比特币作为一种去中心化的数字货币，其技术架构和经济特征引发了广泛关注。本文将深入探讨比特币的技术基础、交易机制及实际使用情况，通过数据分析揭示其运行规律。
比特币概述：技术架构与核心特征
比特币本质上是一个促进价值转移的支付系统，但其与传统支付系统的根本区别在于：它使用自主的价值度量单位——比特币（BTC），而非主权货币。比特币作为电子令牌，不依赖任何商品或主权货币背书，也不构成任何资产负债表上的负债。其价值主要来源于在比特币系统内的支付功能，以及投资者对其升值的预期。
从技术层面看，比特币系统具有以下核心特征：
- 去中心化验证：交易通过分布式网络验证，无需中介机构
- 公共账本（区块链）：所有交易按时间顺序记录在公开账本中
- 加密安全保障：采用密码学技术确保交易安全和系统完整性
- 竞争性记账机制：参与者通过解决计算密集型问题竞争记账权
比特币交易的技术基础
密码学原理
比特币系统依赖于两种成熟的密码学方案：数字签名和加密哈希函数。
数字签名确保了交易指令的真实性和完整性。它提供三种关键保障：
- 身份认证：接收方可以验证消息确实来自发送方
- 不可否认性：发送方无法否认曾发送该消息
- 完整性：消息在传输过程中未被篡改
加密哈希函数则用于维护账本记录的纪律性。它将任意长度的输入字符串转换为固定长度的输出字符串，具有以下重要特性：
- 原像抵抗：给定哈希值，难以找到对应的原始消息
- 第二原像抵抗：给定消息，难以找到另一个具有相同哈希值的不同消息
- 碰撞抵抗：难以找到两个不同消息却具有相同哈希值
比特币主要使用SHA-256算法，这是一种由美国国家安全局设计、国家标准与技术研究院发布的安全哈希算法。
比特币所有权与地址系统
从技术角度看，比特币存在于"比特币地址"中。拥有特定数量的比特币实质上意味着能够从关联的比特币地址发送支付。这种控制能力通过数字签名实现，每个地址对应一个公钥和私钥对。
地址的公钥作为唯一标识符（如一串字母数字组合），而对应的私钥则控制该地址中的比特币。任何涉及该地址作为发送地址的支付消息必须用正确的私钥签名才被视为有效。简单来说，拥有某个比特币地址中的比特币就等于知道与该地址公钥对应的私钥。
比特币交易过程详解
交易发起与验证
假设Alice想向Bob发送1个比特币，双方都需要有比特币地址（分别称为addressAlice和addressBob）。Alice需要创建并数字签名一条消息："addressAlice向addressBob发送1比特币"。
Alice用私钥签名此交易消息并广播后，比特币网络上的每个人都可以验证该消息确实来自Alice且未被篡改。数字签名确保没有其他人能够签署此消息，即Alice无法否认签署过它。
在交易执行前，比特币协议需要验证交易消息的两个方面：
- 是否是Alice广播了交易消息？数字签名方案保证只有该地址私钥的所有者才能签署消息
- 发送地址是否有足够资金完成交易？这通过检查公共账本的历史记录来验证
区块链更新与矿工激励
交易消息经过初步验证后，网络中的参与者竞争将交易记录到区块链中。竞争节点将自上次记录后广播的交易分组到交易区块中，然后通过解决计算密集型任务（工作量证明）来竞争记账权。
工作量证明过程涉及寻找一个随机数（nonce），使得新区块的哈希值具有特定属性（如一定数量的前导零）。由于哈希函数的原像抵抗特性，这种搜索本质上是一种随机猜测，计算要求非常高。
首先，将新区块交易作为输入到加密哈希函数中，获得称为摘要的哈希值。将此摘要与随机数和上一个区块的哈希值一起输入另一个哈希函数，生成新区块的区块链哈希。节点需要找到一个随机数，使得新区块的区块链哈希具有所需属性。
第一个找到合适随机数的竞争节点将此信息广播给网络其余部分，账本随之更新。验证工作是否完成非常快速，因为只需要对输入哈希一次即可确定输出是否具有正确数量的前导零。如果信息通过此测试，则新区块（用于创建摘要的交易组）将附加到该节点持有的公共账本版本中。
执行工作量证明过程的节点在比特币生态系统中称为"矿工"。比特币协议内置奖励机制激励矿工投入计算资源参与此过程。奖励大部分是预定数量的新生成比特币，目前占比较小部分的是自愿交易费用，由交易发起者支付给矿工以处理其交易。
比特币数据分析与实证发现
数据来源与方法
我们的实证分析结合了两个数据源：比特币账本和交易所交易数据。公共账本数据来自blockchain.info网站，包含从2009年创立到2014年7月初所有比特币网络交易的完整历史。我们还使用交易所自行报告并通过bitcoincharts.com汇总的交易级数据，包括每个交易所的交易量、价值和汇率。
用户基数与交易模式
根据我们的分析，比特币每日用户数量可能每8个月翻一番，但从低用户基数开始增长。截至2014年初，每日用户数量接近10万（这可能是上限估计）。
交易量方面，特定日期的交易数量峰值约为8万笔，在过去12-18个月内保持相对稳定。过去12个月的总交易量为2100万笔，与替代支付方式的使用相比可以忽略不计。相比之下，2012年仅美国通用信用卡的交易量就达到738亿笔。
更有趣的是交易价值的分布：网络上的平均交易价值在2013年底达到近4万美元等值峰值。这种相对较大的平均价值需要更仔细地观察每日交易量的结构。
比特币使用情况分析
我们的分析表明，流通中所有比特币中只有不到50%用于交易。这些交易中约有一半是小额交易（涉及低于100美元等值）。在我们拥有Satoshi Dice数据的时期，几乎所有小额交易似乎都与在线赌博服务有关。
Satoshi Dice是使用比特币作为支付方式的最大在线赌博服务。在其大部分存续期间，Satoshi Dice占总比特币交易量的40%以上。该服务专门生成小额交易，因此在2013年中期之前，比特币网络上的几乎所有小额交易都是由该在线赌博网站驱动的。
相对较少的大额交易将平均交易价值推高至4万美元等值水平，这些交易不太可能涉及商品和服务支付。
比特币流通速度与投资用途
我们对比特币地址的使用模式分析提供了对比特币需求驱动因素的估计。我们发现，超过一半的流通比特币在过去三个月中未用于交易，约三分之一在过去一年中未使用。
按余额加权后，相对较不活跃的地址持有的比特币比例不成比例地减少。具体来说，交易相对频繁（至少每季度一次）的地址持有超过50%的总比特币。另一方面，三分之一的比特币保存在过去一年未交易的地址中。这些总体统计数据提供了由支付动机驱动的需求比例与由投资动机驱动的需求比例的估计。
汇率动态与市场深度
比特币兑美元的汇率在2013年第四季度增长最为显著。虽然虚拟货币交易大约在2010年中期开始，但大部分交易在2013年之前相当稀疏。
一个值得注意的发现是：一旦方差计算考虑了变化的汇率水平，比特币价值的剧烈增长伴随着几乎不变的每日汇率方差。这一观点仍然大多未被注意到，因为它无法从原始汇率趋势（通常由媒体报道）中轻易推断出来。
此外，比特币与其他主要货币之间的汇率并不完全一致。我们将其解释为交易所市场缺乏深度和交易成本高昂，而非未开发的套利机会。
常见问题
比特币是如何确保交易安全的？
比特币通过密码学技术确保交易安全，包括数字签名和加密哈希函数。数字签名验证交易双方身份和消息完整性，而哈希函数用于维护分布式账本的不可篡改性。工作量证明机制使攻击者难以修改历史交易记录。
比特币真的匿名吗？
比特币提供的是假名而非完全匿名。所有交易公开记录在区块链上，地址之间的交易可追踪。通过分析技术，可能将多个地址关联到同一用户。如需更高隐私，用户需采取额外措施如使用混币服务。
比特币挖矿是如何运作的？
矿工通过解决复杂数学问题竞争验证交易和创建新区块的权利。成功挖出区块的矿工获得新生成的比特币和交易手续费作为奖励。挖矿难度定期调整以保持平均10分钟出一个新区块。
比特币供应有上限吗？
是的，比特币协议规定总供应量上限为2100万枚。通过每4年减半的区块奖励机制，新比特币产生速度逐渐放缓，预计2140年达到总量上限。
比特币交易是否可逆？
一旦交易得到网络确认并记录在区块链上，就不可逆转。这种不可逆性是设计上的选择，防止双重支付和欺诈，但也意味着用户需谨慎确认交易细节。
为何比特币价格波动如此剧烈？
比特币价格高波动性源于多种因素：相对较小的市场规模、投机交易活动、监管不确定性、技术发展新闻以及市场情绪变化。缺乏内在价值锚定也加剧了价格波动。