比特幣如何運作

在比特幣出現之前，數位支付就已經存在。人們可以透過銀行、卡組織及線上支付公司匯款。這些系統讓商業活動變得更加便利，但每一種都仰賴一個受信任的機構來維護帳本、核准帳戶、結算轉帳及解決爭議。

這種依賴會帶來權力與風險。中介機構可能延遲付款、收取手續費、蒐集並濫用個人資料、限制帳戶、撤銷轉帳，甚至倒閉。而發行者也可以改變其貨幣的供給量。

多年來，電腦科學家一直試圖創造一種不需要中央發行者或支付公司的數位貨幣。這項挑戰相當困難。數位資訊很容易被複製。如果一枚數位硬幣可以被複製並花費兩次，它就無法發揮貨幣的功能。如果由一家公司來防止複製，這家公司便會成為控制點與單一故障點。

比特幣的誕生，正是為了透過點對點網路解決這個問題。其設計讓參與者能就單一的交易歷史達成共識，而無需中央的帳本保管者。它結合了公開帳本（區塊鏈）、數位簽章、由驗證節點組成的網路、工作量證明以及經濟誘因。

比特幣並沒有將信任從生活的每個層面中移除。它所減少的，是在其原生貨幣的發行與結算上對中央權威的信任需求。

在本書中，以大寫 B 開頭的比特幣（Bitcoin）通常指網路、協定或更廣泛的系統。而以小寫 b 開頭的比特幣（bitcoin）則指貨幣單位或資產。BTC是比特幣數量的常見縮寫，特別是在標示價格或特定數量時。錢包或交易所是可能連接至比特幣的服務，但它本身並不是比特幣網路。

個人電腦與網際網路的發展，為溝通帶來了新的機會，同時也帶來了新形式的監控與控制。二十世紀末，一群被稱為密碼龐克（Cypherpunks）的程式設計師、數學家與社會運動者，探索密碼學如何在數位系統中保護隱私與個人自由。

密碼學

密碼學運用數學方法來保護資訊，並證明某項行為的真實性。加密可以讓訊息保持私密。數位簽章則可以證明某則訊息或指令確實來自私鑰的持有者，而無須揭露該私鑰。

這些密碼龐克明白，僅有私密的通訊並不足夠。人們還需要一種在網路上交換價值的方式。如果每一筆數位支付都必須透過銀行或公司，那麼該中介機構就能夠觀察、允許或阻止這筆交易。

他們的目標不僅僅是數位貨幣。銀行存款早已數位化。更困難的目標是去中心化的數位貨幣：一個不存在任何必須由參與者信任的單一發行者、伺服器或管理者的系統。

比特幣建立在許多人數十年努力的基礎之上。它的設計以全新的方式結合了先前的構想，並提供誘因，讓一個開放的網路得以持續運作。

比特幣並不是數位貨幣的首次嘗試。它建立在四十年的實驗基礎之上，汲取了許多早期專案的構想，這些構想協助塑造了它成功的設計。

• DigiCash運用密碼學來支援私密的數位支付。它依賴一家中央公司以及與銀行的合作關係。當這家公司倒閉時，該系統便無法作為獨立的貨幣網路繼續運作。
• Hashcash運用工作量證明讓發送垃圾郵件付出代價。寄件者的電腦必須先完成一定的運算工作，才能寄出訊息。這個構想說明了運算成本如何能夠遏止濫用行為。
• Bit Gold描述了一個構想中的系統，在該系統中，運算工作可以產生稀缺的數位紀錄。它並未作為完整的去中心化貨幣系統推出，但它發展出關於數位稀缺性與證明的重要概念。
• B-money與可重複使用的工作量證明（RPoW）探索了讓參與者在不必完全依賴單一中央資料庫的情況下，創造或轉移稀缺數位價值的方法。它們雖不完整，卻有助於釐清一個可行的系統需要具備哪些條件。
• 雖然BitTorrent並不是貨幣，但它證明了點對點網路能讓許多獨立的電腦共享資訊，而不需要由單一中央伺服器控制整個系統。

綜合來看，這些實驗提供了拼圖中有用的幾塊，同時也釐清了尚待解決的問題。

雙重支付

雙重支付是指試圖將同一個數位單位發送給兩位收款人。數位資料可以被完美複製，因此數位貨幣系統需要一種方法來確定哪一筆交易才是有效的。

中心化系統透過讓單一受信任的資料庫決定哪一筆付款先發生，來防止這種情況。2008年10月31日，中本聰（Satoshi Nakamoto）發表的白皮書《比特幣：一種點對點的電子現金系統》提出了不同的做法：一個公開的系統，無需銀行、公司或其他中央機構，即可建立共同的付款歷史紀錄。

這份白皮書整合了實現此做法所需的各項要素：

1. 一個點對點網路： 交易會直接廣播給由參與者組成的網路。
2. 數位簽章： 所謂私鑰是一種秘密資訊，可產生簽章以授權一筆支出；只有私鑰的持有者能夠做到這一點。
3. 區塊與挖礦：礦工將交易收集成區塊，並運用工作量證明競爭加入下一個區塊。
4. 獨立驗證：節點依照比特幣的規則檢查交易與區塊。
5. 具有累積工作量證明的共同歷史：參與者將有效鏈（即由交易組成、累積工作量最多的那條鏈）認定為共同紀錄。

本模組將更詳細地說明這些概念。這些概念結合起來，為雙重支付問題提供了切實可行的解答：網路無須仰賴中央機構，即可拒絕第二次花費同一筆比特幣的企圖。比特幣提供了數十年來數位貨幣實驗一直在尋找的那個缺失的組合。

數位資訊通常很容易複製。

數位稀缺性

數位稀缺性是指一個系統能夠區分有效的單位與無效的複製品，並防止同一單位被花費兩次。

比特幣創造數位稀缺性的方式，是結合簽章、公開的交易紀錄、工作量證明以及獨立的規則驗證。比特幣可以被轉移，但網路會拒絕再次花費同一枚比特幣的嘗試。

稀缺性之所以可獨立驗證，是因為人們能夠自行檢查公開的規則，而且沒有任何單一發行者能夠悄悄地為所有人改變供給量。這就是為什麼比特幣的供給上限必須與去中心化及節點 驗證一併研究。

一個中心化系統有一個控制點。銀行掌控其客戶的帳本。支付公司掌控其網路。政府掌控其貨幣的發行規則。

去中心化

一個去中心化系統會將各種角色與決策的執行分散給眾多獨立的參與者。比特幣沒有任何中央機構能夠建立帳戶、更改餘額或核准成員資格。

比特幣的去中心化源自以下幾項特點：

• 任何人都可以下載並檢視開源軟體
• 使用者無須在比特幣網路開設帳戶即可進行交易
• 獨立的節點會檢查交易與區塊
• 礦工彼此競爭以提出區塊
• 沒有任何礦工能讓誠實的節點接受無效的區塊
• 規則的變更需要參與者自願採用
• 這份帳本被複製到許多電腦與地點

去中心化並不等於影響力均等。挖礦設備、技術知識、資金、網路連線以及軟體開發並非平均分布。大型服務提供者可能成為其自身使用者所依賴的對象。比特幣的主張範圍較窄：沒有任何單一參與者有權為所有人單方面更改帳本或貨幣規則。

去中心化也會帶來成本。協調可能較為緩慢。使用者必須自行驗證資訊並承擔更多責任。比特幣網路並沒有中央客服台。這些取捨是設計的一部分，而非可以在不改變系統的情況下移除的意外缺陷。

數位簽章是白皮書中所描述的比特幣設計關鍵要素之一。在比特幣中，錢包會使用私鑰來產生數位簽章，藉此授權一筆交易。錢包通常是一種應用程式，負責為使用者管理金鑰並產生這些簽章。只有持有所需私鑰的人才能授權支出；網路可以驗證簽章，卻無須得知私鑰本身。

這讓人們無須取得銀行或其他中央營運者的許可，就能掌控比特幣。這也意味著，對私鑰的掌控至關重要：任何取得私鑰的人通常都能授權支出，而一旦遺失私鑰，比特幣可能就再也無法取回。

這正是自我託管的基礎：由您自己掌控金鑰，而非依賴某項服務代為掌控。第 3 單元將說明與金鑰、備份及復原相關的實務安全責任。

點對點是指參與者透過網路互動，而不需要中央協調者。比特幣使用者可以建立並簽署一筆交易，然後將其廣播至網路。收款人不需要在付款人的銀行開立帳戶，因為比特幣本身就提供了共同的結算系統。

點對點並不一定表示只有兩台電腦直接通訊。一筆交易可能會經過錢包、網路服務供應商以及許多網路節點。重點在於，沒有任何中央的比特幣營運者必須核准付款人或收款人。

使用者仍然可以選擇中介機構。交易所可以替客戶保管比特幣；支付服務可以簡化發票流程；託管錢包可以管理金鑰。這些服務可能很方便，但使用者也因此必須仰賴該服務的規則與安全性。

比特幣讓直接持有與轉移成為可能，但並不強迫每位使用者避開所有服務。保管方式的選擇，決定了誰擁有實際的控制權。

當人們身處不同地點或使用不同的銀行體系時，點對點轉帳可能相當實用。它同時也帶來責任。一筆有效的交易若傳送到錯誤的地址，通常無法撤回。

比特幣之所以能夠運作，是因為不同的參與者各自扮演不同的角色。

• 使用者接收、持有並發送比特幣。使用者可以自行掌控存放於錢包中的金鑰，也可以使用託管機構。使用者透過選擇是否接受比特幣，以及信任哪些規則或服務，賦予網路經濟意義。
• 節點執行比特幣軟體，並獨立驗證各項規則。全節點會檢查交易是否具有有效的簽章、比特幣是否尚未被花費、區塊是否符合工作量證明，以及新的比特幣是否遵循發行時程。節點會與其他對等節點分享有效的資料，並拒絕無效的資料。
• 礦工收集待處理的交易、建構候選區塊，並透過工作量證明相互競爭。成功的礦工會廣播區塊，並可獲得規則所允許的區塊補貼及交易手續費。礦工協助排定交易的順序，並使帳本的改寫成本變得高昂。
• 開發者負責審查、撰寫並提出軟體變更。他們並不擁有比特幣的規則。唯有參與者選擇執行遵循這些規則的軟體，軟體變更才具有意義。

這些角色彼此制衡：

• 使用者若沒有所需的有效簽章，便無法花費比特幣
• 一名礦工可以提出區塊，但由節點決定該區塊是否符合規則
• 一個節點依照自己的規則進行驗證，但共識需要整個網路採用相容的規則
• 開發者可以提出軟體，但由參與者選擇是否執行

有些人同時扮演多種角色。一位礦工可以執行節點，同時也是使用者。初學者不需要親自扮演每一種角色，也能說明這些角色如何相互制衡。

隨堂提問：為什麼節點要驗證交易？請至少說出一條節點會檢查的規則。

工作量證明

工作量證明是礦工用來競爭提出下一個區塊之權利的過程。

一種雜湊函數會將資料轉換為固定長度的結果。輸入只要有微小變動，就會產生一個無法預測的新結果。礦工會修改候選區塊中的一小部分資料，並反覆進行雜湊運算。只有當結果的數值低於網路的目標值（一個由規則設定的門檻）時，該結果才算有效；目標值越低，代表有效結果越少，所需的嘗試次數也越多。這個過程沒有捷徑，因此礦工可能需要進行大量嘗試。

當礦工找到有效結果時，便會廣播該區塊。節點可以快速驗證這項證明，儘管找到它需要耗費大量的運算與能源。如果該區塊包含一筆交易，那麼這筆交易就會獲得第一次確認：其紀錄已被納入一個有效區塊中。在其後每加入一個有效區塊，就會再增加一次確認，使這筆交易在區塊鏈中的位置更難以改寫，改寫的成本也更高。這項差異非常重要：工作量的產生成本高昂，驗證卻十分容易。

工作量證明具有以下幾項作用：

• 它讓各自獨立的礦工無須中央排程者即可相互競爭
• 它使交易排序的改寫成本變得高昂
• 它將網路安全與現實世界中的設備和能源連結起來
• 它支持一種公開的方法，用於在相互競爭的有效歷史之間做出選擇：擁有最多累積工作量的鏈

挖礦並不是為了外部目的而求解有用的方程式。它的目的是確保比特幣交易的排序安全。網路會定期調整目標值：當區塊產生得太快時，便調低目標值；當區塊產生得太慢時，便調高目標值，以便在算力變化的情況下，維持平均約每十分鐘產生一個區塊。

工作量證明涉及真實的能源成本。支持者認為，正是這項成本奠定了比特幣的安全性，並且能為彈性能源或原本閒置的能源創造需求。批評者則質疑其能源用量與能源來源。負責任的評估應當探討：使用的是哪種能源、能源從何而來、它提供了什麼樣的安全性，以及所比較的替代方案為何。

比特幣的規則定義了可預測的發行時程，以及最大供應量：2,100 萬枚比特幣（21,000,000 BTC）。新的比特幣透過區塊補貼進入流通，這筆補貼支付給礦工，也就是產出有效區塊的參與者。

減半

每 210,000 個區塊，補貼便減少一半。此事件稱為減半。由於區塊平均大約每十分鐘產出一個，減半大約每四年發生一次。確切的日期並不固定。

補貼起初為每個區塊 50 BTC，之後反覆減半，直到小到無法再繼續減半為止。礦工也會收取交易手續費。隨著時間推移，手續費預計將在礦工收入中占據更重要的比例。

2,100 萬的上限由節點強制執行。如果礦工創造的比特幣超出規則允許的數量，驗證節點便會拒絕該區塊。軟體開發者可以撰寫不同的程式碼，但無法強迫他人執行。

隨堂提問：比特幣擁有有限供給量有哪些優點？增加比特幣的供給量會對購買力產生什麼影響？誰會拒絕供給量的增加？

一枚比特幣（1 BTC）可以分割為100,000,000 聰（satoshi）。聰（satoshi）常簡稱為 sat，是比特幣基礎層上所記錄的最小單位。

您不需要購買或使用一整枚比特幣。比特幣軟體可以用比特幣或 sat 來顯示金額，就如同一種貨幣可以使用一個主要單位和較小的單位。許多人使用 sat 來表示日常金額，因為整數比較容易閱讀。無論是鏈上支付還是閃電網路（Lightning）的付款請求，都可以用 sat 顯示。

單位偏誤是一種錯誤的感覺，認為每一完整單位的價格較低，就會讓一項資產更便宜或更容易取得。單位的數量只是一種設計上的選擇。擁有 100,000 sat 與擁有 0.001 BTC，描述的是相同的金額。

比較價格時，應著重於占總供給量的比例、所涉及的價值多寡，以及其中的風險。不要以為一項資產若擁有許多看似便宜的單位，所提供的價值就會優於另一項資產（後者被分割成較小的單位）。

展現您的理解：請問多少 sat 等於 0.01 BTC？為什麼一整枚比特幣的價格，並不會妨礙一個人使用較小的金額？

如第 1 單元所介紹，穩健貨幣是指供給難以擴張、且其特性能支持長期可靠使用的貨幣。這個詞表達的是依據標準所作的判斷，因此應加以檢視，而非僅當作標籤接受。

比特幣結合了過去從未同時存在於單一資產中的多項特性：

比特幣能夠履行貨幣的三項功能，但並非在每個地方都同樣適用：

• 作為價值儲存，其供給可預測，但其市場價格波動劇烈。
• 作為交易媒介，它無需透過銀行即可轉移，但接受度、手續費及支付工具因地而異。
• 作為記帳單位，金額可以用比特幣或聰表示，但大多數商品仍以法定貨幣標價。

因此，比特幣同時具有優點與取捨。

潛在優點包括直接所有權、可預測的供給、全球轉帳、開放參與、透明的規則，以及抵抗單方面審查的能力。

取捨包括價格波動、個人須自行負責安全、有效付款通常難以或無法撤回、不斷變動的交易手續費、數位轉帳須仰賴電力與通訊、公開的交易紀錄，以及有限的接受度。

您是否將比特幣稱為健全貨幣，應取決於您的判斷標準。請以相同的標準，將它與法定貨幣、貴金屬及其他資產進行比較。

在地價值檢核：比特幣在您的社群中是否具有價值？請在回答中區分三個問題：可觀察到的市場價格是多少？它在哪些地方被接受（如果有的話）？哪些個人偏好或偏見影響了您的判斷？價格、在地實用性與個人認同彼此相關，但並不相同。

數位資產在螢幕上看起來可能相似，但背後所依賴的系統卻大不相同。比特幣擁有公開的供給規則，也沒有任何發行者能在這些規則之外創造新的比特幣。穩定幣通常依賴於發行者、準備金、法律上的請求權，或一套旨在追蹤另一種貨幣的機制。其他加密資產則可能由不同的個人或組織控制發行、變更規則，或營運系統的重要部分。

在比較任何數位資產時，請自問：誰控制發行或變更？我能獨立驗證什麼？誰持有金鑰？我必須信任哪家公司、發行者或其他交易對手？本比特幣專屬文憑課程進行此比較，僅為釐清比特幣的特性，並不建議您取得、交易或推廣任何資產。

以下的比較旨在區分不同類別與設計選擇，並非背書或推薦，也不代表任何資產是安全、可靠或適合您的。

比特幣（BTC）是數位資產，運行於比特幣網路上。其最大供給量與發行時程皆為公開規則。人們可以透過金鑰直接持有比特幣，並可藉由執行合適的軟體，獨立驗證比特幣的規則。比特幣可以在全球傳送，無需由中央的比特幣發行者核准每一筆交易。其市場價格可能劇烈波動；遺失金鑰或復原資訊可能導致永久損失；錯誤的付款通常難以或無法撤回。手續費、確認時間、電力、通訊、公開的交易紀錄以及當地的接受程度，也可能影響其使用。錢包供應商或交易所則可能帶來其自身的交易對手與保管風險。

有些專案以比特幣的程式碼為起點，卻在不同的規則或網路下運作，這些通常稱為分叉。共同的程式碼歷史並不會使分叉成為比特幣的一部分，也不會賦予它比特幣的規則、參與者或安全性。

穩定幣（例如 USD Coin（USDC）與 Tether（USDT））是一種數位代幣，其設計目的在於追蹤某個參考價值，通常是一單位的某國法定貨幣，例如美元。有些穩定幣可用於轉移代幣價值，使其在相容的服務或網路之間流通。它們的設計、準備金、贖回權利與控管方式差異甚大。穩定幣可能失去其預期的價值（即「脫鉤」），而使用者可能必須仰賴發行方、準備金保管機構、銀行、法律上的贖回程序、區塊鏈營運者或跨鏈橋。發行方或平台可能在其規則或法律允許的情況下凍結代幣或限制存取。準備金品質、透明度、破產、監管、智慧合約錯誤、詐騙及網路手續費，都是額外的風險。

其他加密資產是一大類資產，由其他網路或應用程式使用。其規則可能支援支付網路手續費、質押、治理或應用程式使用等功能。發行方式、控制權、技術設計，以及哪些內容可被獨立驗證，皆因資產而異。價格與流動性可能快速變動，而且視系統而定，開發者、基金會、驗證者、管理者或大額持有者可能具有重大影響力。規則變更、代幣發行、智慧合約漏洞、駭客攻擊、跨鏈橋失效、詐騙、平台倒閉，以及不明確的法律定位，都可能造成損失或無法存取的風險。持有代幣並不會自動讓使用者取得公司的所有權、保證收益，或將其兌換為其他資產的權利。

在使用任何數位資產之前，請區分資產本身與為您保管它的服務。熟悉的代號、看似穩定的價格或設計精良的應用程式，並不能免除您辨識並比較保管、交易對手、技術、法律及損失等風險的必要。

學習比特幣如何運作，不同於試圖從短期價格變動中獲利、說服他人購買某種代幣，或將投機當作教育。交易與投機可能涉及倉促的決策、虧損、平台風險，以及在缺乏清楚理由的情況下被迫行動的壓力。代幣推廣可能造成利益衝突，並獎勵說服他人的行為，而非清楚的解釋。

「Bitcoin Diploma」的目的是協助您解釋比特幣、提出更好的問題，並做出更安全的決定。本課程不提供投資建議，也不會告訴您應該買進、賣出或持有什麼。

比特幣是透過一連串為時不長的公開事件而問世的。

探索原始紀錄：閱讀比特幣白皮書（原始 PDF），查看創世區塊（區塊紀錄）以及第一筆有紀錄的個人對個人交易（交易紀錄），並閱讀最初的披薩請求。區塊瀏覽器是查看公開資料的便利介面，而非比特幣規則的主要權威。

中本聰（Satoshi Nakamoto）是比特幣身分不明的創造者（一人或多人）所使用的化名。中本聰透過網路與人溝通，以開放原始碼的形式發布軟體，之後便不再參與。

沒有任何中央公司擁有比特幣。這套軟體與規則之所以能延續下去，是因為其他人選擇運行、審查並開發它們。這段起源相當重要：創造者並未留下來成為能夠發行更多幣或核准交易的永久領導者。

比特幣的創世區塊與 2008 年金融危機為它提供了重要的歷史背景。然而，評價比特幣時應依據其設計與運作方式，而不僅是關於其創造者的故事。

2008 年 10 月，中本聰發表了比特幣白皮書。其核心問題很簡單：人們如何進行線上支付，同時既不讓同一個數位單位被花費兩次，也不讓單一中介者掌握控制權？

比特幣的公開規則、點對點網路以及數位簽章，賦予參與者實質的角色。使用者可以選擇接收、持有及發送比特幣；節點可以獨立驗證規則；礦工可以提出區塊；開發者則可以提出軟體變更。沒有任何單一角色能替所有人控制整個網路。

這些特性能賦予參與者力量，但同時也讓他們承擔更多責任。由於沒有中央機構來核准交易、恢復存取權限或撤銷許多錯誤，每個人都必須能夠辨識自己所承擔的角色與風險。

對於選擇自我保管的人而言，掌控金鑰即代表直接掌控比特幣。沒有任何公司能凍結受到正確掌控的鏈上餘額。同樣地，也沒有任何公司能恢復遺失的助記詞。

因此，自我保管不只是一項技術功能。它需要保護備份、核對地址、檢查錢包的運作情形，並制定復原計畫。下一個單元將說明如何謹慎地持有與使用比特幣，包括如何管理這些風險與責任。

請停下來思考，公開規則、有限發行、點對點轉帳以及獨立驗證如何回應第 1 單元中所指出的缺陷：供給變動、機構控制、使用受限，以及對信任的依賴。為什麼節點與礦工扮演不同的角色？又為什麼必須防止雙重支付？比特幣以驗證和個人責任取代部分對機構的信任；但它並未消除風險或取捨。

關鍵思考：根據您在本單元中對比特幣的了解，它對您而言是否具有價值？目前比特幣的價格是否代表其價值？

重點摘要

• 比特幣的誕生，是為了在沒有中央帳本保管者的情況下實現數位轉帳，同時防止雙重支付。
• 其公開帳本、數位簽章、點對點網路、工作量證明以及獨立驗證共同運作，維護一份共享的交易歷史紀錄。
• 比特幣的去中心化，意指沒有任何單一參與者能夠單方面為所有人更改餘額或規則。
• 使用者自行選擇是否持有或接受比特幣；節點驗證規則；礦工提出區塊；而開發者可以提議軟體變更，但無法強制推行。
• 比特幣有公開的發行時程，總量上限為 2,100 萬 BTC，而節點會拒絕違反此規則的區塊。
• 一枚比特幣（1 BTC）可分割為 100,000,000 聰（sats），因此人們不需要擁有一整枚比特幣，也能使用較小的單位。
• 可以運用貨幣屬性，將比特幣評估為健全貨幣，同時也要認清其中的取捨：價格波動、接受度有限、付款通常難以或無法撤回，以及個人需要承擔更多責任。

反思時刻

現在，您會用不同的方式解釋比特幣設計中的哪一部分？為什麼？