一个故事告诉你比特币系统架构的原理和运行机制

周末，我花时间阅读了一些有关比特币原理的材料。虽然我不敢说我已经完全理解了每一个细节，但我仍然理解了总体思路和关键部分的主要原则。写一篇文章与你分享。本文的定位将是科普，并试图通过类比来解释比特币的基本原理。本文将不介绍算法和协议的更详细部分。计划从程序员的角度写另一篇关于比特币原理的文章，从技术人员的角度对比特币系统中的关键数据结构、算法和协议进行一些解释

在本文中，我将给出一个名为“比特村”的虚拟村庄。整篇文章将以讲故事的方式逐步向您介绍比特币的动机、解决了哪些问题，以及一些关键组件的目标和设计方案

问题:

让我们从比特币的动机开始

在这个世界上，有一个叫比特村的小村庄，有数百户人家。这个村庄几乎与世隔绝，过着自给自足的生活。由于没有大规模的贸易，碧村村民一直过着易货的生活，即村民之间没有统一的货币。村民之间的交易基本上是老张的家人用一袋面粉换老李的羊，王嫂用一篮野果换刘大妈的两英尺布。村民们一直过着简朴的生活

实物货币

终于有一天，村民们觉得一直这样易货太不方便了，于是全村人开了一个会议，讨论如何解决这个问题。有人建议，为了便于将稀有物品（如黄金）划分为一般等价物，应将其他物品与黄金之间的对应关系编入表格，例如，一克黄金对应一只羊，一克黄金对应一袋面粉等，老张再也不用提一袋面粉和裤子到老李家换羊了。只要他从家里找到一克金子，他就可以去老李家带回一只羊，有了这克金子，老李可以从任何愿意卖面粉的人那里换一袋面粉。当然，他也可以交换任何相当于一克黄金的东西

此时，比特村进入了实物货币时代

象征性货币

好时光不长。一段时间后，实物货币的弊端也出现了。由于比特村附近的金矿不多，开采和冶炼黄金太费时费力。使用黄金时，由于磨损、丢失或故意囤积，黄金总会丢失。全村人再次坐在一起，开始讨论对策。此时，有人说，事实上，我们不必真正使用黄金。找到一张纸，写上“一克黄金”。只要全村人都同意这张纸相当于一克金子，问题就会解决。其他人也同意，但与此同时，也出现了新的问题：真正的黄金需要开采和冶炼。黄金是有限的比特币工作机制，采矿和冶炼也需要成本。因此，没有人能在短时间内从稀薄的空气中制造出大量的金子，但写作是不同的。只要我有足够的纸和笔，写多少就写多少，家里就会有更多的纸，也许一万张纸可以换一只羊（事实上，经济上存在通货膨胀）

你是这么认为的。然而，此时，有人提出了一个解决方案：这篇论文并不是对所有人都有效。我们只知道村里受人尊敬的老村长写得很好，每个人都知道老村长的话。老村长写了一些纸，并根据每个家庭的黄金储备给每个人同等数量的纸。例如，老村长给了老张200张纸，上面写着“一克金子”，并拿走了老张家的金子作为抵押。就这样，老村长把村里所有的金子都带回了自己的家，并根据每家每户交的金子数量，给了同等的书写纸。这时，村民们可以把这些纸当黄金交易，每个人都能认出老村长的话，这是别人无法伪造的。此外，如果有人的纸磨损得太严重，他也可以从老村长那里拿到，换成新的同等纸张。此外，老村长承诺，如果有人想换真金，只要他把纸拿回来，老村长就会把等价的黄金还给那个人。因为老村长写的那张纸上的金子和真家里的一样多，只要严格遵循销毁多少纸、写多少纸的原则，每一张有效的纸都可以换成相应的真金子

此时，比特村进入了符号货币（纸币）时代。这位老村长担任政府和银行的角色

中央系统的虚拟货币

几年后，老村长每天都要检查大量的旧纸条，写新纸条，还要仔细记录各种账目。一来二去。老村长工作太辛苦了，不幸地把起重机开到了西部

比特村又召开了一次全体会议，讨论该怎么办。这时，老村长的儿子二狗子自愿接管父亲的笔，承担货币发行的责任。年轻的村长二狗子非常聪明。工作了几天后，他发现自己真的不需要写那么多论文。这是完全可能的：村民们交出所有的钞票并销毁，但二狗子会记录每家每户交出的钞票数量。如果你想以后付款，例如，如果老张想把一克金子换成一只羊给老李，一起打电话给二狗子，说明你想把一克金子放在老张的名下，放在老李的名下。二狗子拿出账本，看看老张名下有没有一克金子。如果是这样，在老张名下减少一克，在老李名下增加一克，以完成付款，此时老李在电话中听到二狗子确认转账完成，所以他可以放心比特币工作机制，老张把羊带走了

此时，比特村已经进入了中央系统虚拟货币时代。每个村民不需要支付实物。付款过程变成了二狗子维护的账簿中的编号变化

分布式虚拟货币

新来的第二条狗很聪明，但有时它很聪明，被聪明误认为聪明。一天，二狗子盯着账本，以为全村的钱都是我的。不是我。所以他的头脑发热了，他偷偷地把老张账户上的十克金子转到了他的名字上

我觉得很完美，但没想到老张也有记账的习惯。一天，当他准备付款时，二狗子告诉他，账户里没有钱。老张查了他的账簿。明明还有十克，他就拿着帐本去找二狗子理论。这张支票是在未经老张同意的情况下转让的

东窗事件！村庄沸腾了。二沟子被弹劾在所难免，但通过这件事，我们发现将账簿集中在一个人手中的缺点：

就在人们不知所措的时候，一位名叫中本的御宅族科学家走上舞台，告诉大家，他设计了一个名为比特币的虚拟货币系统，该系统不依赖任何中央处理器来解决上述问题。然后他慢慢地谈论他的计划

让我们看看中本聪是如何设计这个系统的

基础设施建设账簿披露机制

本聪首先解释说，现有账簿应进行如下改造：

每个村民的余额不再记录在账簿中，而只记录每笔交易。即记录每笔交易的付款人、收款人和付款金额。只要确定账簿的初始状态，每个交易记录都是可靠的，并且按时间顺序排列，就可以计算出每个人目前持有的金额。账簿由私人改为公共。只要任何村民需要，他都可以获得当前完整的账簿，该账簿记录了从账簿创建到当前的所有交易记录

我一说完，就立刻把锅煎了。第一个不重要，但第二个根本不能接受，因为账簿记录了所有村民的交易。不是每个人的隐私都暴露了吗

中本不着急，拿出一对奇怪的东西

身份和签名机制（公钥加密系统）

中本说，不要惊慌。在他的机制下，没有人使用真正的身份事务，而是使用唯一的代码事务

他展示了手中的魔法物品，并说它们分别被称为秘密印章和印章扫描器。之后，他将向村里的每户人家发送一个秘密印章和一个印章扫描仪。两者的功能如下：

有了这两个神奇的东西，我们可以在不暴露真实身份的情况下进行交易，而印章中隐含的字符串就是家族代码。下面将详细介绍如何熟练使用机密印章和印章扫描仪进行交易

埃斯塔布利