【区块链与密码学】第1-3讲：加密数字货币的通俗故事

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转载最新推荐文章于 2026-03-03 00:06:00 发布 585 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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【本课堂内容全部选编自PlatON首席密码学家、武汉大学国家网络安全学院教授、博士生导师何德彪教授的《区块链与密码学》授课讲义】

1.3加密数字货币的通俗故事

还记得电影《大空头》中有这么一句话：金融就是将简单的人人都懂的理论包装得富丽堂皇然后讲给你听。其实比特币的运行原理也并不难。

今天我们来讲讲加密数字货币的通俗故事。首先看图。

故事到此并未结束，由此引出了三个值得思考的问题。

记的账在后面会不会被篡改？

村民有什么动力帮别人记账？

这么多人记账，万一记的不一致岂不是坏了，以谁记的为准呢？

比特币的系统巧妙地解决了这三个问题。

第一、比特币采用两种策略保证账本不可篡改

人人记账。电影《三剑客》中有一句著名的台词，“人人为我，我为人人”。众人仿佛被一条链条牵引，大家都有同样的方向，或者说是利益一致。比特币系统也在保证大家公平的同时，人人为系统，系统为人人。比特币的系统中，每个村民手上都维护一本账本，这样即使某个人改了自己的账本，他也无权修改其他村民手上的账本，修改自己的账本相当于掩耳盗铃，别人是不会认可的。

采用“区块+链“的特殊记账结构。在这种账本结构中，每一个区块保存着某段时间内所发生的的交易，这些区块通过链式结构连接在一起，形成了一个记录全部交易的完整账本。如果对区块内容进行了修改就会破坏整个区块链的链式结构，导致链条断了，从而很容易被检测到，这两个策略保证了从全局来看整个账本是不可篡改的。

比特币科普之账本真的不可能篡改吗？

可能，那就是发起51%攻击。大家都知道比特币中通过多劳多得的竞争从而取得记账权，但如果一个人能掌握系统中51%的“劳动”（算力）呢？他就能重写区块链中的数据，从而让自己获利。就像是电影《头号玩家》中，大家在游戏的世界中公平竞赛，赢得胜利，但是影片中的IOI公司通过控制大量玩家取得了丰厚利润与游戏中的控制权。但想掌握系统中51%的算力是很困难的，这个人需要完全控制系统中记账和计算“封印密码”花费的耗能和电力，这将是巨大的成本。

举个例子，我们假设有10个玩家，如果这些玩家中的某个人试图欺骗大家，修改某页账本中的内容，他就不得不修改很多页的内容并重新计算这些页面上的封印密码。我们都知道计算封印密码有多难！从他修改的那页开始，他就得在网络中重新建立另外一条链。但是这条链永远追不上另外9个人维护的那条诚实的链的，因为一个人的工作能力和速度是赶不上9个人合在一起的工作能力和速度的。因此，保证了最长的那条链是“诚实的”链。在这局游戏中，1个不诚实的家伙是打不过9个诚实的玩家的，他是不可能修改成功的。但如果不是一个人，而是六个人串通好了呢？细思极恐。要让六个人的利益关系完全一致且配合默契才行，这背后的成本可想而知。

注：本示例来自万向区块链

第二、合理的激励机制

前面一条中提到了人人参与记帐，大家肯定会问“凭啥要我帮别人记账呢？我比特村“村草”，为什么要帮隔壁老王记账？“这就涉及了比特币系统中的激励机制。参与记账的村民，被称之为“矿工”。这些村民中，首个记账被认可的人将得到“大礼包”。

其一、获得一笔奖励，这笔奖励就是若干个比特币。这也是比特币发行的唯一来源，这种奖励措施使众多村民积极参加记账。

其二、谁在某一块账本被认可，其他人都会分别拷贝这一块账本。从而保证所有人维护的账本是完全一致的，这两点保证了比特币的自动安全运行。

第三、工作量证明机制

问题又来了。既然有了激励，大家就会争抢着记账并努力让自己的记账被认可，怎么确定以谁记的为准呢？

为了能够确定以谁记的帐为谁，村民们想到了一个公平的办法：对每一块账本（类比为我们现实账本上的一页），他们从题库中找了一道难题，让所有参与记账的“矿工”都去破解这道难题，谁若最先破解了，该页/块就以他记的帐为准。

这个破解难题的过程，就被称为“挖矿”，即工作量证明的过程。这就是比特币中的工作量证明机制（POW），这里需要说明的是，这个难题的解题过程需要不断地尝试，较为困难，但是找到答案发给别人后，别人是很容易验证的。

因此，比特币通过“区块+链”的分布式账本保障了交易的不可篡改，通过发放比特币的激励措施激励了“矿工”的参与，通过计算难题（矿工挖矿）解决了记账一致性的问题。这样，完美地形成了一个不依赖任何中间人即可完成记账的自动运行系统。

比特币科普之POW是中本聪原创吗？

POW算法是比特币系统良好运行的保障，很多人是从比特币中认识了工作量证明机制（POW），那POW是中本聪的灵光一现吗？

显然不是。工作量证明概念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年的学术论文提出，而工作量证明一词则是在1999年由Markus Jakobsson与Ari Juels所发表。

并且POW在比特币之前就已经被广泛使用，其中比较知名的是Google邮箱的反垃圾系统。原理如下：如果你想给Google邮件服务器发邮件，首先得先“干活”（一定量的计算工作），计算工作可能会耗时2-3秒，如果是普通发邮件，这个耗时是可以接受的。但如果是垃圾邮件的脚本程序，2-3秒的延时将是“致命”的。