区块链

如果约定一个区块记录指定量的数据，并在区块头部记录上一区块的哈希值。将多个区块通过这种方式链接起来就形成了区块链。

加密货币

加密货币是基于区块链的分布式账本，实现方式是在区块链中记录转账数值与奖励。

极简账本区块示例

{
  "hash": "000000000000000000059...", // 当前区块哈希
  "previousblockhash": "000000000000000000058...", // 指向上一个区块
  
  // --- 区块体 (交易列表) ---
  "tx": [
    {
      张三挖出1个币并把它转入A地址
    },
    {
      李四在自己B地址的4个币的余额中的2个币转入王五的C地址，1个币转入李四的找零地址D，剩余作为交易手续费。
    },
    ...
  ]
}

在上例中，区块链实现了不可篡改性。但为了确保李四对他转出2个币这一交易的不可否认性，需要李四对本交易做数字签名；然后把交易信息、数字签名和公钥发送给记账方。

比特币

比特币的记账方又叫矿工，他们收到交易数据并验证签名和余额后开始计算数学难题，首先算出的矿工将获得这个区块的奖励和手续费。

去中心化

通过将区块链数据分布式存储到全世界大量矿工的设备中实现。

伪匿名性

任何交易设备可离线生成随机的公钥私钥对，不需向中心化服务器注册，不需与人的身份关联。

地址类型

比特币地址经历了多次技术迭代，主要为了解决安全性、扩展性（扩容）和费用问题。

1. 概览表

2. 详细原理解析

A. P2PKH (Pay to Public Key Hash) - 1 开头

这是中本聪最初设计的地址格式。

• 原理：地址本质上是公钥的哈希值（Hash160）。
• 锁定脚本：OP_DUP OP_HASH160 <公钥哈希> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
• 缺点：交易数据量大（签名数据占用主区块空间），导致手续费昂贵。

B. P2SH (Pay to Script Hash) - 3 开头

这种地址支付的对象不是“公钥”，而是“脚本的哈希”。

• 原理：资金被锁定在一个脚本哈希中，花费时需要提供原始脚本（Redeem Script）。
• 应用场景：
  1. 多重签名 (Multi-Sig)：例如“3个人中任意2个人签名才能转账”。
  2. 嵌套隔离见证 (Nested SegWit)：为了兼容老旧钱包，将 SegWit 包装在 P2SH 中。

C. Native SegWit (Bech32) - bc1q 开头

引入了隔离见证 (Segregated Witness) 技术。

• 原理：将占用空间最大的“签名数据（Witness）”从交易结构中挪到了一个单独的区域（见证区）。
• 优势：
  1. 扩容：见证数据不计入 1MB 的区块大小限制（按 1/4 权重计算），变相扩大了区块容量。
  2. 省钱：由于权重打折，转账手续费比传统地址便宜约 30%-40%。
  3. 用户体验：使用 Bech32 编码，只有小写字母，且包含纠错码，输错一位字符能自动检测。

D. Taproot (Bech32m) - bc1p 开头

基于 Schnorr 签名和 MAST (默克尔抽象语法树) 的最新升级。

• 原理：利用 Schnorr 签名的线性特性，可以将多个签名聚合成一个。
• 优势：
  1. 隐私：多重签名交易在链上看起来和普通单人交易一模一样，无法区分。
  2. 效率：对于复杂的智能合约交易，数据量更小，费用更低。

3. 地址生成算法 (底层逻辑)

比特币地址并非直接是公钥，而是经过了多重哈希和编码处理，以确保安全和简短。

生成流程 (以 P2PKH 为例)：

1. 私钥 (随机数) $\to$ 公钥 (椭圆曲线乘法)
2. SHA-256 哈希：$H_1=\text{SHA256}(\text{PublicKey})$
3. RIPEMD-160 哈希：$H_2=\text{RIPEMD160}(H_1)$ (得到 20 字节的公钥哈希)
4. 添加版本号：在 $H_2$ 前面加上版本字节 (主网为 0x00)。
5. 双重 SHA-256 校验：计算前 4 字节作为校验和 (Checksum)。
6. Base58 编码：将 [版本号 + 公钥哈希 + 校验和] 进行 Base58 编码，得到最终的 1 开头的字符串。

Base58 vs Base64：Base58 去掉了容易混淆的字符（如数字 0 和大写字母 O，大写 I 和小写 l），减少人工抄写错误。

比特币生态系统

"去中心化-安全性-用户价值"各要素形成了一个正反馈循环，相互促进又相互制约：

核心循环关系

1. 去中心化程度 ⇄ 矿工数量

正向促进：

• 更多矿工加入 → 算力分散 → 去中心化程度提高
• 去中心化程度高 → 网络更安全可信 → 吸引更多矿工参与

制约因素：

• 挖矿门槛提高（专业ASIC矿机、矿池集中）→ 实际去中心化程度受限
• 电力成本差异 → 算力向低电价地区集中（如曾经的中国四川、现在的美国德州）

2. 比特币价格 ⇄ 矿工积极性

动态平衡：

• 价格上涨 → 挖矿利润增加 → 更多矿工入场 → 算力上升 → 难度自动调整 → 利润回归平衡
• 价格下跌 → 部分矿工退出 → 算力下降 → 难度降低 → 剩余矿工成本下降

3. 用户量 ⇄ 网络价值

梅特卡夫定律 (Metcalfe's Law)：

其中 $n$ 为用户数量

• 用户增加 → 交易需求上升 → 手续费市场活跃 → 矿工收入增加
• 更多用户 → 生态应用丰富（交易所、钱包、支付场景）→ 吸引新用户

4. 去中心化 ⇄ 用户信任

信任基础：

• 去中心化程度高 → 抗审查性强 → 吸引注重隐私和自由的用户
• 单一实体控制超过51%算力 → 双花攻击风险 → 用户信心崩溃 → 价格暴跌

综合反馈模型

       ┌─────────────┐
       │   BTC 价格   │
       └──────┬──────┘
              │
    ┌─────────┼─────────┐
    ↓                   ↓
┌────────┐         ┌─────────┐
│  矿工数 │ ←────→  │  用户量  │
└───┬────┘         └────┬────┘
    │                   │
    └────→ ┌──────────┐ ←┘
           │ 去中心化度 │
           └──────────┘

正向循环（牛市）

1. 价格上涨 → 媒体关注度提升
2. 新用户涌入 → 交易量激增 → 手续费上升
3. 矿工收入增加 → 算力创新高 → 网络更安全
4. 安全性提升 → 机构投资者入场 → 价格进一步上涨

负向螺旋（熊市）

1. 价格暴跌 → 散户恐慌抛售
2. 交易量萎缩 → 手续费收入锐减
3. 部分矿工关机 → 算力下降（短期网络安全性降低）
4. 负面新闻循环 → 用户流失

关键稳定机制

难度调整算法

每2016个区块（约2周）自动调整挖矿难度：

这确保了无论算力如何波动，平均出块时间始终维持在10分钟左右，防止系统崩溃。

减半机制的长期影响

• 供应量可预测（总量2100万枚）→ 抗通胀属性 → 价值储存功能
• 区块奖励递减 → 倒逼手续费市场成熟（否则2140年后矿工无动力）

潜在风险点

1. 算力过度集中：少数矿池控制大部分算力 → 去中心化名存实亡
2. 用户增长停滞：缺乏新用户 → 交易需求不足 → 手续费无法支撑矿工
3. 监管打击：主要国家禁止挖矿/交易 → 用户和矿工同时流失
4. 技术替代：更先进的加密货币出现 → 比特币网络效应被削弱

总结

这是一个高度耦合的复杂系统，各要素通过经济激励和技术机制相互绑定。只要"去中心化-安全性-用户价值"三角形保持稳定，比特币就能通过自我调节机制抵御短期波动。但任何一个要素的系统性崩溃（如51%攻击成功、全球监管封杀）都可能引发连锁反应。
实际上，一个新的加密货币生态都要面对如何启动"去中心化-安全性-用户价值"这个正反馈循环。