量 2100 萬枚不同，ETH 的總量並沒有做上限，而是在首次預售的 ETH 數量基礎上每年增發，增發數量為 0.26x（x 為發售總量）。
但也不用擔心 ETH 會無限通脹下去，長期來看，每年增發幣的數量與每年因死亡或者粗心原因遺失幣的數量大致相同，ETH 的「貨幣供應增長率」是趨近於零的。
ETH 分配模型包含早期購買者，早期貢獻值，長期捐贈與礦工收益，具體分配比例如下表。
現在每年將有 60,102,216 * 0.26 = 15,626,576 個 ETH 被礦工挖出，轉成 PoS 後，每年產出的 ETH 將減少。
目前，市場上流通的 ETH 總量約為 116,898,848 枚，總市值約為 2759 億美元。
以太坊發展歷程
1. 邊境階段（2015年）：上線後不久進行了第一次分叉，調整未來挖礦的難度。此版本處於實驗階段，技術並未成熟，最初只能讓少部分開發者參與挖礦，智能合約也僅面向開發者開發應用使用，並沒有用戶參與，以太坊網路處於萌芽期。
邊境階段 ETH 價格：1.24 美元。
2. 家園階段（2016年）：以太坊主網於 2016 年 3 月進行了第二次分叉，發布了第一個穩定版本。此版本是第一個成熟的正式版本，採用 100% PoW 證明，引入難度炸彈，隨著區塊鏈數量的增加，挖礦難度呈指數增長，網路的性能大幅提升，以太坊項目也進入到快速成長期。在」家園「版本里，還發生了著名的」The DAO 攻擊事件「，以太坊被社區投票硬分叉為以太坊（ETH）與以太經典（ETC）兩條鏈，V 神站在了 ETH 這邊。
家園階段 ETH 價格：12.50 美元。
3. 都會階段（2017~2019年）：都會的開發又分為三個階段，升級分成了三次分叉，分別是 2017 年 10 月的「拜占庭」、2019 年 2 月底的「君士坦丁堡「、以及 2019 年 12 月的「伊斯坦布爾」。這些升級主要改善智能合約的編寫、提高安全性、加入難度炸彈以及一些核心架構的修改，以協助未來從工作量證明轉至權益證明。
在都會階段，以太坊網路正式顯現出其威力，正式進入成熟期。智能合約讓不同鏈上的加密貨幣可以互相交易，ERC-20 也在 2017 代幣發行的標准，成千上萬個項目在以太坊網路進行募資，被稱作「首次代幣發行（ICO）」，相信很多幣圈的老人都是被當時 ICO 造富效應帶進來的。到 2019 年，隨著DeFi 生態的崛起，金融產品正式成為以太鏈上最大的產業。
都會階段 ETH 價格：151.06 美元。
4. 寧靜階段（2020-2023年）：與都會分三階段開發相同，寧靜階段目前預計分成三次分叉：柏林（已完成）、倫敦（即將到來）、以及後面的第三次分叉。「寧靜」階段又稱為「以太坊 2.0」，是項目的最終階段，以太坊將從工作量證明方式正式轉向權益證明，並開發第二層擴容方案，提高整個網路的運行效率。
寧靜階段可以說是以太坊網路的集大成之作，如果說前個三階段只是讓以太坊的願景展現的實驗平台，寧靜階段之後的以太坊，將正式成為完全體，不僅有完備的生態應用，超級快的處理速度，眾多網路協同發展，而且 PoS 機制會非常節約能源，真正代表了區塊鏈技術逐漸走向成熟的標志。
寧靜階段 ETH 價格：2021 年 4 月 15 日完成的柏林階段，當天價格為 2454 美元。
即將到來的倫敦協議升級
以太坊生態
以太坊的生態發展，從屬性劃可分為兩大類：一是以太坊網路生態應用建設，二是以太坊網路擴容建設。兩者相互融合，互相成就，應用需要更健壯強大的網路作為承載，網路需要功能完善的應用場景服務用戶。
先說應用生態，以太坊的生態我們又可以分為以下幾大類：
1. 去中心化自製組織（DAO）生態
什麼是去中心化自製組織？還是以我們熟悉的比特幣舉例：比特幣目前市值七千多億美金，在全球資產市值類排名第九，但比特幣並不是某一公司發布的產品，也沒有特定公司組織招聘人員進行維護。比特幣現有的一切，都源於比特幣持有者、比特幣礦工自發形成的分布式組織，他們通過投票方式規劃比特幣發展路線，自發參與維護比特幣程序與網路 —這僅僅因為只要擁有比特幣，所有人都是比特幣網路建設中的受益者，一切維護都源於自身的利益關系。
比特幣的發明與成功運行，突破了由荷蘭人創建、至今流行 400 多年的公司商業架構，開創出一種全新的、無組織架構的、全球分布式的商業模式，這就是 DAO。
再說回以太坊，以太坊的 DAO 可以由智能合約編寫，用戶自定義應用場景。簡單說就是我們規定出程序執行條件與執行范圍，真實世界裡只要觸發設定好的條件，程序就會自動執行運行，且所有過程都會在以太坊的網路上進行去中心化公開驗證，不需要經過人工或者任何第三方組織機構確認。
以太坊 DAO 生態演化出許多商業場景，有慈善機構使用 DAO 建立公開透明的捐款與使用機制，有風投機構使用 DAO 建立公平分配的風險基金。
以太坊生態的很多項目都採用 DAO 自治，代表項目有：Uniswap，AAVE，MakerDAO，Compound，Decred，Dash 等。
2. 去中心化金融（DEFI）生態
在傳統商業世界裡，我們如果需要借錢、存錢，或者買某一公司股票，或者做企業貸款、融資，只要是進行金融活動，總離不開與銀行、證券機構、會計事務所這些金融機構打交道。
而在去中心的世界裡，區塊鏈本質就是集合所有人交易記錄且公開的大賬本，我們可以非常容易的追溯到每一個錢包地址發生過的每一筆交易，查詢到任意一個錢包地址的余額信息，從而對錢包地址里的資產做評估。
舉個例子：全世界個人貸款最貴的國家是印度，印度的年輕人房貸利率目前是 8.8%，最高曾經到過 20%；與此對應，全世界個人存款利率最低的國家是日本，日本政府為了鼓勵民眾消費，在很長一段時間里銀行存款利率是負值，日本人在銀行存款不僅沒有利息，還要給銀行交保管費。理論上，如果日本人將自己的存款借與印度人，雙方都能獲得利益最大化，但現實生活中這樣的場景很難發生。一是每個國家都有外匯管制，日本人的錢並不容易能給到印度人，二是印度人的信用如何日本人也不好評估，大家沒有統一標准，萬一借出去的錢無法歸還，不能沒了收益還要蒙受損失。
但在去中心的世界裡，這樣的事情就簡單的多。
如果印度人的錢包地址里有比特幣，我們就可以利用智能合約，印度人將自己的比特幣質押進去，根據比特幣當時的價格，系統自動給印度人一個授信額度，印度人就可以拿著這個額度去和日本人借款，並規定好還款的周期與利率。如果印度人違約，合約自動將印度人質押進去的比特幣扣除，優先保障日本的權利，這樣，日本人不用擔心安全問題放心享受收益，印度人也有了更多的款項做為流動資金。
這個例子就是去中心金融的簡單應用，實際上，這就是我們參與 DEFI 挖礦是質押理財的原理 —— 當然真正應用實現演算法與場景要復雜的多。
DEFI 根據場景不同，又可以分為很多賽道，比如穩定幣、預言機、AMM 交易所、衍生品、聚合器等等。
DEFI 代表項目有：Dai，Augur，Chainlink，WBTC，0x，Balance，Liquity 等。
3. 非同質化代幣（NFT）生態
世界名畫《蒙娜麗莎》，只有達·芬奇的原版可以展覽在法國盧浮宮博物館，哪怕現代的技術可以無比精細地復刻出來，仿品都不具備原版的收藏價值。
這就是 NFT 的應用場景。NFT是我們可以用來表示獨特物品所有權的代幣，它們讓我們將藝術品、收藏品甚至房地產等現實事物唯一代幣化。雖然文件（作品）本身是可以無限復制，但代表它們的代幣在鏈上可以被追蹤，並為買家提供所有權證明。
相比現實中實物版權、物權的雙重交割相比，NFT 只需要交割描述此物品的唯一代幣。NFT 作品往往存儲在如 IPFS 這樣的分布式存儲網路里，隨用隨取，永不丟失，加之交割簡單方便，很快吸引了大量玩家與投資者收藏轉賣，NFT 出現也給藝術家提供了全新的收入模式。
類似 DEFI 生態，NFT 生態根據應用場景不同也產生了不同賽道，目前比較火熱的賽道有 NFT 交易平台，NFT 游戲 平台，NFT 藝術品平台， NFT 與 DEFI 結合在一起的金融平台。
NFT 代表項目有：CryptoKitties，CryptoPunks，Meebits，Opensea，Rally，Axie Infinity，Enjin Coin，The Sandbox 等。
4. 標准代幣協議（ERC-20）生態
與 NFT 非同質化代幣所對應的，就是同質化代幣。比如我們使用的人民幣就是一種同質化代幣，我們可以用人民幣進行價值交換，即使序號不同也不影響其價值，如果面額相同，不同的鈔票序號對持有者來說沒有區別。
BTC，ETH 和所有我們熟知的加密貨幣，都屬於同質化代幣。同種類的一個比特幣和另一個比特幣沒有任何區別，規格相同，具有統一性。在交易中，只需關注代幣交接的數量即可，其價值可能會根據交換的時間間隔而改變，但其本質並沒有發生變化。
以太坊的 ERC-20 就是定義這種代幣的標准協議，任何人都可以使用 ERC-20 協議，通過幾行代碼，發布自己在以太坊網路上的加密貨幣。
現在，以太坊網路上運行的代幣種類有上百萬個，上邊提到的項目，大多也在以太坊網路中發布了自己的同質化代幣。
ERC-20 代表項目有：USDT，USDC，WBTC 等。
以太坊網路擴容性
我們先引入一個概念：區塊鏈的不可能三角，即無論何種方法，我們都無法同時達到可擴展、去中心化、安全，三者只能得其二。
這其實很好理解，如果我們要去中心化和安全，就需要更多有節點參與網路進行驗證，從而導致驗證人增多、網路效率降低，擴展性下降。網路性能建設就是在三者之間找到平衡點。
用數據舉例，目前比特幣可處理轉賬 7 筆 / 秒，以太坊是 25 筆 / 秒，而 VISA 平均為 4500 筆 / 秒，峰值則達每秒上萬筆。這種業務處理能力的差別，我們就可以簡單理解為是「吞吐量」的差距。而想要提高吞吐量，則需要擴展區塊鏈的業務處理能力，這就是所謂的擴展性。
根據優化方法不同，以太坊網路性能擴容方案可以分為：
1. Layer 1 鏈上擴展，所有交易都保留在以太坊上的擴展解決方案，具有更高的安全性。
鏈上擴展的本質還是改進以太坊主鏈本身，使整個系統擁有更高的拓展性與運行效率。一般的方法有兩種，要麼改變共識協議，比如 ETH 將從 PoW 轉變為 PoS；要麼使用分片技術，優化方法使網路具有更高效率。
2. Layer 2 鏈下擴展，在以太坊協議之上分層單獨做各場景解決方案，具有更好的擴展性。
鏈下擴展可以理解為把計算、交易等業務處理場景拿到以太坊主鏈之外計算，最後將計算好的結果傳回主鏈，主鏈只反映最終的結果而不用管過程，這樣，無論多麼復雜的應用都不會對主鏈產生影響。
我們並不需要明白具體技術實現，只需知道：相比 Layer 1 方案，Layer 2 方案網路不會干擾底層區塊鏈協議，可以替 Layer 1 承擔大部分計算工作，從而降低主網路的負擔提高網路業務處理效率，是目前公認比較好的擴容方案。
以太坊2.0
終於講到以太坊 2.0，回到主題。
通過回顧以太坊的發展 歷史 ，以太坊 2.0 並不是新項目，它只是以太坊開發進程的最後一個階段，它將由整個以太坊生態多個團隊協同完成，目標是使以太坊更具可擴展性、更安全和更可持續，最終成為主流並為全人類服務。
ETH2建設目標:
1. 更具可擴展性。每秒支持 1000 次交易，以使應用程序使用起來更快、更便宜。
2. 更安全。以太坊變得更加安全，以抵禦所有形式的攻擊。
3. 更可持續。提高網路性能的同時減少對能源的消耗，更好地保護環境。
最重要的變化，ETH2 將從 ETH1 使用的 PoW（Proof of Work）工作量證明機制升級為 POS （Proof of Stake）權益證明機制。不再以算力做為驗證方式，而是通過質押加密貨幣的數量做為驗證手段。礦工不需要顯卡也能挖礦，既節省了時間成本與電力成本，又提高了 ETH 的利用率，非常類似錢存在銀行獲得利息。
ETH2 主要使用的技術是分片分層技術實現整個網路擴容。
ETH2 升級將分為三個階段進行：
1. 階段0（正在進行）：信標鏈的創建與合並。信標鏈是 ETH2 的主鏈，如同人類的大腦，是 ETH2 得以運行的基礎。
2. 階段1（預計2022年）：分片鏈的創建與應用。當信標鏈與 ETH1 合並完成後，就進入分片鏈的開發階段。分片鏈可以理解為將 ETH2 主鏈的整塊數據按一定規則拆分存放，單獨建立新鏈處理，用來分擔主鏈上的數據壓力，目前規劃是建立 64 條分片鏈。
舉個例子，從北京到上海，原來的交通工具只有一條公路，所有的車輛都需要在上邊運行，就會非常擁擠；現在通過分片技術，多出來高鐵、飛機等交通方式，分流的車輛同時到達速度更快，這就是分片鏈起到的作用。
分片鏈與主鏈交互示意圖
3. 階段2（預計2023年）：整個網路功能的融合。到了此階段，整個系統的功能全面開始融合，分片鏈的功能會更加強大，新的處理機制開始支持賬戶、智能合約、開發工具的創建，新的生態應用等。
此階段是以太坊網路的最終形態，網路性能得到全面提升，生態應用全面爆發。但要服務全人類，ETH2 每秒 1000 次的交易效率顯然還是遠遠不夠，以太坊也會為它的目標持續優化下去。
ETH2對於大家有什麼影響？
1. 對於以太坊生態開發者。ETH2 在部署應用的時候，是需要選擇應用在哪條分片網路進行部署，造成這種差異的原因是跨分片通信不同步，這就意味著開發者需要根據自己發展計劃做不同的組合。
2. 對與 ETH 持幣者。ETH2 與 ETH1 數據完全同步，代幣也不會有任何變化，你可以繼續使用現在的錢包地址繼續持有 ETH。
3. 對於礦工。雖然 PoW 與 PoS 還會並行一段時間，可以預計的 PoW 礦機的產出會越來越少，應該開始減少 PoW 礦機的投資，開始轉向 PoS 機制。
4. 對於用戶。ETH2 速度更快，交易手續費更低，網路體驗會非常好，唯一值得注意的是，由於 Dapp 部署在不同的分片網路上，可能需要手動選擇應用的網路選項。
ETH是否值得投資？
ETH 是除了 BTC 以外市場的風向標，明確了解 ETH2 非常有助於我們理解其他區塊鏈項目，理解二級市場。
簡單總結幾個點吧：
1. 通過以太坊的項目分析，我們可以清晰地看到：在比特幣之後，以太坊項目的發展史就是目前區塊鏈應用生態的發展史。無論 DEFI 生態，NFT 生態，DAO 生態還是代幣、合約、協議生態，其實在以太坊發布白皮書時已有預見，後來出現的項目，都是圍繞以太坊做驗證。
2. 以太坊的聯合創始人里，只有 V 神還在為以太坊事業做貢獻，但這並不影響以以太坊繁榮發展。以太坊初始團隊只是創建了它，後續的發展是社區、開發者、礦工與用戶共同建立的結果，現在的以太坊早已不是某一個人的思維，它是所有以太坊生態參與者共同的結晶，它屬於全人類。
3. 以太坊在過去的幾年一直沿著既定的開發軌跡發展，雖然中途一度出現過危機，以太坊「被死亡」了好幾百次，以太坊還是頑強的發展下來，並且擁有了繁榮生態。ETH2 還要兩三年時間才能落地，中間也充滿變數，比如其他的公鏈搶佔先機，但可以預見，ETH2 後的以太坊會更加健壯。
4. 不要在抱有任何 BTC 會死亡，區塊鏈行業會消失這樣的偽命題。BTC、ETH 讓我們看到了突破原有公司組織架構，一種全新無組織架構的商業模式存在，這種商業模式顯然更符合這個時代的發展需求，無論項目地發起團隊在不在，無論各國政府如何打壓，只要技術對人類有貢獻，就會由人員自發組織維護，區塊鏈技術是革命。
5. ETH2 的上線，短期看 PoW 獎勵與 PoS 獎勵並行，可能會讓 ETH 總通脹率短期內飆升，長期看 ETH 通脹率始終保持平衡。加上 ETH 本身的生態與應用場景，ETH是值得投資的，目前看不到有其他公鏈代替以太坊公鏈的可能性，ETH2 的上線，甚至會對其他公鏈造成「虹吸效應」，萬鏈歸一。
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