比特币是怎么来的？ 在本节中我们将得到答案。

本系列历史文章列表

从头开始的区块链：什么是点对点网络与电子现金？ ——比特币经典论文研究（一）

区块链从零开始：如何防止钱被花两次？ ——比特币经典论文研究（二）

从头开始的区块链：如何证明计算机可以工作？ ——比特币经典论文研究（三）

7.工作量证明（2）

有了第三部分的铺垫，到这里就很容易理解了。

（1）比特币采用SHA256标准进行哈希运算，平均工作量和0比特数呈指数级增长。

（2）出于时间戳的考虑，在计算每个区块的哈希值时添加了一个随机数（nonce）。 随机数每次加1，生成哈希值，检查是否满足前缀为几个0的要求。 CPU需要进行大量的计算才能得到满足要求的解。 如果要修改区块的内容，就需要重新计算，找到满足条件的哈希值。这里引用的是哈希的细节敏感特性。 当你修改内容时，哈希值就会改变。

（3）工作量证明还解决了“集体决策”的“多数”问题。 在互联网中，到底用什么来代表“多数”？ 如果一个IP地址代表一票，那么拥有多个IP地址的人就可以操纵结果。 所以笔者采用了“一CPU一票”的方式来代表大多数意见。 因为一条链的产生需要工作，最长的链一定有最多的工作，这意味着它代表了大多数人的意见。 工作负载实际上是由CPU计算的，所以这体现了一个CPU一票的精神。 笔者这里的逻辑是选择一个比较难的指标，计算一下工作量，然后把大多数人的工作量累加到一起，就形成了共识。 然而令笔者没想到的是，现在很多人都拥有大量的CPU，而且不仅仅是CPU，还有专用芯片……

（4）如果大部分CPU算力都掌握在好人手里，大家一起工作，一起计算，工作量会很快积累，链会比其他链增长得更快。 如果修改了过去的块，则攻击者必须重做该块之后的所有其他块。 作者稍后会证明，随着链的增长，成功的概率不断降低。 你可以理解为：历史潮流浩浩荡荡。 如果你想逆势而上，那么你的能量就比趋势还要大。

（5）综合考虑，区块增加速度将不断调整。 如果增长速度太快，计算工作量的难度就会增加。

这是工作量证明部分的结束。 我有两个想法：

（1）你有没有发现，在看论文的时候，如果扎实做好基础工作，即使需要一些时间，效果也是可以事半功倍的。 例如，昨天我花了很多篇幅讨论HashCash。 明确了基本情况之后，讨论工作量证明就会变得容易一些。

（2）中本聪设计比特币时，想利用CPU去中心化来创造无人能控制的结果。 然而，比特币发展至今，越来越多的算力掌握在少数人手中，这很有趣。 现在所谓的挖矿，其实就是一种计算哈希值的比喻。

（3）有人认为基于工作量证明的机制太浪费资源，因此开发了一种不需要挖矿工作的新机制。 这些事会晚一些讨论。

8.网络

本部分讲述比特币网络运行的基本规则：

(1) 所有交易均在全网广播。

(2) 每个节点将新交易合并到一个区块中。

（3）每个节点计算对应区块的工作量证明，即求哈希值。

（4）如果有节点计算出哈希值，即完成工作量证明，并向全网广播。

(5) 如果一个区块中的所有交易都有效并且不存在双重支出，则节点接受该区块。 注意，如前所述，每个节点都会有所有网络交易，并且每个交易都有一个可以验证的签名。

(6) 节点识别一个区块的方式是将这个区块视为前一个区块，并继续寻找下一个区块的工作量证明。 如果下一个块数据字段中有“前一个块哈希值”，则填写认可的哈希值。

除此之外，还有几个重要的点：

（1）节点只承认网络中最长的链为正确结果，然后继续延长这条链。

(2) 如果两个节点同时发现新的不同的块并广播它们，则一些节点先接收到第一个块，一些节点先接收到第二个块。 我们应该做什么？ 做你该做的事。 继续在第一个收到的块上挖掘，但保存另一个分支。 当下一个块出现时，一个总是会更长，所以到那时，切换到更长的块。

(3)不用担心丢包。 缺失的东西总是可以通过各种方法来弥补。

九、激励机制

激励机制一直是P2P网络研究的关键问题[14,15]。 只要去中心化，就会面临激励机制问题。 为什么？ 因为你让很多人做只有一个中心才能做的事情。 一是我为什么要做这些事情？ 对我有什么好处？ 其次，涉及的人多了，就会出现搞小动作的人。 激励机制的出现，就是设计一个制度，鼓励大家努力工作，不要惹事生非。

P2P网络最初是基于“一为大家比特币挖矿软件教程，大家为一”的原则设计的。 然而，由于一些节点频繁“搭便车”，网络并没有按照设计那样运行。 例如，在BT下载中，会出现只从其他节点下载但从不或很少上传的“吸血鬼”节点。 这样，社会科学中所谓的“公地悲剧”最终就会发生[16]。

公地悲剧是指在资源共享的体系中，每个人都独立行动以实现自身利益最大化，但最终却导致与共同利益相反的结果。 在P2P网络中，如果吸血节点越来越多，网络最终会变得拥堵、崩溃。 在社会环境中比特币挖矿软件教程，每个工厂都会向外界排放污水。 最终生态环境被破坏，无人能幸免。

比特币的激励机制如何设计？

(1) 区块中的第一笔交易由区块创建者生成一个新币。 这可以鼓励节点参与P2P网络的维护，也可以将新发行的币流通到市场上。 因为在比特币场景中，不存在发行货币的中央机构。 这样，网络上出现的币就以恒定的速度发行，就像黄金矿工挖出黄金一样； 除了比特币消耗电力和CPU计算速度之外。

（2）激励机制还包括交易费用。 如果交易的输出值小于输入值，则差额就是交易费用，并在包含交易的区块下计算。 货币一旦进入流通，激励主要以手续费为主，不受通胀影响。

（3）激励机制让节点选择做诚实的节点，不做坏事。 因为如果攻击者组织了比诚实节点更多的算力，他将面临这样的选择：要么用它来欺骗其他人，把钱偷回来；要么用它来欺骗其他人，把钱偷回来。 或用它来生成新的硬币。 不过算下来，创造新币应该还是划算的，因为既然你已经拥有了一半以上的算力，那么你其实可以比其他人赚更多的钱。 按规则行事对你有利； 否则，整个网络将被破坏。 给自己留一堆硬币是没有用的。

因此，比特币的激励机制是用“币”来简单直接地激励节点。 这种激励措施的效果如何？ 因为他们知道挖矿可以赚比特币，所以现在有专门的人从事矿机的生产制造，并且已经形成了一个相当大的产业。 从这一点来看，激励效果还是相当不错的……

总而言之，本节主要讨论两个主题：

(1)比特币是通过哈希碰撞来开采的。

（2）比特币作为激励，鼓励节点参与网络运行。

参考

[14]马RTB，Lee SCM，Lui JCS，等。 一种P2P网络的激励机制，2004[C]．

[15]张凯，Antonopoulos N，Mahmood Z.点对点系统激励机制综述，2009[C].

[16]Hardin G. 公地悲剧[J]. 自然资源政策研究杂志，2009，1（3）：243-253。