什麼是比特幣？比特幣如何運作？

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@blave_news

11 min readFeb 17, 2022

「比特幣」一詞相信大家都不陌生，它自2017年市值大幅上漲開始就不斷占據全球範圍內的媒體。即便如此，仍有許多人對它不了解，認為比特幣只是沒有價值的「虛擬貨幣」。事實上，比特幣不僅僅只是個加密貨幣，它背後的原理以及理念都是非常值得我們去學習。

今天我們就來以初學者的角度出發，全方位地了解比特幣。

重點整理：

什麼是比特幣？
誰是本中本哲史？
白皮書
比特幣挖礦
4個比特幣的優點
5個比特幣的缺點
如何購買比特幣
現金比特幣的趨勢

什麼是比特幣?

比特幣，英語為 Bitcoin (₿)，是一種存在於網路上的加密貨幣 (cryptocurrency)，無實物流通，主要透過去中心化與點對點 (peer-to-peer, P2P) 的方式來轉換價值。也就是說，比特幣完全獨立於中央政府或銀行的管轄。

誰是中本哲史?

中本哲史，又名忠本聰 (Satoshi Nakamoto)，是一位在網路上以日本裔、日本名作為化身的電腦科學家與密碼學家；他或她被普遍認為是比特幣的創始人。由於至今未找到任何真實性名為「中本哲史」的人；因此許多人認為其幕後推手可能並非一個人，而是一群人或一個組織。

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白皮書

中本哲史自2007年開始編寫比特幣的編碼，並於2008年的8月初創立了網域bitcoin.org，開啟了比特幣的世界。同年10月31日，中本哲史在網站上發表了一篇名為《比特幣：一種對等式的電子現金系統》 (Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System) 的論文，詳細介紹了一種使用點對點網絡解決雙重支付 (double-spending) 問題的方案。

文章中幾個比較重要的名詞為去中心化、區塊鏈、哈希函數。

去中心化

中本哲史提出了一種去中心化的 (decentralized) 交易方法，實現了透過不同的節點來傳遞資訊、驗證、管理等。每個節點的權益是相等的，且即便失去其中一個也不會影響整體運作。除此之外，在去中心化市場中，投資者能夠直接相互交易，無須透過任何中央機構。

區塊鏈

去中心化的市場最終變成了我們今天熟悉的區塊鏈技術 (blockchain technology)，而比特幣、以太幣等加密貨幣都是建立在區塊鏈上。在區塊鏈中，交易的時間戳會根據工作量證 (proof-of-work) 明添加到先前時間戳的末尾，從而創建無法更改的歷史記錄。

用一個簡單的例子來說明。

假設今天有四個不同的人: 甲、乙、丙、丁。
甲、乙、丙各有三枚比特幣，而丁有五枚。
甲、乙、丙要各自打兩枚比特幣給丁。

當交易成立時，每個人，包括收款人的的交易紀錄、比特幣持有量、時間、金額皆會被記錄在一個區塊 (block) 中。
這三筆交易的區塊會串連在一起變成一鏈，我們稱其為帳本 (ledger)。

這一串帳本在以去中心化的方式分給甲、乙、丙、丁四位交易員，變成所謂的分散式帳本 (distributed ledger)；也就是說凡是參與者必能瀏覽一切資料，預防潛在的駭客、超額支付。

哈希函數

另一個很重要的概念是哈希函數 (hash)，亦稱散列函數。它指的是可將任意長度的X輸入轉換為固定長度的加密輸出Y，而無論所涉及的原始數據量或文件大小如何，其唯一的哈希值始終是相同的大小。

這個輸出的Y通常類似以下這組編碼，而眾所皆知，比特幣使用的SHA256，意思是它的輸出有256個位元。

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哈希函數常被比喻為區塊鏈的指紋，原因是每組編碼獨一無二。哈希值對於區塊鏈來說非常重要；它會在一區塊成立時計算出來。

另外，哈希函數也是有效地將多個區塊鏈在一起的媒介，因為每一個區塊中除了包含自己的哈希函數以外，還有「前一區塊的哈希函數」。也正是因為此技術使得區塊鏈非常地安全。倘若其中一區塊遭到竄改，整鍊區塊會變得無效，因為遭竄改的區塊的哈希函數會無法與下一塊區塊中的「前一區塊的哈希函數」配對。

哈希函數的特點:

1. 決定性 (deterministic)

無論輸入多少次相同的X，得出的Y永遠會一樣。

2. 快速計算 (quick computation)

如同能輸入X得到Y；輸入Y也能快速得到當初輸入的X。

3. 原像攻擊 (preimage attack)

承接上點，雖然X與Y是相通的，但Y的序號通常非常複雜，以致於無法以人為的方式由輸出的Y得出輸入的X。

4. 改變輸入即改變輸出

若對輸入的X做編輯，如論是大或小，輸出的Y都會是一組完全不同的編碼。

5. 不重複

輸出的Y值幾乎不會重複，或許在遙遠的未來很可能出現重複的組合，但就現階段而言這是完全無須擔心的。

節點與礦工

節點與礦工 (miner) 的概念相似，兩者的工作都是維護整個區塊鏈，但它們之間仍有不同之處。

簡單地說，節點和礦工都擁有整個鏈的備份，但節點通常是一臺電腦或平板等可連線至網際網路的機器；礦工則是在每次交易成立時，透過解決密碼題 (稱為 SHA-256 哈希函數) 的過程來構建分散式帳本。

比特幣挖礦

挖礦是生產比特幣的一個重要過程，而且它非常繁複。礦工需透過安裝了特定芯片和軟體的電腦做哈希函數題來計算出正確答，如此一來即可獲得一些比特幣作為報酬。

比特幣的網路因為礦工數量增加、計算速度變快、導致算式越變越難解，因此人們需要更大算力 (hash rate) 的應用程式或軟體來挖礦。有鑑於此，許多礦工會加入礦池 (mining pool) 和一群人一起挖礦解題，而最終的酬勞是依據每個人的貢獻平均分配。

挖礦的工具

傳統挖礦可在一般電腦上運行，但隨著算力的需求越來越大，礦工需要特別的設備來挖礦。以下兩臺為Amazon美國官網上最熱門的硬體:

1. AntMiner L3+ ~504MH/s @ 1.6W/MH ASIC Litecoin Miner

AntMiner L3+ 主打速度與省電，其電纜可直接連接美國 (同臺灣) 的插座。

2. Antminer S19 95th/s Asic Miner, 3250w Bitcoin Miner Machine, New Bitmain Antminer S19

Antminer S19 95th/s Asic Miner在價格上稍微低於一般礦機，是入門的好選擇。

挖礦的問題

挖礦是一個非常環境不友善的活動，其原因大致可分為以下兩種:

1. 耗電量

挖礦非常耗電，因為礦工需要讓電腦或礦機不分晝夜地運轉，而這些已經非常耗電的機器在長期運作的情況下會持續發熱，使得它們吃更多電力來散熱。根據劍橋比特幣電力消耗指數 (Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index) 的估計，全球比特幣礦場一年的耗電量超過阿根廷、荷蘭等國家，而這量每年都在攀升。