作者：张小猛
出版社：机械工业出版社
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破冰区块链——原理、搭建与案例试读：
本书以比特币作为切入点，首先用比较容易理解的语言介绍了区块链的基本知识、区块链技术的主要构成、区块链和数字货币相关的产业链，然后从技术层面全面揭示了比特币核心钱包、以太坊、超级账本等主流区块链框架的搭建与开发，最后给出了区块链的实际应用和多个国家对区块链的相关政策。
本书可供区块链行业创业者和从业者阅读参考，也可作为互联网及大数据、人工智能等行业相关人员、高等院校相关专业师生及研究机构从业人员的参考用书。
图书在版编目（CIP）数据
破冰区块链：原理、搭建与案例/张小猛，叶书建编著．—北京：机械工业出版社，2018.8（区块链书系）
ISBN 978-7-111-60686-4
Ⅰ．①破… Ⅱ．①张…②叶… Ⅲ．①电子商务-支付方式-基本知识 Ⅳ．①F713.361.3
中国版本图书馆CIP数据核字（2018）第185834号
机械工业出版社（北京市百万庄大街22号 邮政编码100037）
策划编辑：任 鑫 责任编辑：顾 谦 任 鑫 翟天睿
责任校对：庞秀云 责任印制：
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2018年9月第1版第1次印刷
145mm×210mm · 9印张· 227千字
标准书号：ISBN 978-7-111-60686-4
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封面无防伪标均为盗版推荐序推荐序一 脚踏实地—做科技的践行者
第一次接触区块链是在2012年，2012年是怎样的一年呢？2012年，互联网金融方兴未艾，P2P和众筹也刚刚兴起，同时比特币区块奖励正准备进行着第一轮的减半。在此之前，第一次接触到的电子现金的概念应该是大卫·乔姆发明的E-Cash。按照各种文献记载， E-Cash可以说是第一种电子现金了，它当时也是掀起了轩然大波，微软等巨头都有意收购E-Cash。可惜，由于种种原因，E-Cash并没有发展起来。从电子现金到加密货币概念的兴起，我一直最关心的事情是—到底是什么技术能够把数字资产做到去中心化，同时具备不可伪造、不可篡改的特性，基于这一点最原始的好奇心，我也一直没有停止过了解最新区块链技术的相关信息。
2013年比特币矿机开始盛行，与此同时，中国正经历着前所未有的移动互联网大潮和互联网金融大爆发，直到2017年，加密货币众筹也进入了白热化的发展阶段，身边开始有很多从事不同行业的人多次问起区块链的相关知识，甚至有学生问起如果要进入区块链行业应该要学些什么知识，可以开展什么形式的创新活动。我突然意识到区块链爆发的时代很可能比预想中要来得更加迅猛，带着区块链与生俱来的去中心化的信任体系，去中心化的组织结构，以及去中心化的资本运作方式。
介入任何一个新的技术领域，了解基本的概念和系统的原理非常重要，一方面这将有助于将来从理性的视角去看待技术本身；另一方面甚至会成为这个技术社区的一分子，让新技术发挥真正的价值。这部作品是国内比较全面介绍区块链基础知识、比特币核心钱包、以太坊虚拟机以及Hyperledger区块链的书籍。区块链技术目前还是一个超级年轻、极不成熟、正处在激烈嬗变中的新技术领域，还有很多新技术和新应用方向有待发掘，在这个时候成书，一方面要求作者深入技术细节紧跟技术的实际应用，同时还需要作者对大量的第一手资料进行研究，以及进行一些原创性的工作，作为先行者的工作确实不容易。作者的努力成果，是对于有志于从事区块链领域相关工作的所有读者的一份馈赠，令人赞赏。
本书的编著内容深入浅出、图文并茂、案例丰富，操作的每一步均有迹可循，在区块链技术发展还处于早期的阶段，对于想进入区块链世界的初学者、希望真正“破冰区块链”的研究和实践者应该是一个非常好的文献资料。尽管区块链技术还在不断地快速迭代，本书中的观点可能存在可商榷之处，但是这不正是所有人类技术变革最令人兴奋之处吗？脚踏实地—做新技术的践行者，我愿意将本书推荐给对区块链有兴趣和愿意从事区块链行业的同行。广东省数字内容管理工程技术研究中心主任广东高校数字内容管理工程技术研究中心主任广东省计算机学会常务理事汕头大学教授蔡伟鸿推荐序二 开启区块链之旅
本书十分适合希望通过阅读了解并熟悉21世纪重大创新技术—区块链的人士。
在比特币经历价格泡沫并在其行情冷却后，区块链作为一种支持比特币运行的底层技术，被单独抽取出来，并渐渐从幕后走向台前。
似乎只是短短一两年的时间，区块链已经热火朝天，国际金融和科技巨头高调进军区块链技术后，各国政府也开始积极行动起来。区块链技术被“数字经济之父”唐·塔普斯科特断言为“颠覆货币、商业和世界”的技术。
那么，区块链作为比特币的底层技术，为什么会有这样大的魅力呢？因为，在全世界业内人士看来，区块链技术或许是引发第四次工业革命的关键。
本书立足于专业知识，侧重于通俗演绎，将一个又一个复杂而又隐晦、专业的区块链知识，通过一个又一个图标和案例，深入浅出地剖析清楚，使读者轻松领会世界金融和科技巨头（如IBM、微软、阿里巴巴等）都为之着迷，具有颠覆全球行业潜质的区块链的魅力；同时，本书对区块链的创业、投资也具有很好的引导意义。我谨代表区块链联盟，推荐区块链行业创业、从业及关注者阅读本书，开启属于你的区块链之旅！区块链联盟主席《区块链的逻辑》和《股权激励实操一本通》作者向凌云推荐序三 区块链—一个记录现实、构筑未来的神奇账本
区块链的本质是一种底层通用型技术，通过区块链可以构建由众多参与者共同维护的分布式账本。区块链技术诞生于比特币网络，从最初被提出至今，其已经整整走过了近十年时光。相对于诞生之初仅仅流行于极客圈，时至今日，区块链技术已经向公众展现了其巨大的应用价值潜力。2017年被誉为区块链技术元年，2018年则是区块链应用元年。人们不吝把“价值互联网”“秩序互联网”等各种赞美之词赠送给区块链。
区块链技术是一整套已有技术的组合，经过了精心的设计，这些已有技术之间产生了奇妙的化学效应，能够低成本地解决价值传递、信任共识等基础性问题。可以说，区块链承载了人们对于平等互信的理想。从初代的比特币网络，到以智能合约为代表的第二代区块链技术，发展至通证、侧链为代表的第三代区块链技术，区块链技术正在加速兑现着对世界的承诺。通证发行、共识机制、激励措施等皆出于人们的精心设计，这些设计背后反映的是人与人、人与世界之间的关系，设计即人性！
走过十年，我们依然处于区块链技术发展的蒙昧时代，我们就像是站在半掩着的区块链大门口前探索的、未知的、好奇的孩子，等待着进入区块链房间的那份惊喜。本书是作者多年从业经验的积淀总结，书里满是权威精湛的技术、深入浅出的内容、妙趣横生的类比和生动活泼的案例，这些诚意满满的干货让人如沐春风。本书为我们彻底打开了区块链这扇门，带领我们进入了区块链的房间，让我们了解了技术背后的逻辑和原理、系统如何实现、技术怎么与商业完美结合等一系列问题。通过区块链的房间，当我们再次开启另一扇门，相信呈现在我们眼前的将会是通往未来世界之路。正如区块链的潜力无法估计一样，这本书对于我们的影响也未可限量！中国首席数据官联盟创始人 刘冬冬推荐序四 拒绝浮躁—让区块链创造真正的价值
作为一个区块链行业的探索者，一个区块链项目的发起人以及在创投领域有些许经验的创业者，我非常感谢作者能在这样一个“币圈一日，人间一年”的氛围下，安静用心地写出《破冰区块链—原理、搭建与案例》这样一本有诚意的区块链知识参考书籍。
区块链技术在走向落地的道路上，有几大主要进击方向：第一，公有链技术的突破；第二，区块链技术行业应用；第三，通证经济（Token Economy）实践。这三个方向互相关联，相互影响。为这几个方向努力的项目团队背后还有一个关键词叫“社群”，只有一个形成共识的社群，才能支持项目发展，支持区块链技术不断进化。在行业发展和项目推进的过程中，我们发现一个痛点就是区块链技术本身的教育成本非常高，各个项目社群里真正了解区块链技术的用户非常少，大众群体里能够理解区块链技术的朋友更是少之又少。以我自己创立的Social Lending蜂巢星球项目为例，截至目前虽然有近百万社群用户，但是真正能把比特币，以太坊原理和机制说清楚的，恐怕不超过五万人。《破冰区块链—原理、搭建与案例》这样一本优秀的区块链技术参考书籍的出现，恰逢其时，能够让更多的人了解区块链技术，理解通证经济背后的奥秘。
区块链技术持续的生命力在于实际应用落地，为社会创造价值。《破冰区块链—原理、搭建与案例》也在区块链技术原理介绍之外，着力介绍了一系列典型区块链应用的案例。我建议读者们可以带着问题来学习、参考书中的应用案例，这样也许能获得更多的启发和帮助。比如，场景中是否会涉及多个信任主体，需要怎样解决信任问题？用区块链技术解决信任问题后能否提高商业效率？目前的公有链技术是否支持该场景的网络性能要求？区块链场景下的商业模式，利益分配机制能否成立？目前我所带领的蜂巢星球项目本身也是一个金融信贷领域的区块链落地应用项目，项目团队和投资人会不断用以上问题拷问自己，不断调整优化，向前探索。
最后，再次感谢《破冰区块链—原理、搭建与案例》作者对行业所做的贡献，希望更多的朋友能拒绝浮躁，用更多的耐心投入到区块链领域，改造互联网，改造传统生产关系，让区块链落地生根，创造更多价值。Social Lending蜂巢星球创始人兼CEO 杨立恒名家推荐
区块链被认为是第四次工业革命的关键技术。《破冰区块链—原理、搭建与案例》带我们走进区块链技术的世界，由浅入深、从理论到实践，帮助读者理解这项革命性的技术，以及目前全球的发展状况和趋势。让我们与这个时代的新技术走得更近！特许金融分析师（CFA）前华尔街某著名投资银行副总裁阿法金融CEO/合伙人任凯
本书承载了作者在互联网及软件行业多年的经验，从基础入手，结合行业应用场景帮助读者在最短时间内走入区块链的新世界。非常适合希望了解并从事区块链相关业务的读者学习。科匠中国总裁 徐祾
区块链提供了独特的信任机制，是数据可信共享的关键技术，也是大数据增值服务的催化剂。它还有很多我们尚未预见到的应用价值。本书不仅从原理到应用全面阐述了区块链技术，还提供了许多给人启发的案例，极具参考价值，值得推荐！中国矿业大学博士生导师、大创中心主任 李伟
区块链必将极大地改造生产关系，或者广义地说会改造商业业务模式与机构运作模式以及社会协作模式。基于其广阔的应用前景，新财富最佳分析师精英不乏跳槽投身其中者。本书内容深入浅出，案例全面翔实，值得各行各业有志于此者研习参考。新财富CTO 陈永明
区块链不仅是技术的创新，更是业务的创新。一则，区块链不仅有新的技术实现，更有新的业务解决方案；二来，技术脱离业务去发展，就如此书，如果只写不发，再好也无益，只买不读，再好也无益，只读而不思不用，再好也无益。《破冰区块链—原理、搭建与案例》由浅入深，既有技术剖析，也有业务场景解读，读之思之用之，方有大益。万山数据创始人 鲁四海
区块链是加速创新节奏并且能给许多行业都注入剧变因子的重要技术，它与人工智能技术一起引领着全球新一轮科技革命以及商业变革。本书从知识原理与案例实践等角度，对区块链进行了很好的阐释，同时也启发我们如何在区块链浪潮中“避虚就实”以及如何利用区块链技术赋能实体经济发展。《工业大数据白皮书》编委成员炫生活副总裁陈隋和
区块链是一本神奇的“账本”，每一台计算机都是“会计员”，每一个参与的人都是“审计”，借贷恒等，没有错账，更没有假账！本书不仅详细、深入浅出地阐述了区块链技术的各种概念，而且通过大量简明扼要、富于启发性的案例说明了区块链技术在实际中的应用，在区块链技术方兴未艾的当下，本书极具参考价值，值得推荐阅读！原天行国际金融集团中国区总裁“智造家”联合创始人兼CFO林芝声
区块链是一种基于分布式数据存储、点对点传输、加密算法、共识机制等技术的去中心化的应用模式，目前已逐步应用至电子商务、金融、物联网、社交通信、众筹等领域；随着各行业的研究与应用的深化，区块链将对现有商业乃至社会产生深刻影响！本书对区块链从原理到实战进行了全方位的剖析与归纳，语言通俗易懂，内容丰富，案例全面，无论是区块链入门读者，还是区块链专业人士，本书都值得细细品读！体澳斯中国CTO 吕务游前言 破冰区块链—开启你的区块链之旅！
比特币面世以来，区块链受到金融业界和IT业界的关注已经很长时间了，最新的统计数据表明，中国已经成为区块链技术专利和区块链应用场景落地项目最多的国家。另外，自“区块链”这个名词为人所知之日起，接触“区块链”的人已有相当大的数量，然而其中多数人并没有真正理解“区块链是什么”“区块链能做什么”“如何操作”。
笔者自2015年开始接触区块链以来，研究了大量的区块链应用商业白皮书、运营社区以及底层代码，帮助过部分企业规划了区块链的发展战略，也使用主流的区块链开发平台开发了区块链应用。可能有些读者会说：“你作为专业的从业人士，入门当然很简单！”其实不然，如果只是出于兴趣而不花时间去进行深入研究的话，即便是专业的区块链从业人士，很多细节也无法真正理解，很多区块链的从业人员也对区块链本身非常陌生，浮于表面，一知半解地去从事一个行业，很难做出真正好的项目。区块链来势迅猛，传统行业的从业人员来不及用知识武装自己就得匆匆上阵，一时间，区块链行业的发展出现了从业人员水平良莠不齐的乱象。
关于这一点，笔者在研究区块链期间摸索了一条比较好的学习路径，以期帮助读者理解区块链的由来，掌握区块链的基本理论基础，了解区块链相关产业链的发展，进入区块链的实战和相关行业应用。
当然，单单理解区块链的原理和区块链相关的理论和技术知识是难以真正做好区块链应用和落地的。把区块链真正用好，真正发挥区块链在信息化变革乃至社会变革中的作用，一方面需要进一步做好区块链底层的研究，另一方面在实际运用场景结合上如何真正发挥区块链的作用等细节也需要认真考虑。
本书内容导读第一章 观古识今—区块链的前世今生用比较通俗的语言，以比特币为例介绍区块链的由来、区块链相关的基本名词、区块链的特征与分类，带领大家走进区块链的大门。第二章 拨开云雾—区块链技术并非新生事物以清晰简练的叙述配以比较容易理解的图例，即便没有技术背景，一样可以很好地理解区块链相关的技术，理解什么是分布式账本、P2P网络、密码学相关知识以及共识机制和共识算法。第三章 内行门道—数字货币产业链以全景视角带着大家领略区块链产业链的发展和未来，了解区块链产业链的生产、交易和存储等环节，理解区块链产业链未来的发展方向。第四章 实战开发—几大平台的开发实战手把手体验主流区块链平台的搭建和实例开发。如果你有技术功底，可以很快地进入区块链开发的大门；如果你没有技术功底，可以很快地理解区块链开发需要做些什么事情。第五章 实现蜕变—区块链实际应用结合实际运用场景，介绍区块链的实际运用，帮助读者把握区块链应用趋势。第六章 明确方向—区块链产业格局与各国政策熟悉各个国家的区块链布局和政策，为区块链行业从业合规性指明方向。
本书面向的读者与阅读建议
本书面向的读者对象：想了解区块链的区块链爱好者：建议精读第一章、第二章、第三章、第五章；泛读第四章和第六章。想走进区块链行业的非技术性相关领域从业人员：建议精读第一章、第二章、第三章、第五章和第六章；泛读第四章。想走进区块链行业的技术性相关领域从业人员：建议精读所有内容。
搭建实例
区块链的框架相当多，本书以最主流的和市场上运用最为广泛的三种加以介绍，作为入门，内容也是相当有价值的。本书中的实例包括：比特币核心钱包的搭建。以太坊环境的搭建。以太坊智能合约开发实例。Hyperledger Fabric的单机环境与多机环境的搭建。Hyperledger Fabric的Chaincode的开发实例。
破冰区块链，现在就开始吧！邮箱：pobing_blockchain@163.com第一章 观古识今—区块链的前世今生
2008年11月（有观点认为是10月31日），一个自称中本聪（Satoshi Nakamoto）的人在一个隐秘的密码学邮件组“密码朋克邮件组”上发表了一篇研究论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》，论文叙述了他对数字货币的新构想，文中提到的数字货币“Bitcoin”（比特币）就此问世。中本聪在论文中阐述的内容一度引起了密码学界的热烈讨论。然而对于论文作者中本聪本人，邮件组里面的技术达人们并没有人听说过，同时，互联网上关于中本聪的个人生平和介绍信息也寥寥无几，有简介显示他是美籍日本人，也有调查显示他在一个位于德国的IP地址的终端发出了论文，甚至网上关于中本聪的国籍都有好几个矛盾的版本。直到现在，中本聪是谁，中本聪在哪里，中本聪在做什么，还是区块链业界的一个谜题。
话题回到数字货币本身，自互联网诞生以来，数字货币一直是一个跨界的热门话题。20世纪90年代，“密码朋克（CypherPunk）”的密码破译组织就以“致力于创建电子货币”为初衷被很多密码学技术达人所推崇，然而始终没有达到组织创立之初的目标。这也是为什么中本聪的论文能够在密码学界掀起轩然大波的一个重要原因。那么在比特币之前，人类货币到底经历了哪些发展阶段？比特币到底是怎么诞生的呢？本章将对比特币的发展历史背景和比特币背负了哪些重要使命进行介绍。
学习了本章之后，你将了解人类货币的发展历史，比特币的由来，比特币异于传统货币的基本原理、价值传递机制；同时，通过对比特币的学习，可以理解区块链到底是什么，有怎样的特征和分类，从而走进区块链的世界。本章的扩展阅读将为读者讲解互联网上传说的中本聪为什么会想到要发明比特币的故事，以便读者更好地理解比特币的发展历史。第一节 走进区块链一、人类货币的发展史和比特币的由来《易经·系辞下》中提到“日中为市，致天下之民，聚天下之货，交易而退，各得其所”，《诗经》中的《氓》中提到“氓之蚩蚩，抱布贸丝”，这些都反映了古人物物交换繁华的商业场面。中国是世界上最早使用货币的国家之一。货币是商品交换的产物，社会大分工促进了商品生产和商品交换的发展，商品交换的发展促进了古代货币的产生。
原始社会末期通用的是实物货币。游牧民族擅长捕猎，通常在市场中以牲畜、兽皮等作为交换物；农业民族擅长种植，通常用谷物、布帛、农具、贝壳、珠玉等作为交换物。然而，随着交换历史的演变，因牲畜具有无法分割的特点，谷物具有无法长期保存的特点，珠玉具有数量极其稀少和不易携带的特点，农具具有非常笨重的特点等，而贝壳具备了便于计数、能够长期保存、较为普遍等特点，因此逐渐取代了其他交换物品，成为实物货币的主要流行类别。人类历史发展到了夏、商、周时期，天然贝成为流通最广的实物货币，一直被沿用到春秋时期。这些交换物称为一般等价物，人们相信它们的稀有性的特点，一般等价物本身的价值等于被交换的物品的价值。一般等价物在商品交换中有着两种基本的作用：一是反映和衡量其他一切商品的价值，发挥着价值尺度的作用；二是通过它来实现各种商品的交换，发挥着交易中介的作用。它的出现推动了商品交换的发展，促进了以交换为目的的商品生产的出现和发展。
随着人类生活或者活动的日益频繁，在商品生产和商品交换的发展过程中，充当一般等价物的商品终于逐渐固定在某些特定的商品上。这种稳定的一般等价物就是货币。贵金属金、银，由于具有性状稳定、不易变质、便于携带、易于分割和计算、稀缺、体积小、价值大、便于携带等自然属性，终于成为世界各国普遍采用的货币商品。金、银成为稳定的一般等价物即货币，金属货币也成了人类整个封建时代沿用时间最久的货币。
随着人类生活进一步的发展，金、银之类的贵金属货币也逐渐暴露了本身太过笨重、不易携带等缺点。随着经济规模不断扩大，金属交易展现出了一些疲态，尤其是异地购买贵重商品时，经常需要舟车劳顿大费周章运送金、银，交易过程中被盗抢的风险非常巨大，人们开始思考用什么方式取代金、银进行价值交换。于是，有这么一批人，开始私营钱币兑换业务，并借此发展起了存款、放款和汇兑等业务，这就是中国古代钱庄和票号的起源，也是现代银行业的始祖。由于钱庄财力雄厚，信用度相当高，因此钱庄发行的花票已经在一定程度上成了一种货币，拿着花票就可以到任意一间该钱庄的分号兑换金属货币。然而花票的本质其实是一种借据，你拿得出等额的票，我随时就得给你等额的金属货币，这张票的面额就是钱庄欠你的金额。
那么纸币是什么？纸币本质上是一种借据，由于欠钱者信用良好，它的借据就能在市面上被普遍接受，进而流通。以人民币为例，人民币本质也是国家写给人民的借据，以国家的财产作为抵押。现在我们见到的纸币，制作成本非常低，最新版本的100元面值的人民币成本为1元多人民币，却能够换取价值100元，这是因为背后有国家信用在背书，让人们相信这非常便宜的纸币能够换取100元的物品，能够具备100元的购买力。
2008年9月，雷曼兄弟公司宣布倒闭，随后，全球金融危机在美国爆发并以迅雷不及掩耳之势席卷全球。为了应对危机，各国政府纷纷采取量化宽松的货币政策，救助本国金融机构于水火之中。量化宽松主要是指中央银行在实行零利率或近似零利率政策后，通过购买国债等中长期债券增加基础货币供给，向市场注入大量流动性资金的干预方式，以鼓励开支和借贷，说简单点，就是国家间接增印钞票，增加流通量。量化宽松一度在美国引发了“占领华尔街”运动。中本聪洞察到，经济危机中，美国政府之所以可以无限增发货币，就是因为在这个货币体系中，只有美国政府为首的金融机构对货币交易有记账权，货币记账权被垄断了。
能不能有这样的一套货币体系—不需要中心机构记账，所有人都享有记账权，货币不能超发，整个账本公开透明？对于这个问题，中本聪进行了深入的思考，直到2008年10月底，中本聪发出了阐述他数字货币构想的电子邮件，在邮件中，他阐述了初衷：“A purely peer-to-peer version of electronic cash would allow online payments to be sent directly from one party to another without the burdens of going through a financial institution.”（一个彻底实现点对点的电子货币系统，完全无须依赖金融机构，货币可以在网络上从一方直接支付到另一方）[1]。紧接着，中本聪将大家的目光引向了描述比特币构想的“白皮书（White Paper）”。其中概况了这样一个新的货币体系—区别于中心化运作的传统货币，比特币不需要中心化的金融机构去为货币交易记账，货币交易活动的所有参与者都享有记账的权利，而且比特币发行总量固定，不允许超发，所有交易账本通过技术手段实现公开、透明、可追溯。同年11月，中本聪发布了比特币代码的初级版本，初步实现了一个在没有中心化机构垄断记账权的前提下安全地进行比特币的发行、记账以及相关的激励。这里所说的技术手段就是读者们现在经常听到的“区块链（Block Chain）”。简单而言，区块链是比特币的技术基础，比特币是区块链技术的第一个应用实例。
2008年11月之后的两个月时间里，中本聪对初级版本进行了优化和完善。2009年1月3日，中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上创建、编译、打包了第一份比特币开源代码，并于2009年1月3日当天黄昏，“挖”出了比特币的第一个区块—创世区块（Genesis Block），并获得了第一个矿工的奖励—50个比特币。在创世区块中，中本聪留下这样一句话—Chancellor on brink of second bailout for banks（财政大臣站在第二次救助银行的边缘），宣泄对旧的货币体系不满的同时，宣告了一个自己主张的货币体系的诞生—2009年1月3日成为比特币的创世日，比特币从此诞生。
思考问题
支付宝和银行卡里面的数字是真正的货币吗？如何理解记账货币？【提示】：支付宝和银行卡里的数字，本身不是货币，而是货币的记账符号，例如支付宝里面有100元人民币，代表人民币的记账符号为100元人民币，它本身不是人民币，但支付宝里的数字却不能脱离人民币的背书，否则这个数字增长将被任意修改。支付宝和银行卡里面的数字背后，可以理解成为一种记账货币。怎么理解记账货币呢？比如小王通过银行卡给小李转账了1000元，这个时候银行会在小王的银行账号上进行1000元的减法，在小李的银行账号上进行1000元的加法，以完成这笔交易。人们现在的生活还离不开这样一种中心化管理的记账体系。需要补充的是，相比之下，比特币是一种去中心化的数字货币，比特币总量有限，不可伪造，难以篡改，所以不需要什么东西作为背书。关于比特币如何做到数量有限，不可伪造，难以篡改？请读者带着这个问题，在后续内容寻找答案。
扩展知识
为什么中本聪参与的密码学邮件组影响力那么大？【提示】：中本聪所在的密码邮件组起源于一个由一些主张技术自由主义的信息科学技术达人发起的“密码朋克运动”，这些技术达人之间通过这个邮件组进行交流，分享研究成果。该邮件组之中，有很多在信息技术和密码学相关领域成就卓越的技术达人。例如：
● PGP技术公司（Pretty Good Privacy，开发了一个基于RSA公钥加密体系的邮件加密软件）的知名开发者菲利普·希默曼。
● Sun公司（美国太阳微系统公司，也译为升阳公司）的明星员工、著名互联网活动家、电子前线基金会创始人之一约翰·吉尔摩尔。
● 美国贝尔实验室研究员、哥伦比亚大学计算机科学教授、计算机网络和安全研究员、《阻击黑客：技术、策略与案例》（Thinking Security:Stopping Next Year's Hackers）一书的作者斯蒂芬·贝洛文。
● 天才程序员、点对点文件共享协议BitTorrent（BT下载）的发明人BT下载之父、CodeCon（一款经纬度及大地坐标转换软件，可计算几种不同坐标系中的转换）的创始人、旧金山Bay Area p2p-hackers会议的组织者、Codeville（一款分布式版本控制系统）的编写者布拉姆·科恩。
● 英特尔公司前首席科学家蒂姆希。
● 维基解密（WikiLeaks，通过协助知情人让组织、企业、政府在阳光下运作的、无国界、非盈利的互联网媒体）的创始人阿桑奇。
从这些技术达人的行业地位可以看出，这个密码学邮件组的影响力是非常大的。二、理解比特币
通过前面所述，可以学习和理解到人类货币历史经历了从简单的物物交换，到一般等价物交换，金属货币、纸币等实物货币一系列的演变。而现在实物货币又演化出了记账货币，人们现在生活在一个以记账货币为主流的时代。2009年3月，中本聪开始提出了去中心化的数字货币比特币，比特币是首个使用区块链技术实现的数字货币，开启了一个新的时代。其实区块链不是全新的技术，只是理解它的意义，需要从比特币开始。为了先让大家对比特币有个基本的理解，下面将给大家用简单的方式介绍比特币到底是什么。
中本聪在比特币一篇论文的标题：《Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（比特币：一种点对点的电子现金系统）中指出，比特币本质上是一个电子现金系统。
刚刚开始接触比特币概念的读者，单从字面上理解可能会以为比特币是一种通货或者一种硬币（Coin），然而实际上用肉眼可以看到的实物比特币并不存在，可以把比特币理解成为电子现金系统（Electronic Cash System）以及比特币电子现金系统产生的电子货币（Electronic Cash）。区别于可以见到的实物货币，比特币是虚拟的电子货币。
如何一步一步的理解比特币这样一种虚拟的电子货币呢？
首先，比特币是一种数字货币。
游戏玩家们可能会第一时间想到互联网游戏里面的游戏币。在游戏里面，通过使用游戏内置的游戏币，玩家可以购买游戏道具。游戏币并非真实的货币，却可以在游戏内购买道具，因此很多游戏有自己内置的游戏币。以当下非常流行的游戏“王者荣耀”为例，在游戏中，有一个重要的资源是“金币”，用户可以按“王者荣耀”游戏制定的一些规则收集到“金币”，收集了一定“金币”就可以在商城里购买自己想要的英雄。
和游戏币一样，比特币也具有虚拟性的特点。比特币在比特币网络里面以数据的形式存在，单位是BTC，1BTC=1个比特币，虽然不是实物货币，但是比特币也一样可以进行交易。
其次，比特币是一种现实世界也可以使用的数字货币。
与游戏币所不同的一点是，游戏币只能在游戏内部进行道具购买，游戏币是不能超出游戏范围进行现实交易的，而比特币是可以在现实中去购买商品和服务的数字货币。到此为止，又扩充了一层“现实世界也可以交易”的含义，也就是说，比特币是一种在现实世界也可以使用的数字货币。
最后，比特币是去中心化的数字货币。
在理解比特币的去中心化特性之前，先来回顾一下现实世界中，我们和实际通货之间的关系，通过网上银行等途径，和银行系统进行连接，然而作为银行用户的我们是看不到银行系统的所有信息的，同时也无法看到其他银行用户的账号信息。每个银行用户和银行系统的关系如图所示。相比之下，比特币的网络呈现不同的特点，在比特币网络中人与人之间的关系是没有并且不需要类似于银行的中心机构，人与人之间的关系如下图右侧所示。
在比特币网络里面，交易信息完全通过区块链技术手段被记录在区块里面，而且所有人都可以浏览比特币区块上的交易记录，所有人都可以拿到一样的交易信息。也就是说，在比特币世界里面，“哪个账户”向“哪个账户”转账了，是全部被公开出来的，“哪个账户”拥有多少比特币也是被公开出来的。这听起来有点恐怖，这里仅限于账号本身。这里所说的账户是一串34位以内的长字符串[2]，简单地看账号的信息无法知道这个账号是谁的。这个账号，一般称为“比特币地址”，这串地址有时候也会以二维码的形式出现。
通过上面的阅读，相信读者对比特币有了一个概貌的认识，比特币是一种点对点的数字现金系统，同时比特币有时也特指比特币电子现金系统下产生的去中心化的、在线世界中可交易的虚拟货币。比特币网络通过区块链技术，实现了比特币网络的去中心化，在这种去中心化的系统中，比特币是不可篡改、不可伪造的，在本书后面的内容中，将重点介绍比特币是不可篡改、不可伪造的实现机制。
扩展知识
5000个比特币一个的匹萨—现实世界上第一笔用比特币购买商品的交易。【提示】：比特币历史上第一次交易发生在2009年1月12日，中本聪发送了10个比特币给开发者、密码学活动成员Hal Finney（哈尔·芬尼）。
非常有趣的是，2010年5月22日，美国佛罗里达州杰克逊维尔（Jacksonville，Florida）的程序员Laszlo Hanyecz同意付给一个英国人1万个比特币（10000 BTC），购买了两个Papa John's匹萨。这是现实世界中第一笔比特币交易。作为证据，Laszlo上传了照片到比特币论坛，真实世界的首个比特币交易由此诞生。当时，1个比特币价值约为0.003美分。每年的5月22日，成为比特币匹萨日（Bitcoin Pizza Day）。
扩展知识
提供比特币地址信息，如何查看该地址的交易情况和账户余额等信息？（向读者介绍一些著名的比特币地址）【提示】：如果已经有比特币地址信息，可以直接到相关的网站进行查阅。著名的BLOCKCHAIN网站（https://blockchain.info/）就是其中之一。操作也很简单：在浏览器地址栏中输入如下地址，其中“[比特币地址]”替换成为你想查看的地址字符串即可：https://blockchain.info/address/[比特币地址]。
以下为历史上非常著名的6个比特币账户信息（截至2018年3月24日），读者可以在这个网站实操如何查看[3]。
1. 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa
该地址属于比特币创始人中本聪，是比特币的创世地址，地址内的比特币从未移动过，其中的50个比特币因为技术上的设计原因也无法进行移动。
最初时，该地址内只有50个比特币，后来一些爱好者不断地往该地址内转入少量BTC，致敬比特币创始人中本聪。
2. 1Ez69SnzzmePmZX3WpEzMKTrcBF2gpNQ55
该地址所有者为美国联邦法警局，该地址内的比特币来自被查获的网站，后在第一次拍卖会中将比特币转移给中标人[4]。此前，美国联邦政府一度被认为是比特币最大的持有者之一，仅次于中本聪。
3. 1XPTgDRhN8RFnzniWCddobD9iKZatrvH4
该地址属于上面提到的比特币匹萨之王Laszlo。
4. 1M8s2S5bgAzSSzVTeL7zruvMPLvzSkEAuv
该地址发生了一笔目前历史上最大额的交易，一次性转移了500000个比特币，创历史之最。
5. 1HB5XMLmzFVj8ALj6mfBsbifRoD4miY36v
该地址所有者为维基解密，在遭到西方国家政府的经济封锁后，维基解密开始通过该地址接受比特币捐款[5]。
6. 1L2JsXHPMYuAa9ugvHGLwkdstCPUDemNCf
该地址为Bitstamp遭窃的热钱包地址，黑客在2015年1月5日陆续从该地址内盗取了大约19000个比特币。三、比特币与区块链的一些基本名词
以比特币为例，学习区块链需要掌握一些基本名词，为了方便大家能够在后续内容中更好地理解，这里先列举出一些比较常用的名词，并对其进行解析。其中有一些名词在后面会进行更深入的讨论。这里先对这些基本名词有一些了解，以便对后续内容能够进行更好的阅读和理解。
1.挖矿（Mining）/矿工（Miner）
比特币的转账机制中有一步是，当对比特币网络提交了转账的请求后，需要等着矿工来打包处理。前面已经学到，在比特币的世界里，大约平均每10分钟会产生一个区块。所有的挖矿计算机都在尝试打包这个区块并提交，而第一个成功生成这个数据块的人就可以得到一笔比特币报酬。在比特币网络中，因为竞争计算能获得新生的比特币奖励，很像开采埋在地底下的矿物的过程，所以大家把争相计算获得记账权的过程形象地比喻成“挖矿”，竞争挖矿的人或组织叫“矿工”。
2.哈希算法
哈希算法又称安全散列算法（Secure Hash Algorithm，SHA），是一个密码散列函数家族，是FIPS（美国联邦信息处理标准）所认证的安全散列算法。它能计算出一个数字消息所对应的、长度固定的字符串的算法。若输入不同的消息，则对应到不同字符串的概率很高。比特币采用的哈希算法是SHA256。
3.算力
算力一般是指比特币矿机的算力。算力就是矿机挖出比特币的能力，算力占全网算力的比例越高，算力产出的比特币就越多。
在比特币的网络世界里，这个网络给每一个矿工一道超难的数学题，如果哪个矿工最先解出这道数学题，那么这个矿工就能获得记账的权力。谁获得记账的权力。谁就能获得比特币新发行出来的奖励。是否能够计算出这道数学难题，其实取决于矿机的计算能力，也就是所说的算力。矿工获得优先记账权的概率等于矿工所掌握的算力占全网算力的百分比。
再严格一点来说，解答比特币的数学题，实际上是计算机在做随机的哈希碰撞。哈希碰撞就类似于暴力破解一个手机密码（假设尝试多次手机不会被锁），不断地从000000 ～ 999999中一个一个尝试直到解锁成功，如果1秒内能尝试一次，算力就是1次/秒，1秒内能尝试两次，算力就是2次/秒。哈希碰撞就类似于这样的尝试，只不过面对的是更加复杂的字符串组合。1秒内尝试的次数越多算力就越大，解锁的时间也就越短。
矿机也是一样，矿机1秒内能进行的哈希碰撞次数越多，算力就越大，挖的比特币越多。
一个矿工所掌握的矿机占比特币全网的总算力的百分比是多少，代表在这10分钟记账竞争中能够获胜的概率就是多少。举个例子，如果比特币现在全网的算力是100，一个矿工拥有10的算力，那么每次竞争记账成功的概率为1/10。
记账成功概率=矿机算力/全网算力×100%
4.算力单位
算力每隔千位划为一个单位，最小单位H=1次：
1H/s表示一秒一次的哈希碰撞
1kH/s=1000H/s=每秒1000次的哈希碰撞
1MH/s=1000kH/s=每秒1000000次的哈希碰撞
1GH/s=1000MH/s=每秒1000000000次的哈希碰撞
1TH/s=1000GH/s=每秒1000000000000次的哈希碰撞
1PH/s=1000TH/s=每秒1000000000000000次的哈希碰撞
1EH/s=1000PH/s=每秒1000000000000000000次的哈希碰撞
5.工作量证明
工作量证明（Proof of Work，PoW）机制，是区块链领域非常重要的一个话题，这里先做简单的介绍，随着背景知识不断加深，后面的内容也会在多个场景对它进行深入讨论。
PoW，简单来说，是用来确认做过一定量某种工作的一个证明机制。证明过程可以分为两个步骤：一个是工作；另一个是对工作的验证。它分别对应两个主体：一个是工作者；另一个是验证者。比特币网络中，如何证明矿工挖到区块这个过程就是通过PoW来实现的。矿工为了挖到区块，必须进行PoW过程，这个计算的内容包含三个要素：PoW函数、前一个区块及难度值。PoW函数给出了计算方法，前一个区块是这个函数的参数，难度值决定了这个函数解题需要的计算工作量。
一个矿工挖矿成功后，需要将打包好的区块链网络上的交易记录到一页账本上，同步给其他人。因为这个矿工能够最先计算出超难数学题的正确答案，说明这个矿工具有工作量而且效率最高，是一个有权力记账的人，因此其他人也会同意这一页账单上的记账信息。这种依靠工作量来证明记账权，大家达成共识的机制叫作PoW。PoW机制非常重要，后面会有专门的内容进行详细讨论。
6.权益证明
权益证明（Proof of Stake，PoS）是和比特币PoW相对应的另外一种共识机制。PoS是根据在这个网络里拥有权益（币）的多少来竞争记账的权力，持有的币越多，记账的权力的获取概率就越大，这种证明机制在一定程度上缩短了共识的达成时间，也不再需要大量消耗能源挖矿。简而言之，“持有越多，获得记账权力的概率越大”，这种共识机制叫PoS。关于PoS，后面也会专门进行详细讨论。
思考问题
随着新生区块奖励的比特币每四年减半，新生区块的比特币奖励越来越少，矿工去挖矿还有利可图吗？【提示】：答案是肯定的。因为矿工有两个收入来源：一个是新生区块奖励；另一个就是比特币交易的手续费。现在比特币每个区块容量为1MB，每个块都被交易塞得满满的，挖到一个块是币奖励+这个块记录交易的所有手续费。随着使用比特币的人和机构越来越多，只要币值不断上升，就算挖完了，手续费依然能吸引矿工。全球比特币转账越来越频繁，转账手续费总量也会越来越大，手续费未来会成为矿工的主要收入来源。这里涉及一个区块容量的问题，扩容派主张让区块容量更大，容纳更多的交易量，这样矿工的手续费收入可以提高。不扩容派主张坚持1MB区块容量，可以把每一笔交易的手续费不断调高，这样依然能保证矿工的收益。
思考问题
比特币每10分钟记录一个区块，区块内记录的是全网所有的交易记录吗？【提示】：目前在比特币系统里面，每一个区块的大小是1MB，每10分钟产生一个这样的区块，而每一个最基本的比特币交易的大小是250B，那么来计算一下比特币网络每秒可以处理多少笔交易：
10分钟=600秒
每个区块的容量=1MB=1024KB=1024000B
每秒处理速度=每个区块的容量/平均每笔交易的容量/600秒=（1024000B）/（250B/笔）/600秒≈6.83笔
所以，比特币每秒大约有7笔交易。全网交易里没被记录进去的就等着排队了。由于矿工会优先打包交易费高的交易，交易费太低的可能很久都得不到打包。
扩展知识
比特币的最小单位是1吗？【提示】：虽然比特币总量只有2100万个，但是每一个比特币可以分割到小数点后8位，也就是一个比特币可以分割为1亿份，为了致敬中本聪，0.00000001个比特币现在习惯上叫作一个“中本聪”，简称1聪。第二节 通过比特币理解区块链
在比特币网络中，人与人之间的关系没有并且不需要类似于银行的中心机构，那么，在一个没有中心化机构的情况下，比特币是如何发行的？如何交易的？同时如何对交易进行记账的呢？一、比特币的发行机制
首先，规定了比特币的发行机制。可以理解一下，比特币网络是一个巨大的账本，平均每10分钟比特币网络诞生一页的账本，称为“区块”，每个区块被打上时间戳，按照严格的先后次序连接起来形成一个账本，称为“区块链”。比特币网络规定比特币的总量为2100万个，每个比特币的产生伴随着每一个区块的产生，也就是每一个区块的问世和发行。比特币网络还规定，最开始每个区块的比特币奖励是50个，然后每21万个区块减半一次。一直到2140年，所有的比特币发行完毕。
21万个区块，算一算，平均每10分钟出1个区块，出21万个区块需要多久呢？在比特币系统里面，打包一个区块的时间大约是10分钟。21万个区块就是每210万分钟，新币的发行速度就会发生一次减半，换算成年呢，就是大约3.995年，约为4年。计算如下：
根据，每10分钟1个区块计算：
每年产生的区块数量=1年的分钟数/10=（365天×24小时/天×60分钟/小时）/10=52560个/年
比特币网络产生21万个区块所需年数=210000/52560≈3.9954年
前面21万个区块产生的比特币数量=前4年比特币网络产生的比特币数量=210000×50个=1050万个
由此可知，比特币每产生21万个区块区块奖励减半一次，意味着比特币网络每4年的比特币产量减半。2009年第一个区块出现时，随区块产生了50个比特币，2013年每个区块产生25个比特币，2017年每个区块产生12.5个比特币，按照这样的趋势，大约到 2040年，比特币总数2100万个将完全发行完毕，见下表。二、区块链的区块高度
按照上面的计算可以知道，比特币网络产生21万个区块所需的天数，理论上需要1458.3天，也就是3.99年。这也就是大众说的“比特币每四年减半”的由来。比特币第一次减半发生在2012年12月28日，当日开始，比特币的区块奖励由一开始的50个比特币变为25个比特币，而2016年7月8日开始，比特币第二次减半，也就是每个区块伴随的比特币奖励为12.5个。
怎么去计算现在的区块是第多少个呢？人们是用“区块高度”来计量的。所谓区块高度是从比特币诞生之后，最新的区块是第几个区块。打开任意一个比特币的区块浏览器，可以看到现在出来的最新的区块高度。通过区块高度，可以计算大概还有多久比特币会进行下一次减半、多久会进行难度的调整、多久会进行一次大事件。如下图所示，笔者当前查看到的区块高度是516463，即意味着比特币网络已经产生了516463个区块。三、比特币价值传递机制
先看看现实生活中人们是怎样转账给朋友的。
回顾一下第一章第一节提到的那个故事，小王给小李通过银行卡转账了1000元，这个时候银行会在小王的银行账号上进行1000元的减法，在小李的银行账号上进行1000元的加法，以完成这笔交易。整体过程大概是这样的：一般小王会先让小李把银行卡号发给他。小王登录银行网银，找到转账菜单，输入小李的银行卡号，然后再输入金额1000元，屏幕上可能会显示若干元的转账手续费，这时候小王点击确定，然后提交给银行后台去处理。银行处理完毕，小王的账户
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]