作者/ERIC YAKES
翻譯/章魚哥
本系列分為四個部分，本文為第三部分。
二、《比特幣的誕生，真的改變了世界嗎？》
比特幣如何運作
比特幣可以傳送交易並將它們合併到作為賬本的公共區塊鏈中。比特幣是有價值的，因為我們可以確定賬本中包含的交易是合法的，而不是欺詐性的。由於比特幣網路的規模，我們可以確定它們不是欺詐性的。本章將解釋去中心化網路如何激勵獨立參與者在區塊鏈上組織和建立合法交易。
去中心化軟體
一臺計算機由記憶體和處理能力組成，一些計算機比其他計算機擁有更多的記憶體儲存資訊。處理能力是將輸入轉換為輸出的能力，有些計算機的處理速度比其他計算機快。軟體包含計算機被告知要遵循的規則，計算機接受輸入應用給定的規則併產生輸出。
比特幣是軟體，但它的性質與我們熟知的不同，因為它是去中心化的。我們熟悉的大多數軟體都使用中心化網路來執行。思考一下Facebook及其運作方式，當你登入建立帳戶時，你的資訊將上傳到Facebook用於儲存其使用者資訊的眾多計算機之一。每次你發帖或發表評論時，該資訊都會新增到計算機中。假如CEO想要刪除或更改你的資訊，那麼他打個電話給管理計算機的人，告訴他你的姓名就可以做到，這一切皆有可能，因為Facebook是一家中心化公司。
事實上，我們熟悉的大多數公司都以中心化的方式運營，這是有原因的。CEO只要一個電話就能做出這些改變，這一事實使公司能夠有效運作。作為這種效率的回報，公司的利益相關者（員工、股東和客戶）必須相信CEO正在同時為他們所有人做最好的決策。粗略地說，公司的CEO不需要利益相關者達成共識來實施變革，這使公司能夠在競爭激烈的市場中保持敏捷。
另一個極端是一個去中心化的小組，透過在一組參與者之間達成共識來做出決定。在其最純粹的形式下，這個系統不需要信任一個中央機構，因為利益相關者的意願將始終得到實現。這個過程效率低下，但對於制定高度受道德風險影響的行動來說是必要的。
美國的開國元勳們在構建權力平衡和我們選舉官員的民主程式時就知道這一點。它使社會能夠對他們選出的負責人保持高度的控制。簡而言之，純粹的去中心化系統緩慢且效率低下，但對於消除存在利益衝突的機構問題是必要的。
計算時代使去中心化系統成為可能，因為以接近光速傳輸資訊的能力使得去中心化的要求變得不那麼繁瑣。軟體成為去中心化的理想媒介，隨著計算機技術的進步，出現了一個新的想法，現在可以去中心化，且在操作上仍然可行。
去中心化軟體是足夠自動化的程式碼，因此不需要中心化所有者（如CEO）。相反它是與軟體互動的每個人都必須遵守的一套規則。規則一旦設定就不能更改，除非大多數網路參與者同意進行更改。
該協議是透過行動達成的，因為該軟體是開源的，每個人都有自己的程式碼副本，他們可以按照自己的意願進行更改。然而，如果一個人對他們的程式碼改動太多，他們可能就無法再與其他人的程式碼進行互動了。每個人都可以隨意更改自己的程式碼，但遵循的規則是大多數網路選擇遵循的規則。任何不想跟隨這些規則的人都可以更改他們的程式碼，但這意味著他們只能與進行此更改的其他人進行互動。簡單地說，如果有人想改變比特幣軟體，那麼他們需要說服大多數參與者也這樣做。如果他們不能，比特幣就不會改變。
去中心化系統遵循一套規則。當大多數參與者下載帶有規則變化的軟體時，規則就會改變。如果他們不這樣做，規則仍然存在，少數人必須決定是留下還是離開。
比特幣網路
比特幣網路是所有網路參與者的總和。參與者被稱為節點。一臺裝有相容比特幣軟體的計算機連線到網路，網路中的每個節點都可以透過多種方式參與，具體取決於它使用的軟體，並受到其記憶體和處理能力的限制。目前全球大約有一萬個比特幣已知節點，如下圖所示：
節點透過三個主要功能參與網路：路由、驗證和挖礦。當一個節點感知到一筆交易時，它會透過檢查傳送者是否有足夠的比特幣來消費，他們是否在其他任何地方消費過這些比特幣，以及他們的簽名是否與他們的地址相匹配來驗證它。如果所有檢查都成功，節點將交易路由到其他節點，但如果沒有，則會將其忘記。挖礦節點不僅驗證和路由，而且還向其記憶體池新增交易，並嘗試透過解決計算難題（工作量證明）將其記憶體池副本記錄在區塊鏈中。
挖礦過程
對於一個新的區塊被開採幷包含在區塊鏈中，一個採礦節點必須解決工作量證明（PoW）的計算難題，工作量證明演算法是透過生成一個低於難度目標的block header的雜湊值來解決的。因為雜湊函式的輸出是隨機的，產生一個足夠低的數字的唯一方法是猜測。難度目標是用來增加或減少礦工解決工作證量明演算法的機會。難度目標越低，它就越難解決，因為可能的答案範圍更小。
回顧一下前文中的block header：
block header的時間戳、難度目標和隨機數
下面的公式組合了這些專案並對它們進行雜湊運算：
block header雜湊=
雜湊函式（merkle根雜湊 +前一個區塊雜湊+版本號+時間戳+難度目標+隨機數）
礦工可以透過更改他們放入隨機數字段的內容來更改塊block header。因此，如果block header雜湊小於目標難度，則該塊被成功挖出。你不能只選擇一個低數字的原因是因為雜湊函式輸出是隨機的（沒有辦法讓它產生一個低數字）。
礦工們透過迭代隨機數字段來競爭解決工作量證明計算難題，直到它產生一個小於難度目標的block header雜湊。
最長鏈原則：解決分歧
一旦礦工找到解決方案，他們會立即將其廣播給他們的同伴（即他們所連線的節點）。然後，這些節點驗證解決方案是否正確，如果正確則將解決方案廣播給它們的同伴。下圖顯示95%的區塊鏈將在平均約40秒內意識到這一點。
區塊傳播時間的概率密度函式
節點透過將這個新塊合併到他們的區塊鏈副本中來接受這個新塊。礦工接受這個新塊並開始挖掘下一個區塊，將最新的區塊新增到他們的區塊鏈中，從而重新開始這個過程。這個迴圈平均每10分鐘發生一次，難度目標會自動調整以實現這一目標。
因為難度目標平均每10分鐘調整一次以找到一個區塊，所以我們知道礦工平均每10分鐘就會因為成功挖到區塊而獲得一個區塊獎勵，區塊獎勵包括節點為交易中支付的費用，而coinbase 交易創造了更多新的比特幣。
區塊獎勵=coinbase交易 + 區塊費用
2008年，coinbase交易獎勵了50個比特幣，並計劃每四年減少一半，直到2140年達到 2100萬比特幣的最大供應量。
如果來自不同節點的區塊鏈的不同副本同時被解決了怎麼辦？如果節點之間有分歧，他們會遵循最長鏈的原則：
1.他們在收到的第一個區塊上工作，但儲存區塊鏈的另一個分支，以防它變得更長。
2. 一旦發現下一個區塊一條鏈就會變長，短鏈的節點就會轉而去挖最長鏈。
節點遵循最長鏈原則，以便隨著時間推移解決所有分歧。
激勵機制：工作量證明 (POW) 演算法
一個需要回答的重要問題：為什麼有些礦工的區塊不是每10分鐘隨機選取一次？為什麼我們必須消耗所有這些能量執行計算機來解決這個問題？
好吧，我們知道PoW會造成數字稀缺性，但還有另一個目的：安全。區塊鏈由解決演算法的人擴充套件，如果礦工解決了這個問題，他們可能會合並欺詐性交易。但是這些欺詐交易會被其他節點拒絕，因為它們沒有透過驗證。因此為了擴充套件具有欺詐交易的區塊鏈，它必須由有興趣這樣做的礦工擴充套件，這將需要整個網路超過50%的計算能力。因此開採成本越高，壞人就越難這樣做。
這樣做也不符合壞人的最佳利益，用中本聰的話來說：
他應該發現按照規則行事更有利可圖，規則有利於他獲得比其他人加起來更多的比特幣，而不是去破壞制度。
換句話說，如果有人成功攻擊比特幣，它會同時破壞比特幣的價值（因為網路不再安全，就沒有人會想持有比特幣），攻擊將毫無價值。這種博弈論激勵是比特幣抵禦不良行為者的主要防禦措施。
工作量證明演算法就像一個測試。學生們花了很多時間和精力來參加測試，除了證明他們的知識之外，沒有任何有形價值。透過這樣做，學校可以從畢業生的表現中獲得信譽，並讓他們放心畢業，因為他們已經證明了自己的知識。
同樣的比特幣透過其網路的安全性獲得可信度。它的安全性在於人們肯定知道比特幣永遠只會有2100萬個，挖礦成本是確定這一點的原因。確保比特幣網路的安全意味著保護一個無信任的、去中心化的貨幣媒介不受道德風險的影響。貨幣體系是經濟的基礎，反過來其安全性也是至關重要的，法定貨幣更像是一所沒有考試的學校。
比特幣的規則
在瞭解了比特幣的作用及其工作原理後，我們現在可以總結比特幣網路節點遵循的最重要的規則。比特幣是軟體，所以如果你想知道規則，最好的方法就是檢視程式碼。如果你不知道該怎麼做，下面是最重要規則的總結。這些規則對於掌握比特幣軟體如何形成交易、將它們編譯成區塊、將區塊固定到鏈中以及確保新比特幣的固定供應時間表是必要的。為便於理解，下面的規則被劃分為交易層面和區塊層面，儘管有些規則並不相互排斥，可以包括在任何一個類別中。
這些規則存在於共識中，因為網路參與者願意接受它們。參與者透過下載比特幣軟體並使用它來接受它們。在法幣系統中，規則不是透過共識產生的，而是透過法令（法幣這個詞的定義）出現的。我們不對我們的貨幣政策進行投票，相反貨幣政策受政客影響並由這些人控制：
美聯儲理事會2019年4月會議
為什麼比特幣具有價值
人們購買比特幣是因為它具有優越的貨幣屬性，從而提高了其價格。價格上漲吸引了更多的礦工，擴大了網路的計算能力，並使網路更安全，從而更有價值。隨著時間的推移，這進一步增加了價格，隨著比特幣價格的上漲，它創造了一個積極的反饋迴圈，參與者相信它會繼續上漲，這就是應用於價值標準網路效應的力量。這個反饋迴路是以比特幣的貨幣屬性（由規則決定）為前提的，因為如果沒有這些屬性，人們首先就不會去投機比特幣。
規則如何改變
比特幣軟體被稱為Bitcoin Core，可以在bitcoin.org下載，這是使用最廣泛的比特幣軟體，但還有其他有效版本的比特幣軟體。其他版本必須與Bitcoin Core保持最低水平的相似性才能參與比特幣網路。這個最低水平是一個節點需要以與其他節點相同的方式檢查交易和區塊的有效性。如果它不這樣做，它建立和轉發的交易/區塊將可能不被其他節點接受，反之亦然。Bitcoin Core是這些規則的標準，因此是比特幣事實上的規則手冊。
為了改變規則，需要在三個主要利益相關者群體之間達成共識：
你可以看到每個群體都有一種權力形式，但沒有一個群體擁有完全的控制權。請注意有一小部分開發人員可以實際更新程式碼（稱為提交許可權），而社羣的其他成員則公開提出更改建議。
如果有人試圖控制這一小部分有提交許可權的開發者呢？他們有能力為社羣製作新的軟體，讓社羣成員自願下載，但不能強迫他們下載。此外軟體的所有更改都由社羣成員稽覈，因為它是開源的，所以任何修改都會很快被發現。
比特幣規則由社羣建立並由具有提交訪問許可權的開發人員實施。節點（礦工）必須下載更新的軟體，以使網路接受它，投資者必須繼續持有和購買比特幣才能使軟體更改生效。
比特幣規則的改變需要主要利益相關者群體達成共識。
我們的法定金融系統由一個高度集中的集團控制。你可以選擇是要遵守比特幣系統的民主，還是要遵守當前法定系統不斷變化的規則。隨著越來越多的人採用比特幣系統，這個決定將變得更加容易，然而這種採用需要對目前支援它的生態系統進行重大開發。
參考文章
1.Bitcoin and Cryptocurrency Technologies, Arvind Narayanan, Joseph Bonneau, Edward Felten, Andrew Miller, Steven Goldfeder, 195
