《比特币和数字货币技术》.pdf-资料库

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比特币和数字货币技术阿文德·纳拉亚南，约瑟夫·邦诺，爱德华·菲尔顿安德鲁·米勒，史蒂文·戈德费德杰里米·克拉克作序瓜子翻译草稿版：2016 年 02 月 09 日欢迎反馈！Email：itcoinbook@lists.cs.princeton.edu  如果想看包含编程任务的最新草本和补充材料，请查看我们的Coursera课程普林斯顿大学出版社

关于本书比特币和加密货币有很多激动人心的地方。乐观主义者声称比特币将从根本上改变世界各地的支付，经济，甚至政治。悲观主义者认为比特币注定会破产，并将遭受不可避免的、惊人的崩溃。这些不同观点的背后是关于比特币是什么以及它是如何工作的重大混淆。我们写这本书的目的是为了切断炒作，并探索什么使比特币独一无二的核心。要真正理解比特币的独特之处，我们需要从技术层面了解它的运作方式。比特币是一种真正的新技术，我们只能通过简单的类比过去的技术来诠释它。我们假定您对以下计算机科学有一个基本的了解——计算机的工作原理、数据结构、算法以及一些编程经验。如果您是计算机科学本科生或者研究生、软件开发人员、企业家或者技术爱好者，则此教科书适合您。在本书中，我们将讨论有关比特币的重要问题。比特币是如何运作的？是什么让它与众不同？你的比特币有多安全？比特币用户有多匿名？我们可以使用比特币作为平台来构建哪些应用程序？加密货币能否被监管？如果我们今天正在设计一个新的加密机制，我们需要做什么改变？未来会是什么样子？每章都有一些作业，可以帮您更深入地理解这些问题。此外，还有一系列编程任务，让您在简化模型中实现比特币的各种组件。如果你是听觉学习者，这本书的大部分材料也可以通过一系列视频讲座获得。您可以在我们的 Course 课程中找到所有这些。您还可以通过在线方式，包括比特币维基，论坛、研究论文、与同龄人沟通，以及比特币社区来额外学习。阅读本书之后，您将会懂得在阅读有关比特币和其他加密货币的声明时，从虚构中区分事实的能力。您将拥有与比特币网络交互的安全软件所需的基本

概念。您可以将比特币的想法整合到您自己的项目中。感谢！我们非常感谢帮助开发编程任务的学生，以及向本书草稿提供反馈的所有人。普林斯顿学生夏娃玛·阿加瓦尔，迈尔斯·卡尔斯坦，保罗·埃伦博根，普拉纳布·戈卡莱，亚历克斯·伊瑞札，哈里·卡洛德纳和狄龙·赖斯曼，以及斯坦福大学艾莉森·伯克、贝尼迪克·伯恩斯和亚历克斯·莱斯曼都值得特别赞赏。我们也非常感谢丹·博内和阿尔伯特·西姆米格尔斯基。

序言——比特币的漫漫长路通往比特币的道路上到处充斥者失败的尝试。我已经编制了大约一百个密码支付系统，无论是电子钱包还是信用卡为基础的技术，在某些方面它们是非常著名的。有些是已经得到了很好的学术引用，有些则是实际部署和测试的系统。这份名单上所有的名字，有可能你只认识一个——Payply。而 Payply 存活的唯一原因，仅仅是它迅速转离了原来以手持设备密码支付为核心的想法！从这段历史中可以学到很多东西。比特币的想法从何而来？为什么有些技术存活了下来，而另一些则会死亡？复杂的技术创新要成功地商业化需要些什么？如果不出意外，这个故事会让你欣赏到，我们最终拥有的一个真正的、有效的互联网付款机制是多么地引人注目。表1 : 值得注意的电子支付系统和提议

传统金融的安排回溯历史，在有政府和货币之前，一个为获取货物而运作的系统是以物易物。比方说，Alice 想要一个工具，Bob 需要药品。如果他们恰好都有对方需要的东西，那么他们可以交换，两者都能满足他们的需要。另一方面，假设 Alice 有食物，她希望通过交换得到一个工具，然而 Bob 拥有一个工具，但没有食物的需求，反而他需要药物。Alice 和 Bob 不能相互交易，但如果有第三个人，卡罗尔，她有药物，想交换得到食物，那么就有可能安排三方交易，每个人得到他们所需要的。当然，它的缺点是需要协调——组织一群人在同一个时间、同一个地点，让他们的需求达成一致。为了解决协调的问题，出现了两个系统：信贷和现金。历史学家、人类学家和经济学家对这两者哪一个是最先发展起来的起了争论，但这对我们的目的无关紧要。在一个基于信用的系统中，上面例子中的 Alice 和鲍伯将能够与对方进行交易。鲍伯会给 Alice 这个工具，Alice 则欠鲍伯一个人情。换句话说，Alice 有个债务，她需要在未来的某个时候与鲍伯和解。Alice 的物质需求现在已经得到满足，但她想要取消债务，所以这是她的新“希望”。如果 Alice 在未来遇到卡罗尔，Alice 可以用食物交易卡罗尔的药物，然后再返回到 Bob 处，给 Bob 药物并取消债务。另一方面，在以现金为基础的系统中，Alice 会从 Bob 那里购买工具。后来，她可能会把食物出售给卡罗尔，卡罗尔则能把他的药物卖给 Bob，以此来完成这一循环。这些交易可以以任何顺序发生，只要确保每笔交易中的买方手

头有现金。最后，当然，这就像钱从未转过手一样。没有哪个系统更胜一筹。基于现金为基础的系统，需要在无交易发生的情况下，初始分配一些“自举”现金。基于信用为基础的系统不需要引导，但缺点是任何欠了债务的债权人都承担了一些风险，债务人有可能永远不会回来偿还债务。现金也能让我们精确地知道某物的价值。加入你是物物交换，很难说一个工具的价值超过了药物，或者药物的价值超过了食物。现金让我们用数据来谈论价值。这就是我们今天使用混合系统的原因——甚至当我们使用信用卡，我们依旧用它所需的现金来度量债务。这些想法的出现有很多背景，尤其是用户在线交易某种虚拟物品。例如，对等（P2P）文件共享网络，必须处理好“不速之客”的问题，也就是那些下载了文件却没有反过来共享文件的用户。虽然可以交换文件，但依旧有协调的问题：寻找谁真正拥有你想要的文件，还有希望你有那个确切的文件。在 MojoNation 项目和 Karma 学术建设中，用户必须初始分配一些虚拟现金，以便他们接受文件时支付，发送文件副本给其他用户时获得报酬。在这两种情况下，一个或多个中央处理器帮助跟踪用户的余额，并提供内部货币与传统货币之间的兑换服务。虽然 MojoNation 没有存活足够长时间来实现这样的交换，它却成为当今使用的一些协议的知识产权祖先：比特流 BitTorrent 和开源分布式文件储存系统 Tahoe-LAFS.

在线信用卡的麻烦就基本概念这一点，我们可以将大量的电子支付方式分成信用和现金两堆。比特币显然是在“现金”堆，但让我们先看看另一个。信用卡交易是当今网络上使用的最主要支付方式。如果你曾经从 Amazon 这样的在线卖家那里买过东西，你就知道这个安排是如何进行的。你输入你的信用卡详细信息，把它发送到 Amazon，然后亚马逊转发这些信用卡详细信息，并与“系统”—— 涉及处理器，银行，信用卡公司和其他中介的金融系统进行交谈。另一方面，如果你使用像 PayPal 这样的东西，你所看到的就是一个中介架构。在你和卖方之间有一家公司，你将信用卡信息发送给这个中介，该中介批准交易并通知卖方。每一天结束时，中介会与卖方结平账目。你从这个架构中得到的好处是，你不必向卖家提供你的信用卡详细信息，这可能是一种安全风险。你甚至不需要让卖家知道你的身份，这很好地保护了你的隐私。它的不足是你失去了直接与卖家简单互动的机会。你和卖家可能不得不在同一个第三方机构都拥有账户。今天，我们大多数人都乐于在网上购物时提供信用卡信息，或者至少我们勉强接受。我们也习惯于收集有关网上购物和浏览活动的数据公司。但在 20 世纪 90 年代，网络是个新新事物，协议级加密标准正在出现，这些企业使消费者深感不安和犹豫。特别是，通过不安全的渠道将信用卡信息交给不知名的网络供应商被认为是疯狂的。在这样的环境下，人们对中介架构产生了浓厚的兴趣。

FirstVirtual 是一个早期的支付中介，它成立于 1994 年。顺便说一下，他们是最早建立纯粹虚拟办公室的公司之一，员工遍布全国，通过互联网进行沟通，因此获得了这个名字。 FirstVirtual 提出的系统有点像 PayPal 当前的系统，但在它先于 Paypal 之前很多年。作为用户，你要注册并提供你的信用卡详细信息。当你想要从卖家那里购物时，卖家联系 FirstVirtual 请求所要求付款的详细信息，FirstVirtual 将与你确认这些信息，你的信用卡则会在你批准后付款。但有两个细节很有趣。首先，所有这些通信都发生在电子邮件上；当时的 Web 浏览器刚刚开始普遍支持像 HTTPS 这样的加密协议，而多方性的支付协议也增加了其他的复杂性。（其他中介机构将信息编码到 URL 中或在 HTTP 之上使用自定义的加密协议）第二，用户有三个月的时间来质疑这笔费用，商人则只能在三个月之后收到钱！今天的商家能立即得到报酬，但是，仍然有用户提出退款或对信用卡对账单存有争议的风险。如果发生这种情况，商家将不得不将付款退还给信用卡公司。在 90 年代中期，出现了一种称之为集合架构（SET）与这些中介架构进行竞争。SET 即避免了用户向商家发送信息卡信息的需要，同时还免除了用户不得不在第三方进行注册的麻烦。在 SET 中，当你准备购买时，你的浏览器会将你的交易细节传送给你计算机上的购物程序，该购物程序将你的信用卡信息加密，以便除了第三方没有人可以解密它。以这种方式加密了你的数据后，你就可以放心的将其发送给卖家。卖家机械地将加密数据转发给第三方，连同他们自己对交易细节的看法。第三方揭秘你的数据，当你的想法与卖家的想法相符时才批准交易。 SET 是一个由 VISA 和万事达主导，当今诸多技术巨头：Netscape、IBM、

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