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導語：本課堂用通俗易懂的系列內容為大家呈現區塊鏈與密碼學領域相關知識。這裡有知識也有故事，從感興趣到有樂趣，全民課堂等你來學。
這個系列中的課程內容首先從比特幣著手進行入門介紹，再延伸至區塊鏈的相關技術原理與發展趨勢，然後深入淺出地依次介紹在區塊鏈中應用的各類密碼學技術。歡迎大家訂閱本公眾號，持續進行學習。
【本課堂內容全部選編自PlatON首席密碼學家、武漢大學國家網路安全學院教授、博士生導師何德彪教授的《區塊鏈與密碼學》授課講義】
1.3
比特幣的通俗故事
還記得電影《大空頭》中有這麼一句話：金融就是將簡單的人人都懂的理論包裝得富麗堂皇然後講給你聽。其實比特幣的執行原理也並不難。
今天我們來講講比特幣的通俗故事。首先看圖。
故事到此並未結束，由此引出了三個值得思考的問題。
記的賬在後面會不會被篡改？
村民有什麼動力幫別人記賬？
這麼多人記賬，萬一記的不一致豈不是壞了，以誰記的為準呢？
比特幣的系統巧妙地解決了這三個問題。
第一、比特幣採用兩種策略保證賬本不可篡改
人人記賬。電影《三劍客》中有一句著名的臺詞，“人人為我，我為人人”。眾人彷彿被一條鏈條牽引，大家都有同樣的方向，或者說是利益一致。比特幣系統也在保證大家公平的同時，人人為系統，系統為人人。比特幣的系統中，每個村民手上都維護一本賬本，這樣即使某個人改了自己的賬本，他也無權修改其他村民手上的賬本，修改自己的賬本相當於掩耳盜鈴，別人是不會認可的。
採用“區塊+鏈“的特殊記賬結構。在這種賬本結構中，每一個區塊儲存著某段時間內所發生的的交易，這些區塊透過鏈式結構連線在一起，形成了一個記錄全部交易的完整賬本。如果對區塊內容進行了修改就會破壞整個區塊鏈的鏈式結構，導致鏈條斷了，從而很容易被檢測到，這兩個策略保證了從全域性來看整個賬本是不可篡改的。
比特幣科普之賬本真的不可能篡改嗎？
可能，那就是發起51%攻擊。大家都知道比特幣中透過多勞多得的競爭從而取得記賬權，但如果一個人能掌握系統中51%的“勞動”（算力）呢？他就能重寫區塊鏈中的資料，從而讓自己獲利。就像是電影《頭號玩家》中，大家在遊戲的世界中公平競賽，贏得勝利，但是影片中的IOI公司透過控制大量玩家取得了豐厚利潤與遊戲中的控制權。但想掌握系統中51%的算力是很困難的，這個人需要完全控制系統中記賬和計算“封印密碼”花費的耗能和電力，這將是巨大的成本。
舉個例子，我們假設有10個玩家，如果這些玩家中的某個人試圖欺騙大家，修改某頁賬本中的內容，他就不得不修改很多頁的內容並重新計算這些頁面上的封印密碼。我們都知道計算封印密碼有多難！從他修改的那頁開始，他就得在網路中重新建立另外一條鏈。但是這條鏈永遠追不上另外9個人維護的那條誠實的鏈的，因為一個人的工作能力和速度是趕不上9個人合在一起的工作能力和速度的。因此，保證了最長的那條鏈是“誠實的”鏈。在這局遊戲中，1個不誠實的傢伙是打不過9個誠實的玩家的，他是不可能修改成功的。但如果不是一個人，而是六個人串通好了呢？細思極恐。要讓六個人的利益關係完全一致且配合默契才行，這背後的成本可想而知。
注：本示例來自萬向區塊鏈
第二、合理的激勵機制
前面一條中提到了人人參與記帳，大家肯定會問“憑啥要我幫別人記賬呢？我位元村“村草”，為什麼要幫隔壁老王記賬？“這就涉及了比特幣系統中的激勵機制。參與記賬的村民，被稱之為“礦工”。這些村民中，首個記賬被認可的人將得到“大禮包”。
其一、獲得一筆獎勵，這筆獎勵就是若干個比特幣。這也是比特幣發行的唯一來源，這種獎勵措施使眾多村民積極參加記賬。
其二、誰在某一塊賬本被認可，其他人都會分別複製這一塊賬本。從而保證所有人維護的賬本是完全一致的，這兩點保證了比特幣的自動安全執行。
第三、工作量證明機制
問題又來了。既然有了激勵，大家就會爭搶著記賬並努力讓自己的記賬被認可，怎麼確定以誰記的為準呢？
為了能夠確定以誰記的帳為誰，村民們想到了一個公平的辦法：對每一塊賬本（類比為我們現實賬本上的一頁），他們從題庫中找了一道難題，讓所有參與記賬的“礦工”都去破解這道難題，誰若最先破解了，該頁/塊就以他記的帳為準。
這個破解難題的過程，就被稱為“挖礦”，即工作量證明的過程。這就是比特幣中的工作量證明機制（POW），這裡需要說明的是，這個難題的解題過程需要不斷地嘗試，較為困難，但是找到答案發給別人後，別人是很容易驗證的。
因此，比特幣透過“區塊+鏈”的分散式賬本保障了交易的不可篡改，透過發放比特幣的激勵措施激勵了“礦工”的參與，透過計算難題（礦工挖礦）解決了記賬一致性的問題。這樣，完美地形成了一個不依賴任何中間人即可完成記賬的自動執行系統。
比特幣科普之POW是中本聰原創嗎？
POW演算法是比特幣系統良好執行的保障，很多人是從比特幣中認識了工作量證明機制（POW），那POW是中本聰的靈光一現嗎？
顯然不是。工作量證明概念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor於1993年的學術論文提出，而工作量證明一詞則是在1999年由Markus Jakobsson與Ari Juels所發表。
並且POW在比特幣之前就已經被廣泛使用，其中比較知名的是Google郵箱的反垃圾系統。原理如下：如果你想給Google郵件伺服器發郵件，首先得先“幹活”（一定量的計算工作），計算工作可能會耗時2-3秒，如果是普通發郵件，這個耗時是可以接受的。但如果是垃圾郵件的指令碼程式，2-3秒的延時將是“致命”的。
全民課堂第1-3講今天就講到這裡啦，從下節課開始課程的難度會提升一點點，將詳細解析比特幣的交易。
首先要了解比特幣地址的概念。要參與比特幣系統中的交易過程，需要一個類似於現實世界中銀行“賬戶”的實體。比特幣交易即為從一個比特幣地址向另一個比特幣地址進行轉賬的過程，每個交易可能會包含多筆轉賬。比特幣系統如何實現點對點的支付呢？我們下期講述，敬請期待~
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區塊鏈與密碼學全民課堂課程回顧：
【圖學院】區塊鏈與密碼學全民課堂第1-1講：比特幣的誕生
【圖學院】區塊鏈與密碼學全民課堂第1-2講：“瘋狂”的比特幣
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