世界超级计算机排名2015 【紫冬声音】区块链技术综述：区块链技术发展现状与展望(3)

比特币本质上是由分布式网络系统生成的数字货币，其发行过程不依赖特定的中心化机构，而是依赖于分布式网络节点共同参与一种称为工作量证明（Proof of Work，PoW）的共识过程以完成比特币交易的验证与记录。PoW 共识过程（俗称挖矿，每个节点称为矿工）通常是各节点贡献自己的计算资源来竞争解决一个难度可动态调整的数学问题，成功解决该数学问题的矿工将获得区块的记账权，并将当前时间段的所有比特币交易打包记入一个新的区块、按照时间顺序链接到比特币主链上。

比特币系统同时会发行一定数量的比特币以奖励该矿工，并激励其他矿工继续贡献算力。比特币的流通过程依靠密码学方法保障安全。每一次比特币交易都会经过特殊算法处理和全体矿工验证后记入区块链，同时可以附带具有一定灵活性的脚本代码（智能合约）以实现可编程的自动化货币流通。由此可见，比特币和区块链系统一般具备如下五个关键要素，即公共的区块链账本、分布式的点对点网络系统、去中心化的共识算法、适度的经济激励机制以及可编程的脚本代码。

区块链技术为比特币系统解决了数字加密货币领域长期以来所必需面对的两个重要问题，即双重支付问题和拜占庭将军问题[19]：

双重支付问题又称为「双花」，即利用货币的数字特性两次或多次使用「同一笔钱」完成支付。传统金融和货币体系中，（法币）因是物理实体，能够自然地避免双重支付；其他数字形式的货币则需要可信的第三方中心机构（如银行）来保证。区块链技术的贡献是在没有第三方机构的情况下，通过分布式节点的验证和共识机制解决了去中心化系统的双重支付问题，在信息传输的过程同时完成了价值转移。

拜占庭将军问题是分布式系统交互过程普遍面临的难题，即在缺少可信任的中央节点的情况下，分布式节点如何达成共识和建立互信 [20]。区块链通过数字加密技术和分布式共识算法，实现了在无需信任单个节点的情况下构建一个去中心化的可信任系统。与传统中心机构（如中央银行）的信用背书机制不同的是，比特币区块链形成的是软件定义的信用，这标志着中心化的国家信用向去中心化的算法信用的根本性变革。

图 1 比特币生态圈

比特币凭借其先发优势，目前已经形成体系完备的涵盖发行、流通和金融衍生市场的生态圈与产业链（如图1所示），这也是其长期占据绝大多数数字加密货币市场份额的主要原因。比特币的开源特性吸引了大量开发者持续性地贡献其创新技术、方法和机制；比特币各网络节点（矿工）提供算力以保证比特币的稳定共识和安全性，其算力大多来自于设备商销售的专门用于 PoW 共识算法的设备（矿机）。世界超级计算机排名2015比特币网络为每个新发现的区块发行一定数量的比特币以奖励矿工，部分矿工可能会相互合作建立收益共享的矿池，以便汇集算力来提高获得比特币的概率。

比特币经发行进入流通环节后，持币人可以通过特定的软件平台（如比特币钱包）向商家支付比特币来购买商品或服务，这体融衍生品的所有属性，因此出融市场中，每一笔比特币交易都会由比特币网络的全体矿工验证并记入区块链。

比特币是区块链技术赋能的第一个「杀手级」应用，迄今为止区块链的核心技术和人才资源仍大多在比特币研发领域。然而，区块链作为未来新一代的底层基础技术，其应用范畴势必会超越数字加密货币而延伸到金融、经济、科技和政治等其他领域。比特币的现有技术、模式和机制，将会对区块链在新应用领域的发展提供有益的借鉴，而新领域的区块链创新也势必反过来促进解决比特币系统现存的问题。因此，比特币和区块链技术存在着协同进化、和谐共生而非相互竞争的良性反馈关系。

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