Crypto的原理很复杂？看完这篇你就懂了

Crypto的原理很复杂？看完这篇你就懂了

加密货币（Crypto）是什么？为什么它被称为“去中心化货币”？比特币和以太坊又有哪些区别？本文将用最简单的语言，为你揭示加密货币背后的原理。

从一个问题说起：为什么要发明加密货币？

我们日常使用的货币叫做法定货币，是政府用自己的信用让人们相信某种货币有价值，人们才会去使用和收藏这种货币。

但你是否想过：政府有时也不那么可信吗？要知道，世界各国政府都在超发货币，这已是不争的事实，很多人怒斥这种行为是在掠夺社会的财富。

你可能会想：那有没有可能构建一个没有中心机构的货币发行体系，让货币不会被无限超发，大家都很公平公正呢？

你和2008年的中本聪想到一起去了。这就是第一个加密货币比特币被发明的初衷。

比特币是如何实现这一目标呢？我们先不着急罗列比特币涉及的各种复杂技术，而是从如何用它转账聊起，看看它和我们熟悉的银行转账有什么异同。

银行转账 vs 比特币转账

我们先看二者类似的地方，再看二者不同的地方。

大家都知道，通过银行转账，我们需要输入：自己的账户信息、对方的账户信息、密码。

比特币怎么转账呢？我们需要输入：

• 比特币地址（自己的账户信息）
• 对方的比特币地址（对方的账户信息）
• 私钥（密码）

是不是差不多？只是比特币转账输入的信息长了另一个样子，因为这些信息经过了加密处理，目的是保障匿名性和安全性。

（对技术细节感兴趣的朋友可以阅读绿色框内的内容，如果不想了解理论知识可以跳过）

比特币地址可能长这个样子：1A1b3CeP5QGeqi2DMPFfTL
6SLmv7EivfNa

看不懂是吗？无所谓，只要它是独一无二的就可以用来转账。

私钥可能长这个样子：1101......0011

它是一个256位的二进制数字，只能由电脑随机生成，不能由我们自己设定。这样的设计是为了让别人不可能猜到我们的密码。

银行账户与密码是分开的，比特币地址却是由私钥推导而来，推导方式是两个加密工具：先用椭圆曲线乘法算出公钥，然后用哈希函数将公钥编码为比特币地址。【私钥】>【公钥】>【比特币地址】这个过程是不可逆的，意思是用比特币地址不能反推私钥，确保了私钥的安全性，这种技术就叫非对称加密。

比特币地址就像银行账户，可以对外公开；私钥就像账户密码，极其重要，只有自己可以知道。

到这里，比特币转账好像和银行转账在用户实际体验上没什么区别，那比特币的创新之处在哪里呢？在于帮助我们转账的系统长了两个完全不同的样子，就像下面这张图展示那样。

通过银行转账，银行的后台系统会帮我们操作，它就属于中心化网络；通过比特币转账，帮我们操作的却是一个叫做点对点（P2P）网络的东西，它属于去中心化网络。这两种网络到底是什么意思，互相有何区别呢？从这个问题开始，比特币就逐渐显现其特别之处。

中心化网络 vs 去中心化网络

为了方便理解，我们举一个例子。想象一个有数十名学生的班级，同学们之间会互相交换铅笔，但是交换过程中总是出现一些小纠纷，比如谁没收到铅笔，或者谁多给了一支。为了解决这个问题，班长想出了一个办法：每次交换前，同学们需要先将铅笔交给班长，由班长记录后再转交给对方。这样一来，班长的记录本就详细记载了每一笔交易，任何小纠纷都可以迎刃而解了。

这就像是中心化网络的运作方式，班长扮演的角色就像是网络中的“中央服务器”，所有的信息都需经过它来处理和转发。

现在，我们换一种情形。假设有一天，同学们开始议论纷纷，有些人认为班长不能保管好记录本，有些人怀疑班长在记录本上动手脚，于是大家商量出了一个新的方法：每当有人想交换铅笔时，他们必须向全班大声宣布意向，等每位同学都在自己的小本子上记下这笔交易后，才算交换成功。如此一来，每个同学的小本子都记载了所有交易，就算某个同学丢失了自己的小本子也不怕，若有人试图偷偷更改记录也会因为和大多数人的记录不同而很快被发现。

这种方式就像是去中心化网络的运行机制，没有了作为“中心”的班长，每个同学都成为了信息的节点，共同维护着整个网络的真实性和完整性。

读到这里你可能明白了，两种网络维护安全和稳定的方式是不同的，中心化网络依靠“中心”，去中心化网络则依靠“集体参与”。正是因为使用了去中心化网络，不依赖银行或任何“中心”机构的处理，所以比特币一直被称为去中心化的货币。

在中心化网络中，中央服务器负责提供服务和存储用户数据。我们正在使用的互联网就属于中心化网络。

去中心化网络则没有中央服务器，而是让网络节点通过特定的协议共享计算资源和信息数据，分别扮演类似中央服务器的角色。比特币使用的点对点（P2P）网络就属于去中心化网络。

这些网络节点是什么呢？他们不是某些特定的人或机构，理论上任何愿意参与到网络的人都可以通过服务器、矿机甚至电脑、手机等设备扮演节点的角色。

在去中心化网络中，信息是这样传递的：当一个节点收到附近传来的信息后，它会传递给相邻的三四个节点，而接受到信息的节点又会传播给它们相邻的三四个节点。以此类推，一条信息会以指数级增加的速度迅速在网络中传播，直到所有节点都接收到它。

刚才举的例子是对比特币网络的类比，有助于我们理解其运作模式，但在现实中情况可复杂多了。P2P网络收到比特币转账信息后，如何验证信息是否正确、有效？如何在短时间内处理成千上万条交易？这就要用到我们常听到的区块链技术了。

快速理解区块链

区块链又被称为分布式账本，什么意思呢？还记得刚才的例子中每位同学都有一个小本子吗，其实区块链就像是这个小本子：在每个节点上都存有一份，每份都相同，记录了历史上所有的交易记录——这像不像一本超大的账本，并且分布在各处有备份？现在你理解为何叫“分布式账本”了吧！

当我们发起比特币转账后，交易信息会传给我们附近的某个网络节点，这笔交易会被该节点验证。它怎么验证呢？它不是存有一本“账本”嘛，查一查就可以知道你是否有足够的比特币可以转了。如果验证成功，该节点就会把交易信息传播给整个P2P网络（传播方式请看上面的绿色框）。

到这里，交易还不算完成，必须被写入“数据库”才算成立，对方才能真正收到比特币——这个“数据库”正是区块链，而帮忙操作这个过程的人叫做矿工。

1）区块

一个节点收到的交易记录远远不止一条，需要矿工专门负责把这些交易记录打包为区块。一个区块通常包括几千条交易记录。

2）链

当区块打包好后，矿工会将其广播到P2P网络（还记得P2P网络的传播方式吗？），其他节点会验证该区块是否满足规则。如果验证成功，就将这个区块连同之前的所有区块按时间顺序串成一条链条并保存在本地——现在知道为什么叫“区块链”了吧！

这时，这个区块就成功“上链”了，我们被包含在其中的那笔比特币交易也正式成立，因为受到了所有节点的认可。下一次交易，负责验证的节点查阅“账本”就会查到这条记录。

再重复一次：区块链就是一本包含了所有历史记录的超大账本。记住了吗？

比特币是哪里来的？

到这里，你可能大概理解了比特币是怎么转账的，但有些朋友可能想知道这些比特币最开始是怎么诞生的。这就要提到比特币首创的挖矿机制了。

我们刚刚提到，矿工会把数千条交易记录打包成一个区块，这就是挖矿的一环。可他们为什么要帮忙呢？难道是热爱义务劳动吗？当然不是啦，他们是为了获得比特币奖励。发明者中本聪为比特币网络设计了这样一个游戏：矿工们要竞争记账权，唯一的胜利者才有资格将交易记录打包为新区块，并获得一定数量的比特币作为奖励——这是比特币唯一的发行方式。

正是靠挖矿这个巧妙设计，比特币网络才能调动起各个节点的人力物力去自发记录和证实交易，防止欺诈，避免双重支付，从而确保比特币网络的安全性和可靠性。

挖矿是一个通俗说法，更严谨的称呼叫做工作量证明机制（PoW,Proof-of-Work），它是怎么运转的呢？

前文提到，每条交易记录会被广播至很多节点，但最终只有一个节点有权将这条交易记录打包为新区块。怎么取得这个记账权呢？每个节点就需要竞争了。

游戏规则是这样的：所有参与竞争的节点（矿工）都需要计算一个数学谜题（加密哈希函数），谁最先找到一个答案（哈希值）就可以获得记账权。这个计算过程被称为挖矿。一旦有人挖矿成功，其他矿工就会放弃这个区块，转向下一个区块的竞赛。

挖矿需要大量的计算能力，因为挖矿者需要不断地尝试不同的数字，直到找到一个满足条件的数字（哈希值）为止。这个过程就像是在一个巨大的数字海洋中寻找一粒特定的沙子，难度极大，需要大量消耗电力和算力，而且要用到昂贵的专业计算机（矿机）。

现实中，矿机越来越先进，但挖矿难度却越来越大，因为越到后面答案（哈希值）越难找。而且发明者为了控制比特币发行总量，设置了奖励减半规则：每四年挖矿奖励就会减少一半。这也让矿工的回报率越来越低。

现在可以总结比特币是什么了

通过前文介绍我们明白了：区块链技术支持了比特币的交易，挖矿机制决定了比特币的发行。全过程与政府、央行、银行毫无关系，完全靠公共机制自行运转，堪称天才般的发明！

有了发行机制和交易系统，比特币距离成为货币只剩人们的信任了！比特币怎么做到这一点呢？

首先，它通过前文提到的匿名性、安全性、去中心化、公开透明等特点描绘了一个全新的、通往未来的金融世界，吸引了众多对此愿景感兴趣的人。最开始是技术爱好者，后来是越来越多的普通人。

其次，比特币的总量被设定为2100万颗，发行速度也逐步递减，因此确保了比特币的稀缺性和抗通胀能力。

当有人相信并开始使用比特币时，它就具备了货币的使用价值；当大量的人用法币兑换比特币，让比特币的价格暴涨时，它就具备了投资价值。二者相辅相成。

这些设计赋予了比特币独特的魅力，令其一经问世便获得了业界人士的认可。至此，世界上第一个成功的加密货币就诞生了！现在你明白它的原理了吗？

要了解加密货币的原理其实读到这里就可以了。后来几百种加密货币都是受到比特币的启发，再添加一些新技术。作为投资者，我们不可能也没必要了解所有这些新技术。

但如果你还想了解更多，可以看看最后这段补充内容。作为第二代区块链的奠基者，以太坊也有一些意义重大的创新。

补充阅读：以太坊的创新

让我们举个例子说明以太坊的创新之处。假设张三把1个比特币质押在李四那里，借了1万美元。那么等到张三还给李四1万美元的时候，李四应该把质押的比特币还给张三。问题来了：李四如果耍赖怎么办？

为了解决这类情形，以太坊的发明者在区块链上加入了智能合约（Smart Contract）这一新功能，它是自动执行的协议。在以太坊的区块链平台，上述情形可以轻易解决：张三只需质押100个以太币到合约，合约收到后立即将李四的1万美金等值的USDT（1:1绑定美元的代币）借给张三；当张三把1万个USDT转回合约时，合约就会自动释放100个以太币给张三。

这就是以太坊号称世界计算机的重要原因，它让人们可以自由地编写代码，并用智能合约去控制价值的流动。作为平台，以太坊让去中心化应用（DApp）成为了现实。

比特币网络无法编程，只能点对点转账。于是以太坊的发明者创造了智能合约。它可以把协议条款直接用代码写进区块链，当某些条件得到满足时，合约就会自动执行。

以太币是以太坊的原生货币，用于支撑智能合约的执行和交易费用的支付。当人们提到以太币时，有时也直接会称之为以太坊。可以看出以太币是有具体用途的，不像比特币只能用于转账。

以太币的发行采用权益证明（PoS）机制而非比特币的工作量证明（PoW）机制。PoS比PoW在算法上更有效率，可大量节省挖矿能耗，并提高网络安全性。