比特币白皮书：一种点对点的电子现金系统

比特币白皮书：一种点对点的电子现金系统

本文是中本聪于2008年10月31日发表的比特币白皮书，它阐述了一种全新的电子现金系统，该系统基于点对点网络，无需依靠金融机构作为可信的第三方。

问题

现有的电子支付系统依赖于金融机构作为可信第三方，这导致了几个问题：

• 交易不可逆转，因为金融机构需要参与仲裁争议；
• 交易成本较高，因为仲裁成本增加了交易成本；
• 难以进行小额支付，因为最小可能交易规模受到限制；
• 无法为不可逆的服务提供不可逆的支付；
• 交易存在风险，因为商家必须提防欺诈行为；
• 交易需要信任，因为双方必须信任对方或第三方才能进行交易。

比特币的解决方案

比特币提出了一种基于加密证明而非信任的电子支付系统，它允许任意双方在不需要信任第三方的情况下直接交易。其核心思想是使用点对点的、分布式的时间戳服务器去生成基于算力的证明，按照时间顺序记录每条交易。

时间戳服务器

时间戳服务器为一组数据的哈希值打上时间戳，并将其广播出去，就像报纸或新闻组的帖子那样。每个时间戳包含着之前的时间戳的哈希值，形成一条链。

工作证明

为了实现一个基于点对点的分布式时间戳服务器，比特币引入了工作证明机制。工作证明系统通过寻找一个满足特定条件的随机数（Nonce），这个条件是，这个随机数的哈希值以一定数量的 0 开头。每个区块都包含一个随机数，而找到满足条件的随机数需要消耗大量的计算资源。

工作证明机制解决了如何决定谁能代表大多数做决定的问题。CPU 算力越多，投票权越大。通过工作证明，节点可以通过不断生成新的区块来投票，而最长链代表了大多数节点的意见。

网络

比特币网络的运行步骤如下：

1. 所有新的交易向所有节点广播；
2. 每个节点将新交易打包到一个区块；
3. 每个节点开始为此区块寻找工作证明；
4. 当某个区块找到工作证明，它将广播给所有节点；
5. 其他节点只接受包含有效交易且未被双重支付的区块；
6. 其他节点通过将其哈希值添加到下一个区块来表示接受该区块。

奖励

每个区块的第一笔交易会生成一枚新的比特币，奖励给生成该区块的节点。这使得节点有动力支持网络，也为比特币的流通提供了机制。

回收硬盘空间

为了节省磁盘空间，比特币采用 Merkle 树来保存交易记录，只将根节点纳入区块的哈希值中。这样可以压缩老区块并删除不必要的交易记录。

简化版支付确认

用户可以通过查询在线节点来确认自己拥有的区块是否来自最长链，并获取 Merkle 树的树枝节点来连接到被打上时间戳的交易。这样用户可以验证交易是否已经被网络节点接受。

隐私

比特币通过公钥匿名来保护用户隐私。虽然所有人都可以看到某某向某某转账了一定的金额，但没有人知道交易双方是谁。

计算

比特币网络的安全性基于工作证明机制，攻击者需要控制超过大多数节点的算力才能篡改系统。由于工作证明的难度随着时间的推移而不断增加，攻击者想要篡改系统的概率会指数级下降。

结论

比特币提出了一种基于加密证明的电子交易系统，它允许任意双方在不需要信任第三方的情况下直接交易。比特币网络的安全性、去中心化、透明性和可验证性使其成为一个具有颠覆性潜力的创新。