一、区块链的前世

本部分从区块链的第一个应用——比特币讲起，回顾了从1998年诞生以来，比特币波澜壮阔的发展历史，也简单介绍了区块链技术所支撑的其他数字代币，如莱特币、狗狗币等，使读者对区块链的发展背景有一个基本理解。

随后给出了区块链的发展大事记，帮助读者按照时间进度来梳理区块链的发展脉络，并分别从技术、金融和互联网经济角度给区块链下了定义。

区块链的基本技术原理是本篇重点，我们层层剖析，帮助读者揭开区块链的神秘面纱。

第一，分析其数学原理，介绍区块链如何解决了分布式计算中著名的拜占庭将军问题。第二，分析其计算架构，介绍区块链是架构在点对点通信网络（P2P）基础上的，它是一个去中心化的系统。第三，分析其数据结构，介绍区块链本质上是一个分布式账本，一段时间内的交易被记录在一个区块上，块与块按时间顺序链接起来形成区块链。第四，分析其密码学算法，介绍区块链的加密原理，通过加密保证了区块链数据库的真实、一致和安全。第五，分析其运营机制，介绍了网内节点如何争取区块链记账、验证和维护的权利，介绍了工作量证明、股权证明、代表股权证明等共识机制。第六，介绍了比特币区块链的基本运作原理和系统程序。通过这部分，读者将基本掌握区块链的技术原理和轮廓。

货币金融曾是区块链的主要应用领域。本部分首先分析了区块链在货币金融等领域的五个应用价值，包括：（1）去中心化、去信任，真正通过区块链系统来取代金融信用中介；（2）实现货币交易数据的分布式共享，保证了交易的透明性；（3）实现真实记录交易历史，保证了交易的不可篡改；（4）实现数字货币等数字化资产的智能化管理；（5）通过共识机制等构建起支撑分享经济发展的新秩序。在这些应用价值的基础上，介绍了世界各国对数字货币的政策，分析了主要数字货币的运行现状，也介绍了很多基于比特币的创新应用，如比特币储蓄、贷款、信用卡、ATM等。

本部分最后，分析了比特币区块链的主要问题，包括交易效率低和交易确认时间长、高耗能、技术性能、安全性、与货币金融体系融合等问题，让读者理解比特币区块链能做什么，不能做什么，需要改进什么。本部分也介绍了当前对比特币区块链的升级和完善的相关工作。

从2015年开始，一个新概念——区块链（Block Chain）在国内开始传播。开始，很多人觉得这又是一个新的噱头，对这个很技术化的新词并没有太在意，当时，大家关注的热点还在“互联网+”、“大数据”、“人工智能”上面。但是，这一年多发生的几件事情，刺激了人们的神经。第一件事，央行周小川行长两次讲话提及数字货币和区块链，释放了某种政策信号。第二件事，首届区块链技术大会在上海举行，金融界、互联网界大咖云集，盛况空前。第三件事，IBM、微软等IT界巨头，埃森哲、德勤等咨询公司，纷纷做出战略调整，宣布将区块链作为未来重要的战略方向。区块链一夜之间成为金融界热议的词汇！但是出了这个圈子，你提到区块链，很多人会问：“那是什么？”通常，我就用这本书的题目做回答“它将是新一代价值互联网的基石”，他们会吃惊地瞪大眼睛，然后让我给他们好好讲讲。

区块链这个概念，8年前就被提出来了，但那时，比特币（Bitcoin）是主角，区块链是配角。比特币的大起大落，至今让我们记忆犹新。区块链最初是比特币的底层技术，是比特币的总账系统。今天，区块链的应用范围已经不仅仅局限于比特币，所以区块链专家会反过来说，比特币是区块链第一个成功的应用。了解区块链，我们先从比特币讲起。

（一）发源于数字货币

说文解字，比特币，既然称为比特，是数字字节（Byte）的译音，一定和数字化相关，既然称为“币”，一定和钱有关系。没错，比特币就是一种数字货币。比特币是网络上的虚拟货币，它不同于现实世界中各国的法定货币，也不同于互联网公司内部发行的虚拟代币，如Q币等，比特币是一种没有特定发行机构的数字货币，不由中央银行发行，也不由任何一个企业发行。

1．比特币的核心引擎

比特币的成长史，是一部“血泪史”，大起大伏，波澜壮阔。

2008年11月1日，中本聪（Satoshi Nakamoto）在密码学讨论组上贴出一篇文章，题目是《比特币：一个点对点（P2P）的电子现金系统》，阐述了他对数字货币的新构想。这篇文章只有9页纸，图文并茂、通俗易懂地阐述了比特币的技术原理。今天区块链界热议的概念“比特币”、“区块链”、“时间戳”、“交易结构”、“工作量证明”、“支付验证”等都在这篇文章中提了出来，这是比特币和区块链的理论奠基之作，影响深远，意义重大！这篇文章宣告了比特币就此问世！

在此之前的十年，已经有很多关于数字货币的有益尝试，比如b钱、比特金等，但这些尝试都不是很成功。数字货币，本质上就是电子化的数据，由于没有黄金或纸币等实物限制，很容易被复制或者篡改，因此它最大的挑战在于如何防止“造假币”，银行的同仁们称为“双花”问题。解决“双花”问题，以往的办法是借鉴现实世界中法定货币的做法，由各方共同信任的第三方统一发行货币、统一记账、统一清算。这是一种“中心化”的信用体系，所有资金往来交易都在一个“有信用”的中心汇总成总账，每笔交易的借贷都记在账上，确保不能重复支付。但是，互联网是一张全球互联互通的网，去中心化是其典型特征，把线下的中心化信用体系在线上重建，实际上要牺牲掉互联网的很多好处。例如，跨境支付或者跨平台支付，本来在一张网上，但每一笔支付却要在多个第三方机构间进行流转，显得十分低效、笨拙、透明性差。

比特币和区块链是一个伟大的发明，中本聪巧妙地解开了数字货币面对的诸多难题！中本聪是一个大师，他既有对互联网技术的深刻理解，也对货币学很熟悉，还能很好地参透人性的本质。当然，这一成果建立在二十多年的加密数字货币研究和四十多年的密码学研究的基础上，有着全世界数千位研究者的心血。比特币建立了一个全球共享的分布式账本系统，一个去中心化的、去信任的账本系统，中本聪称之为区块链。全球共享，意味着全球就这一本总账，网内所有用户共同拥有它；分布式，意味着这本总账不是集中地存放在一个中心服务器上，而是分布式地存放在网内所有用户的计算机上；去中心化，意味着没有一个第三方的中心机构来记录、管理和维护这本总账，网内所有用户共同争取记账权，共同来进行账务处理；去信任，意味着不再需要收支双方共同信任的第三方机构来做保障，区块链本身是被网内所有用户共同信任的。

这不是神话吗？世界各国央行建立了庞大的机构，雇用大量专业人才，投入巨资才能够确保中心化的信用体系发挥作用。一个概念，一个新技术，怎么就能让网内所有用户持之以恒、共同出力来推动一个全球化平台的正常运营呢？其实，这恰好证明了区块链的伟大之处！打个比方，如果有一个非常好玩的游戏，打完游戏后还能让你发财致富，你愿不愿意做？我想，这件事不用任何人驱动，每个人都会像打了鸡血一样，拼命地去做。比特币系统的设计，正是采用了这样的激励机制。

为了激励用户共同维护这本总账，中本聪设计了一个机制——谁争取到了记账权，谁就拥有了比特币。为了获得比特币，用户就会拼命地争取记账权。那么比赛的规则是什么呢？出一道密码破解难题，谁解得快，谁就获胜，拿到记账权。然后，对当前时间加密的比特币交易数据盖上时间戳，形成一个区块。所以，网内每个用户都乐于贡献出自己的计算机，下载一个比特币客户端软件，登录后就正式成为一名记账比赛的参赛选手，俗称“矿工”。工欲善其事，必先利其器。每个用户的计算机，俗称矿机，运算能力必须足够强，才能挖到矿。每个用户的客户端软件争相破解密码难题，第一个破解难题的“矿工”会得到50比特币的奖励。在这个时间点和上一个时间点之间的相关交易记录就被打包形成一个区块，并加入区块链。随着“矿工”数量的增加，每个难题的困难程度也随之提高，大约每10分钟会形成一个区块。每达到21万个区块，奖励就减半，从50比特币减到25比特币，再从25比特币减到12.5比特币，一直持续下去。到2140年，比特币将会达到预定的2100万枚上限。全世界就这么多比特币，不是想印就印的。从技术上看，比特币采用了点对点网络（P2P）和分布式数据库系统的设计，能够保证建立全局共享的分布式账本系统；比特币也采用了密码学的设计，能够确保货币流通各个环节的安全性，使比特币只能被真实的拥有者转移或支付，也确保了货币所有权与流通交易的匿名性。这就是比特币的基本原理。

2009年1月，中本聪成为挖到比特币的第一人，他创建了创世区块，获得50枚比特币。中本聪也公布了比特币系统的开放源代码。从2009年到2010年的一年时间里，比特币还只局限在密码学的小圈子中。但酒香不怕巷子深，渐渐地比特币的名气越来越大，数字货币的“前辈”们纷纷为它点赞，戴伟（Wei Dai）——b钱发明者，称它“具有划时代意义”；尼克·萨博（Nick Szabo）——比特金发明者，称赞它“是对世界的伟大贡献”；哈尔·芬尼（Hal Finney）——杰出的密码学专家，认为比特币具有“改变世界的潜力”。

2010年4月，比特币的价值还很低，1比特币的价值低于14美分。2010年5月22日，美国佛罗里达州的程序员拉斯勒·豪涅茨（Laszlo Hanyecz），用10000比特币购买了价值25美元的两块比萨（图1-1）。他把比特币发给英格兰的一个志愿者，然后收到一份来自大西洋彼岸的信用卡订单。这是现实世界中第一笔比特币交易，这一天后来被比特币界确立为比萨日！2010年夏天，比特币交易开始活跃起来，由于比特币供应远小于需求，网上交易价值开始上升。到2010年11月初，比特币的价格升至36美分。

2011年2月，比特币继续升值，和美元的兑换率达到了1:1，此后比特币稳定在87美分上下，也曾涨到过1.06美元。

2012年，比特币价格实现爆发式增长，6月份达到1比特币兑换27美元。一个自称MB骑士（KnightMB）的田纳西州人，持有371,000个比特币，价值超过1000万美元，是当时比特币王国最富有的人。而两年前豪涅茨买比萨花的10000个比特币，已经价值272,329美元，豪涅茨打趣地说：“我觉得没啥，那些比萨的确好吃。”随着比特币交易的活跃，更多比特币交易平台承担起了“比特币兑换现金”和“现金购买比特币”的功能。

2013年，是比特币发展的一个高峰。全球的银行家、投资人、互联网公司的高管都开始关注和参与比特币交易。他们认为，比特币对未来金融创新有很大的意义。比特币的价格在2013年上升了大约100倍。2013年11月，在中国买家的带动下，比特币价格攻破1000美元大关，最高达到1200美元，并一度接近一盎司黄金的价格，中国的比特币交易所开始获得全球比特币的定价权，引领全球行情。但是，机遇与挑战并存，也就是在这一年，比特币遭遇了一次重大技术风险。2013年3月11日，比特币客户端版本号为0.8的新版本和旧版本产生冲突，引起了比特币网络在高度为225430处区块的硬分叉，使用0.7等旧版本的矿工和比特币商家拒绝接受新计算出来的区块链。在强迫大型矿池返回0.7旧版本后，分叉重新合并，问题得到解决。也是在这一年，世界各国加强了对比特币的监管。5月份，两家美国比特币交易所被关闭，美国开始重视比特币给美元带来的挑战，并出台了一系列监管措施。12月份，中国人民银行等五部委联合出台《关于防范比特币风险的通知》，国内第三方支付机构开始不支持比特币交易平台的转账和提现，受此影响Okcoin和比特币中国等比特币交易平台宣布暂停人民币充值，比特币价格大跌60%，随后在美国和欧洲买盘的推动下，价格企稳反弹，回到800美元左右。

2014年，比特币界又遭遇了一场重大变革。2014年2月，曾是全球最大的比特币交易网站Mt.Gox正式宣布申请破产，并于2014年3月3日在网站公告称，由于比特币系统漏洞被利用，导致约85万枚比特币被非法转移。人们对比特币的信心骤减。这一年，非法比特币交易也猖獗起来，如用于敲诈勒索、购买毒品、雇用打手、与恐怖组织关联等，让比特币一度声名狼藉。Mt.Gox关闭，却让中国的比特币交易平台火爆起来，中国买家一跃成为购买比特币的主力人群。

随着比特币的日益风行，世界各国监管机构纷纷出台法律法规，明确界定了比特币的性质。2013年6月，德国议会决定持有比特币一年以上将予以免税，比特币随后被德国财政部认定为“记账单位”，这意味着比特币在德国已被视为合法货币，并且可以用来交税和从事贸易活动。2013年8月，美国得克萨斯州地方法院在一起比特币虚拟对冲基金的案件中裁定，比特币是一种货币，应该将其纳入金融法规的监管范围之内。美国商品期货交易委员会将比特币和其他数字货币定义为商品。2013年12月，中国政府的《关于防范比特币风险的通知》指出，虽然比特币被称为“货币”，但由于其不是由货币当局发行，不具有法偿性与强制性等货币属性，并不是真正意义的货币，禁止国内银行和第三方支付机构替比特币交易平台提供开户、充值、支付、提现等服务。中国政府认为，比特币是一种特定的虚拟商品。在英国，比特币被认为是货币，而在瑞典和德国它则被视为商品。欧盟法院为了解决内部分歧，认定比特币就是一种货币，但不是法定货币。

在2015年的大部分时候，比特币的价值已经相当稳定，比特币的价格都维持在了250美元上下。各国监管机构和金融机构也逐步开始承认它。

到2016年4月28日晚8点，比特币总市值448亿美元，比特币价格为445美元，比特币区块链上共有409,270个区块，总数据容量60GB以上。全网算力1044Petahash /s，目前我国的天河二号超级计算机的算力也只有33Petahash /s。

2015—2016年比特币市场走势如图1-2所示。

当前，比特币仍然是全球最大的数字货币。作为区块链的第一个成功应用，比特币也是区块链的最大实验田！

2．扩展到了更多数字代币

比特币不是网上唯一的数字货币，还有以太坊（Ethereum）、莱特币（Litecoin）、瑞波币（Ripple）等其他数字货币（或称为数字代币），这些货币的支撑技术也多是区块链。

TOP 15数字代币如表1-1所示。