1.1∣比特幣的誕生
2008年11月，一位化名為中本聰（Satoshi Nakamoto）的人，在密碼學論壇metzdowd.com發表的一篇名為Bitcoin: A Peer to Peer Electronic Cash System（《比特幣：一種點對點的電子現金系統》）的論文中首先提出了比特幣。2009年1月3日，中本聰發布了比特幣系統並挖掘出第一個區塊，被稱為「創世區塊」，最初的50個比特幣宣告問世。同時有趣的是，中本聰在創世區塊中帶上了一句話以證明這個區塊挖出於2009年1月3日，這句話就是圖1.1中的《泰晤士報》2009年1月3日的頭版新聞標題—Chancellor on brink of second bailout for banks（《財政大臣正處於第二次救助銀行之際》）。圖1.2是創世區塊的原始二進位數據及其ASCII碼文字表示，可以看到其中所攜帶的標題資訊，在圖中已用方框圈出。
截至2018年，比特幣系統已經執行了整整十年。比特幣系統軟體全部開源，系統本身分布在全球各地，無中央管理伺服器，無任何負責的主體，無外部信用背書。在比特幣執行期間，有大量駭客無數次嘗試攻克比特幣系統，然而神奇的是，這樣一個「三無」系統，近十年來一直都在穩定執行，沒有發生過重大事故。這一點無疑展示了比特幣系統背後技術的完備性和可靠性。近年來，隨著比特幣的風靡全球，越來越多的人對其背後的區塊鏈技術進行探索和發展，希望將這樣一個去中心化的穩定系統應用到各類企業應用之中。在本書第二部分，我們將選取代表性行業為例，講述比特幣背後區塊鏈技術的各類相關應用。
除了其背後的技術所具有的價值，比特幣作為一種虛擬貨幣，也逐漸與現實世界的法幣建立起了「兌換」關係，其本身有了狹義的「價格」。現實世界中第一筆比特幣交易發生在2010年5月22日，美國佛羅里達州程式設計員拉斯洛·豪涅茨（Laszlo Hanyecz）用1萬個比特幣，換回了比薩零售店棒約翰（Papa Johns）的一個價值25美元的比薩。這是比特幣作為加密虛擬貨幣首次在現實世界的應用。按照這筆交易，一個比特幣在當時的價值為0.25美分。然而在今天來看，1萬個比特幣可以說是一筆巨款（註：按照2018年9月的價格計算，1萬個比特幣大約值6,000多萬美元），但在比特幣剛出現時，人們並沒有意識到這種新生事物在未來將會引起的瘋狂及宏大的技術變革。
1.2∣瘋狂的比特幣
1.2.1 瘋狂的比特幣價格
比特幣自誕生之日起，經歷了多次的暴漲暴跌，其價格的變動猶如雲霄飛車一般。
在2011年1月，1個比特幣還不值30美分，但在隨後的幾個月里，它的價格一路走高，突破了1美元，很快上升到8美元，然後是20美元。到2011年6月9日，1個比特幣的價格已經漲到了29.55美元，半年時間漲幅約為一百倍。但是隨後不久，比特幣交易平臺Mt.Gox由於其交易平臺本身的漏洞被駭客攻擊，使平臺本身和其使用者蒙受了較大的損失，比特幣的安全性受到了投資者們的質疑。因為該事件，比特幣價格持續走低，急劇回落，在僅僅半年時間後的2011年11月，比特幣的價格已經低至2美元，相比6月份的最高價跌去了90%以上。
2012年12月6日，世界首家比特幣交易所在法國誕生，比特幣單價重回巔峰期，單枚漲至13.69美元。2013年3月，按照當時的兌換匯率，全球發行比特幣總值超過10億美元，這也是比特幣價格飛漲的一年。在同年12月，單枚比特幣的價格突破1147美元，超越了當時的國際黃金價格。
2014年到2016年，比特幣市場持續低迷。2015年8月，比特幣單枚價格跌至200美元；隨後的2016年，比特幣市場迎來內外環境的巨大變化和影響：內部變化是根據比特幣的既定規則，其年產量開始收縮，意味著比特幣收穫難度增高；外部影響則源自英國脫歐、美國大選、亞洲投資者激增等事件。在內外因素的共同作用下，比特幣的價格持續上漲，截至2016年12月，單枚價格又一次突破了1,000美元。
2017年是比特幣發展史上十分重要的一年，全年整體漲幅高達1,700%。2017年一整年，比特幣價格走勢圖猶如雲霄飛車，暴增暴跌讓投資者為之瘋狂。在2017年全年，比特幣最低價格是789美元，對應日期為1月11日；最高價位為19,142美元，對應日期是12月18日。其中，1月到5月比特幣價格緩慢增長，到5月中旬達到2,000多美元／枚，但進入六、七月後又開始極速下跌，跌幅達到45%。比特幣價格的劇烈變動引起了各國政府的密切關注，同年9月，中國發布《關於防範代幣發行融資風險的公告》，中國國內市場熱度漸漸消退，但在全球市場上，日本和韓國比特幣投資者持續湧入，比特幣價格一路高漲，12月18日觸及歷史峰值。然而隨後迅速開始暴跌，12月31日封盤價跌破11,000美元。
比特幣貨幣市場在2017年輝煌一時，但2018年市場表現並不理想。受多方政策影響，比特幣價格開始大幅度下跌。2018年1月的第一個星期，比特幣有過短暫的升值期，1月7日達到峰值16,448美元，但從1月8日開始暴跌，僅1月8日一天就跌了2,219美元，跌幅達15.6%，後續幾天有漲有跌，但總體趨勢仍是持續走低。截至筆者發稿前（2018年11月8日數據），比特幣單枚價格為6,520美元左右，相比2017年12月峰值19,142美元確實有了較大幅度的下跌，未來，數字加密貨幣市場的大起大落還將繼續上演。2013年4月以來比特幣價格走勢如圖1.3所示，從中可以對比特幣價格的瘋狂變動略窺一斑。
1.2.2 瘋狂的礦機和芯片
在比特幣瘋狂的價格和猶如雲霄飛車般的價格波動吸引了越來越多投機者的同時，比特幣礦機及晶片技術也取得了長足進展。所謂比特幣「礦機」，就是用於賺取比特幣的電腦。使用者下載專用的比特幣運算軟體，在礦機上執行相應的軟體，參與記帳並獲取對應的記帳獎勵。
比特幣礦機的發展經歷了三個階段。第一階段，即挖礦初期，挖礦的參與成本較低，只需要任意一臺普通的電腦即可進行挖礦，同時，由於參與挖礦競爭的節點數目較少，挖礦演算法的難度極低，用普通的CPU處理器就能達到不錯的產出率，從而較容易獲得比特幣激勵。第二階段，挖礦中期，此階段參與挖礦節點數目越來越多，普通CPU挖礦節點很難再獲取較為可觀的產出率。由於CPU的設計邏輯偏重浮點計算等通用計算需求，而比特幣挖礦演算法所涉及的僅為簡單的雜湊計算，不能夠充分利用CPU的能力，一些礦工開始使用具有多處理器、能夠進行快速的簡單計算特性的顯示卡（即GPU）進行挖礦，相比於CPU挖礦，其運算效率和對應的產出率都得到了大幅提升，此階段即為礦機處理器由CPU向GPU的轉變。第三階段，參與挖礦的節點及其對應的運算能力進一步上升，進入了專業礦機的階段。前兩個階段的通用電腦已不能滿足礦工們的需求，因此出現了專門為比特幣挖礦而設計的定製化機器，這類機器專門為雜湊運算設計，能夠更快地進行比特幣挖礦過程所需的雜湊運算。圖1.4是一個市場上較為主流的礦機，該礦機的額定運算能力已經達到了27TH/s，也就是每秒能夠進行2.7×1010次雜湊運算。
相應地，挖礦晶片的發展經歷了從CPU、GPU、FPGA到ASIC的四個階段，從通用型逐漸轉向了挖礦專用型。其中，專用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）是指應特定使用者要求或特定電子系統的需要而設計、製造的積體電路，本書是指為比特幣挖礦專門設計的專用積體電路。ASIC礦機晶片的製造流程先進、產品更迭速度極快。目前市場上主流的ASIC礦機晶片製造工藝從110nm、55nm、28nm，一直升級到16nm。2018年，礦機廠商宣布推出7nm礦機，意味著礦機進入7nm時代。
在比特幣礦機運算能力不斷提升的同時，其進行挖礦消耗的總電量也是驚人的。英國《衛報》2017年的一篇研究表示，比特幣挖礦一年消耗的電力已經超過了十九個歐洲國家一年所消耗的電力總和，包括克羅地亞、愛爾蘭、冰島、斯洛文尼亞以及拉脫維亞等。從全球範圍來看，比特幣一年的耗電量是全球耗電量的0.13%。
需要說明的是，比特幣巨大的耗電量主要源於其計算密集型的挖礦演算法以及其所採用的工作量證明形式的共識協議。實際上，目前的眾多面對企業級應用的區塊鏈平臺及應用透過根據其應用情境及環境採用不同的共識協議及相關演算法，避免了不必要的能源消耗，使能源消耗與普通訊息系統相當。
1.2.3 瘋狂的礦場與礦池
隨著比特幣價格的震盪式飆升，人們彷彿像美國西部剛剛發現金礦一樣，紛紛投入「挖礦」的事業之中。由於比特幣的產生速率基本保持穩定，但對於單個節點來說，其挖到某個比特幣的機率與其運算能力占所有參與挖礦競爭節點總運算能力的比例成正比，因此，隨著參與到比特幣挖礦競爭中的機器及運算能力大幅上升，單個節點或少量的運算能力能夠成功挖到比特幣的機率急劇下降，小規模挖礦參與者的收益難以得到保障，因此兩種不同的組織相繼登場，分別是礦場和礦池，它們的目的都是集中運算能力，提升挖礦機率，從而提升收益。
礦場是將挖礦產業化的產物。簡單來說，礦場即為挖礦裝置管理場所。早期的礦場非常簡單，只有一些簡單的機架供礦機的安置，同時僅提供簡單的網路、電力等資源。隨著專業挖礦裝置的不斷增多，人們發現這種粗獷的管理方式下，裝置太容易損壞，同時裝置維修更新成本也很高。因此，通風防塵、溫度濕度控制等數據中心管理常見的規範管理措施逐漸被運用到礦場中。由於礦場的電力消耗非常驚人，且噪音巨大，目前礦場一般選擇建在人煙稀少且電力便宜的地區。目前礦場的管理模式完全向大型數據中心的管理靠齊，甚至很多大型礦場的規模已經不輸很多大型數據中心。圖1.5和1.6分別對某大型礦場外觀和內部進行了展示。
除了礦場這種產業化的挖礦方式，還有一種將大量運算能力較低裝置進行聯合、共同運作挖礦的平臺，即「礦池（Mining Pool）」，加入「礦池」的裝置即被稱作「礦工」。在「礦池」中，不論「礦工」所能提供的運運算能力的多寡，只要是透過加入礦池來參與挖礦活動，無論是否成功挖掘出有效區塊，在該礦池挖礦成功後皆可經由對礦池的貢獻（即投入的運算能力）來獲得比特幣獎勵。亦即多人合作挖礦，獲得的比特幣獎勵也由多人依照貢獻度分享。這種組織方式實際上並沒有提高單個礦工挖礦收益的期望值，但提升了單個礦工收益的穩定性。
截至2018年10月，根據BTC.com的分析，如圖1.7所示，排名前六的比特幣礦池佔據整體比特幣挖礦運算能力61.4%的份額，分別是BTC.com（佔比17.4%）、螞蟻礦池（antpool，15.3%）、ViaBTC（12.6%）、SlushPool（11.9%）、BTC.TOP（10.6%）、F2Pool（9.6%）。世界上最大的比特幣礦池是螞蟻礦池，運算能力達到驚人的2,500PH/s，如果將超級電腦「天河二號」每秒33P FLOPS（Peta FLOPS）的計算能力換算成雜湊計算的話，大約是螞蟻礦池的千分之一，單純從雜湊運算的角度來看，比特幣礦池有超強的運算能力（註：比特幣挖礦中需要做大量的雜湊運算，因此礦機／礦池的運算能力就以每秒能執行的雜湊運算次數來衡量。1kH/s是每秒1,000次雜湊；1MH/s是每秒1,000,000次雜湊；1GH/s
是每秒10億次雜湊；1TH/s是每秒1,000,000,000,000次雜湊；1PH/s是每秒1,000,000,000,000,000次雜湊）。
在2012年，礦池總運算能力之和已經接近比特幣總運算能力的一半。近幾年，礦池更是逐漸成為運算能力的主力，運算能力呈現集中化趨勢。然而，這種集中化的趨勢會帶來一些弊端。由於在比特幣世界中，運算能力高即代表著產生記帳區塊的機率高，即代表著「記帳權」更強。如果礦池運算能力不斷提升，單家礦池運算能力達到50%以上，即可以對比特幣進行51%攻擊，對比特幣系統的開採權和記帳權進行壟斷。
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