加密货币是如何运作的？

无论您处于加密货币热潮的前端还是后端，有一件事是肯定的：这些数字资产正在冲击主流，而且似乎不会很快消失。值得注意的是，萨尔瓦多国家最近采用比特币作为法定货币，纽约即将上任的市长埃里克亚当斯打算将纽约市转变为加密货币的热点。根据皮尤研究中心最近的一项调查，虽然只有 16% 的美国人表示他们投资、交易或使用过加密货币，但近 90% 的人听说过它。加密货币和去中心化金融（人们可以在没有中间人或银行等中央机构主持的情况下进行金融交易）的倡导者普遍认为，这些平台是透明的，同时也是匿名的——两者都是好事。这一愿景的关键在于一种称为区块链的数字技术，它是所有加密货币的基础。区块链充当虚拟记录大厅或公共分类帐，记录每笔交易，详细说明金额以及发送方和接收方的钱包地址。然而，批评家和监管机构担心加密货币的潜在危害，例如人们将其用于诈骗、洗钱或资助非法活动（更不用说其中一些加密货币产生的巨大碳足迹——纽约时报据报道，比特币比某些国家消耗更多的电力）。专家们对加密货币网络抵御攻击的强度以及某些系统的设计是否随着时间的推移而扭曲以变得集中化或本质上让富人变得更富表示担忧。对于那些刚刚涉足加密领域的人，这里有一个关于这些系统背后的计算机科学如何工作的基本解释。

加密的基础知识

从前端开始，这就是您发送和接收加密货币时发生的情况。请记住，所有加密货币都仅基于计算机程序，包括比特币，并且这些“硬币”实际上并不是金钱，而是将价值从一个用户转移到另一个用户的计算机代码的片段。要成为此过程的一部分，首先您必须创建一个数字钱包。比特币和以太坊都有关于哪种钱包最适合他们的加密货币的建议，Coinbase 和 Gemini 等专业交易所也提供钱包。每当您创建一个新钱包时，运行该加密货币的算法都会生成与之关联的配对私钥和公钥。您可以将公钥想象成地址或银行帐号，而私钥证明您的所有权。公钥是一长串字符，用于标识加密货币的去向。通常，地址只接受它们所属的加密货币类型（尽管称为跨链桥和交换的东西可以帮助连接不同的加密货币）。卡内基梅隆大学计算机科学、工程和公共政策副教授尼古拉斯克里斯汀说：“你没有比特币——你有证据证明过去有人给你发送过这些比特币。”然后你可以在你的钱包中挖掘一些未花费的价值，并将其发送到其他人的公钥。当你签名以验证你想要发送比特币时，你会生成一小段附加到交易中的个性化代码，系统会创建一个数学谜题来锁定该值并打乱代码。当收款人准备花钱时，他们会将相应的一段代码放入交易中。网络中的每个人都可以验证这两段代码是否匹配（通过称为交易确认的过程，也称为挖掘——稍后会详细介绍）。这整个操作称为签名验证。比特币在萨尔瓦多作为官方货币的推出并不顺利“如果没有正确的信息，人们不可能找到丢失的部分，但任何人都可以非常容易地验证两部分是否合适，”Christin 解释道。“除了签名验证之外，比特币几乎没有额外的计算能力。中本聪 [据称是比特币的创造者的化名] 最初的愿景是拥有可编程的货币。问题是比特币很快变得非常流行，开发人员决定冻结它们原来的功能。”然而，上周发布的新升级可能会开启支持签名验证以外的扩展功能的可能性。

那么其他加密货币与比特币有何不同？

许多现代加密货币都源自比特币模型。例如，莱特币在许多方面与比特币相似，但拼图部分略有不同。他们用一个名为 Scrypt 的函数取代了比特币中使用的挖掘算法（称为 SHA-256），他们声称运行该算法需要更少的能量。另一方面，比特币现金的创造者从一个致力于比特币的团队中分离出来，以制造一种比特币式的加密货币，每秒可以处理更多的交易。然而，以太坊采取了不同的方法。它的区块链有一个称为“循环”的附加功能，它允许它重复运行一段代码，工程师可以在其上进行编程。以太坊使用一种称为“gas”的机制，向发起交易的人收取运行编程指令的费用。程序在运行时会消耗“气体”，当气体用完时，程序要么完成要么终止。NFT 正在颠覆数字艺术和收藏品世界。他们是这样工作的。]开发人员可以在以太坊之上构建加密货币（如稳定币 DAI），创建抵押或独特的不可替代代币，因为它们都是代码片段（NFT 是指向区块链内数字资产或对象的链接坐在区块链之外）。“所有这些都是代码片段，是以太坊交易的扩展，”克里斯汀说。以太坊还因将智能合约集成到其区块链上的巧妙创新而受到赞誉。以太坊的开发人员将这些描述为代码脚本，“如果满足某些条件，则执行某些操作或计算”，将代码的逻辑与“自动售货机”的工作方式进行比较。例如，如果数字艺术 NFT 存在于智能合约中，艺术家可以创建一个版税表，每次在区块链上传输艺术品时都会产生费用。或者，再举一个例子，想象一下走进一家银行，要求借 1000 万美元，但没有告诉任何人你的名字。“有人会伸手去拿桌子下面某个地方的红色按钮，”康奈尔理工大学计算机科学教授 Ari Juels 说。“但你实际上可以在区块链上做这样的事情。”你会使用智能合约借钱，然后用它来做任何你想做的事情。通常，它用于套利，您可以在其中买卖代币获利。然后，您偿还贷款，所有这些都包含在一次交易中。“按照区块链的运作方式，如果你无法偿还贷款，整个交易就会中止，”Juels 说，“这意味着你就好像一开始就没有借过钱一样。”

工作证明、股权证明和其他形式的“共识”

现在，揭开更多的面纱：为了保持任何加密货币系统的运行，必须有一种方法可以将新硬币释放到网络中，以及一种维护跟踪所有新硬币来源和位置的公共分类账的方法。他们去哪里。但由于这些加密货币都是点对点的，所以没有一个实体像传统银行那样做这一切。相反，运行系统的责任落在了整个网络的参与者身上，这就是为什么他们必须就交易是有效还是无效达成共识的原因。在区块链上进行的每笔交易都需要进行验证。一批交易组成一个区块，若干个区块组成一条链。“区块链为你提供了一种不同的信任模型，”Juels 说。“规则定义非常明确，交易可以以严格的程序化方式执行。”数字美元到底是什么，它是如何运作的？]不同的加密货币使用多种方法来完成这两项标准任务。工作量证明是大多数加密货币（包括比特币和以太坊）用于执行此操作的过程。尽管最终所有用户都可以检查交易是否正确，但只能选出一个用户来领导验证、将交易添加到区块链并获得奖励。这些奖励是新货币被释放到系统中的方式。此操作也称为挖矿。但首先，称为矿工的用户必须相互竞争以解决密码难题，其难度与尝试解决难题的人数成正比。拼图是由算法创建的。解决它的唯一方法是尝试许多不同的数字，而功能强大的计算机或处理器可以更快地尝试更多数字，因此更有可能得到正确答案。对于比特币，系统中的比特币数量有限（2100 万），并且挖矿奖励会随着时间的推移而减少，尽管矿工仍然受到激励，因为他们可以收取一部分交易费用。“比特币的理想目标是每个 CPU 一票。这最终被颠覆了，”Juels 说。“人们正在使用专门的挖矿硬件来参与该系统。”随着比特币挖矿的升温，人们开发并烧毁了专用硬件，消耗了大量电力并产生了大量废物。Juels 指出：“工作量证明仍然按照需要资源投资才能参与系统开采区块的原始原则发挥作用。”同时，在股权证明系统中，您需要付费才能参与，并且必须将代币作为一种资源投资来参与，例如投入保证金，一旦您添加到区块链的交易获得网络批准，您就可以取回保证金.系统随机选择当时在线的质押者，他们可以验证交易并获得奖励。因为它不需要解谜，理论上，它应该消耗更少的能量。可再生能源无法治愈比特币的环境问题]“在比特币中，你对系统的参与与你所做的计算量成正比，”Juels 说。“在股权证明系统中，它与您在系统中持有的加密货币数量成正比。”“通常 [工作量证明和权益证明] 系统的工作方式是，创建下一个区块的权利是在一种彩票中随机确定的，你中奖的机会与你的资源成正比”他补充道。虽然以太坊表示它正在过渡到权益证明系统，但这种转变尚未发生。使用权益证明的现有加密货币项目有自己的变体。例如，Cardano 使用称为“Ouroboros”的权益证明系统，该系统包含权益委托和权益池。Solana 是一种区块链，您还可以在其上构建智能合约程序和其他去中心化应用程序，它结合了股权证明和另一种称为历史证明的共识算法，以在交易中加入时间戳。尽管股权证明更快、更节能，但许多专家对其稳定性和进入壁垒表示担忧。“在比特币中，原则上你可以用笔记本电脑开始挖矿。你不会做得很好，但你可以在没有任何类型的先前资源投资的情况下加入系统，”Juels 说。“在这些股权证明系统的情况下，你需要去购买一些代币才能参与，或者在协议开始时被分配代币。有些人反对获得硬币才能开始参与，但这是必要的。”或者，称为 XRP 分类帐的加密货币项目使用共识协议，这与几乎民主的股权证明或工作证明不同，但验证者不会获得任何奖励。

存储证明呢？

还有另一个概念需要知道。存储证明（也称为空间证明）是您在网络中提交一定量存储空间的地方。“最初的想法是数字保存——我们想记录一切，这样至少我们可以将磁盘空间用于一个好的目的。事实证明，它没有我们想象的那么需要，”Christin 说。“需要数字保存，但它的扩展速度不如货币。” Juels 提出这些系统可能对存储来自 NFT 的数据很有用。一个测试这个概念的项目是 Filecoin。最终，尽管在 PayPal、Mastercard 和 Robinhood 等大型金融平台上取得了进展，但加密货币的未来仍然不确定——即将出台的联邦法规可能会极大地重塑社区和生态系统。比特币等货币的价值仍然不稳定，代表着高风险投资。无论加密货币的下一章走向何方，无可争议的是，这一新技术浪潮的流行已经迫使大型金融机构改变他们对人们希望如何与金钱互动以及如何使用金钱相互交流的想法。