2009年，中本聪将比特币与区块链的概念带给了世人。从创世区块至今已有8年，时间长河证明了比特币在其去（弱）中心化、安全性、匿名性等方面相比于传统货币与中心化的电子货币的巨大优势。比特币的成功带动了数字货币的集体繁荣，截止2017年6月20日，数字货币种类已达885种，其中除了比特币外，也不乏有力的竞争者如莱特币（LTC），比特现金（BCC，由BTC硬分叉），以太币及以太经典（ETH、ETC）等。本文希望以比特币为例，从更本质层面来阐述，区块链技术如何使得数字货币拥有了货币的性质。
货币到底是什么？
首先是两个基本点：
- 货币的本质是一种记账方式。
- 信任是交易的基础。
当我们使用货币发生交易，只是在一个隐形的账本上进行了一次会计操作。当A从B这里拿货时，A将一个债务契约交给B，表明“A欠B xxx物品”，B可以使用这个债务契约去与其他人交易。在现代社会中，这样的债务关系被记录在了一个由国家背书的中心化账本上，用法定货币来衡量其价值，并承诺和承认：这种法定货币，可以交易流通；可以兑换黄金；可以贮藏，或是存在银行；可以对汇，在世界范围流通......因此，人们生活中的日常交易，只是记录了类似“xxx物品的价值所有权从A转移到了B”这样一个会计条目，法币则是这种价值转换的代言物。实际上对于法币的价值背书——黄金来说，仍然躺在国库中丝毫未动。中心化信任我们相信法定货币并使用它，是因为我们信任国家和政府的强制力与威严可以保证这个中心化账本的公正。然而这种中心化的信任往往是低效且不合理的：场景一：当我向银行贷款后，银行的账本会记录一条我的欠款记录，但这个账本确是交由银行管理，并且国家只承认银行的账本。由于我们信任国家机器，而国家通过强制力保证银行履行义务，因此我们选择信任银行，信任这一套金融体系。但这从逻辑上来看其实是非常可笑的——A与B之间的债务关系不由C来证明，而是由A、B中的某一方来证明。场景二：银行间的跨行结算依赖于清算中心，这是一个典型的中心化的架构。这种架构的弊端显而易见：
- 各银行间的清算、结算、托管和注册服务的工作量都集中在清算中心，给清算中心带来了巨大的工作量，显著增加成本（包括特定业务的手续费、系统运维成本、人力成本等等）。
- 中心化的机构需要巨大的成本和精力来保证更好的容灾能力。例如“9.11”事件后，纽约联邦储备银行立刻停止了靠近纽约的新泽西美元支付清算系统的运行，启动灾备系统，将美元支付清算系统从纽约新泽西切换到里士满和达拉斯。虽然用“多个中心”的方案，也可以解决这一问题，但无疑是昂贵和低效的。
中心化信任是人类经济社会发展出来的必然产物，但它具备一定的历史局限，有自己的弊端和风险。也正是如此。我们需要花费更大的成本去规避风险、扬长补短。目前的货币体系正是基于中心化信任，故不得不承担着连带的风险。
比特币为什么可以当做货币？
区块链技术的出现让我们看到了去中心化信任的希望，它赋予比特币三个重要特点：
- 分布式记账：比特币网络中存在一个总的账本，即以区块的链条形式存在。每个节点可以拥有自己的账本，节点间点对点的通信。当产生一笔交易时，节点将其广播至其他几点，若某一节点的矿工通过了工作量证明，有权利产生新的区块（新的一页账单），则会对该交易进行确认、验证后，打包进区块，将新账本广播至全网。其他节点收到新区块，通过验证后加入到自己的区块链（账本）中。
- 账本无法伪造，且不可逆：比特币使用POW（工作量证明）的共识算法（具体算法细节在下文有详述），这样的机制保证了新区块的产生需要付出一定的代价，大大降低了伪造、欺骗的性价比，从而保证了各节点账本的一致性和真实性。
- 比特币本质上是UXTO（Unspent Transaction Output，未花费交易的输出）：在比特币的区块中，一笔交易包含输入和输出。一个用户拥有的比特币数量，等价于他与其他人交易时，整个区块链中确认的交易中以他的地址为输出的那些交易所代表的金额。这本质上也是一个账单条目。我花费固定数量的比特币，实质是花费了某些交易的输出。
这些特点，让我们不需要相信某个中心化的机构来发行、监管比特币。只要全网大多数的节点对总账本达成了一致，则其中的交易记录（包含UXTO）将会被大多数人所信任的，从而通过消耗比特币（UXTO）所产生的交易行为，也将通过同样的机制获得全网的信任。如此，比特币其实就拥有了货币的一些基本职能。另外，这些特点也赋予了比特币和黄金相似的三个重要属性：
- 获取成本：黄金的开采需要耗费成本，而比特币的开采同样也要耗费计算力，一个是人力和设备成本，一个是硬件和电力成本。
- 稀有性：地球上的黄金总量有限，比特币的总量也是有限的（总共约为2100万个）。其稀有性决定了它有贮藏的价值。
- 难以伪造：人们可以依靠化学手段来判断黄金的真伪，而比特币依靠其密码学原理和共识算法来防止伪造。
区块链技术所实现的这一整套分布式与共识机制，使得比特币与黄金一样，能够成为一般等价物，在商品交换中流通。从过去8年比特币的发展也证明了这一点。
数字货币的关键机制
尽管都是基于区块链技术，但不同的数字货币拥有的理念与算法，各有千秋。其中最重要的特性，同时也是决定了数字货币间的主要差异的环节，便是共识机制。共识机制，即区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制，可以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉，甚至可以抵御恶意攻击。目前典型的共识算法共有四种：
- POW算法（工作量证明）：该算法通过节点消耗计算力来进行制定的哈希运算，找到合理的随机数，当该随机数小于比特币网络所规定的目标值时，则该节点有权产生一个新区块，在上面留下自己的数字签名，所计算得的哈希值，新区块头的标识（也是一个哈希字符串）和上一个区块头的标识等其他信息，验证并打包一些该节点中存在的交易（可以是来自其他节点的，也可以是自己节点产生的）至新区块中，然后广播至全网。其他节点收到区块并验证通过后，加入自己的区块链中。使用这种共识算法的数字货币，代表的有比特币、莱特币、以太币等。
- POS算法（权益证明）：该算法根据节点持有货币的量和时间（常以币天为单位），进行利息发放和区块产生机制。例如持有100个币，共持有了30天，那么币天就为3000。以未来币为例：一个账户用自己的私钥在原先的区块上产生一个64字节的“生成签名”，之后通过SHA256散列该签名。将结果的前八个字节作为一个数字，称为"hit"。将"hit"与目前的目标值相比，如果计算出的"hit"值要比目标值低，则有权生成一个新区块。目标值随着时间的流逝而增长，如果在最初的一秒内没有账户的"hit"值低于目标值，则下一秒“目标值”就会翻倍，直到一个活动账户的"hit"有一个较低的数值。另外还有一个“基本目标”值，以60秒的间隔设定为目标值，从而使区块平均产生的时间限制在60秒左右。某个节点产生新区块后，广播至其他节点，通过其他节点的验证后加入到各自的区块链中。
- DPOS算法（委任权益证明）：该算法是POS算法的改进。POS算法的一个弊端是，最终区块链的区块产生权掌握在账户余额最多的少数节点中，这对去中心化带来了一定的挑战。DPOS的改进之处是：每个持币节点可以将其投票权授予一名代表，获票数最多的前100位代表按照既定时间表轮流产生区块。每名代表被分配到一个时间段生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的1%作为报酬。如果某代表错过了太多的区块，那么系统将推荐用户去更换一个新的代表；若被发现签发了一个无效的区块，那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。DPOS的典型应用例子是比特股。
- PBFT（实用拜占庭容错算法）：这个算法在保证活性和安全性（liveness & safety）的前提下提供了(n-1)/3的容错性（为什么是(n-1)/3，可参考拜占庭将军问题）。PBFT是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。整个节点网络分为两种节点：主节点与副本节点。整个流程是这样的：① 客户端向主节点发送请求调用服务操作。② 主节点通过广播将请求发送给其他副本节点。③ 所有副本节点都执行请求并将结果发回客户端。④ 客户端需要等待f+1个不同副本节点发回相同的结果，作为这个操作的最终结果（这里f是指有可能失效的副本节点的最大个数）。这保证了客户端不会被失效（假的）副本节点给的最终结果所欺骗。
PBFT由于不需要通过付出成本来达成区块的共识，不依赖于币的存在，因此常被用于联盟链和私有链中。而POW、POS、DPOS中，创建区块仍然是要付出代价（POW需要消耗算力，POS、DPOS需要消耗币天），常被用于需要代币作为激励或原料的公有链项目。总的来说，共识算法为数字货币提供了如下三个特性：
- 创建区块需要付出一定成本。
- 分布式账本的一致性。
- 安全性，不可伪造。
当然，构建数字货币所面临的问题，自然不是单单一个共识算法能够解决的，其背后的技术方案还包括了非对称加密算法、数字签名、弱中心化节点架构等来防止如双重支付、DDos攻击、身份伪造等问题。
结语
数字货币，其所拥有的货币属性完全依赖于计算机算法与网络技术。正是基于这样精巧设计的分布式网络与加密、共识机制，使得数字货币拥有了传统货币所没有的去中心化、安全性、匿名性、透明等特性。如果说传统的货币，国家需要依靠完善制度法律，强化监管力度来威慑、打击货币犯罪的行为，那么数字货币则力图从根本上杜绝类似的货币伪造、刷信用等不法行为的发生。尽管这些天，国家管制纷纷来袭，但数字货币的价值已经被全世界所认可，它的普及也将是大势所趋。最后引用太祖的一句名言：
人类的历史，就是一个不断地从必然王国向自由王国发展的历史。——毛泽东
去中心化意味着金融系统中每个参与者真正的自由。相信创新的革命会被人类的理性所接受。
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