1. 引言
2008年11月，一个化名中本聪的人（或组织）在某个隐秘密码学讨论小组中发表了一篇研究报告《比特币：一个点对点的电子现金系统》，提出了比特币的概念。中本聪认为“借助金融机构作为可信赖的第三方来处理电子支付信息，内生性地受制于基于信用的模式的弱点。”因此，他希望能创建一套“基于密码学原理而不是基于信用，使得任何达成一致的双方，能够直接进行支付，从而不需要第三方中介的参与”的电子支付系统。发表研究报告之后，中本聪开始着手开发比特币的发行、交易和账户系统。2009年1月3日，该系统开始运行，中本聪随之构造出第一个区块，它被成为“创世区块”，最初的50个比特币宣告问世，标志着数字货币的诞生。
比特币诞生的时期正值全球金融危机的阴影，随着美联储和其他各国天量的量化宽松，通货膨胀带来的货币贬值、资产价格高涨进一步加大了全世界的贫富分化等问题。社会上有一部分人认为传统货币的发行和政策太过集中，人们对于传统金融体系和政府的信任开始削弱，许多人寻求更安全和去中心化的方式管理自己的财产。对于一些政府过于威权或侵犯公民隐私的国家，比特币为那些想要保护自己隐私的人提供一个安全的资金管理工具。
2010年5月22日，一位程序员Laszlo Hanyecz在比特币论坛上发布了一则消息，他愿意用10,000个比特币来购买两份披萨。这个消息引起了很大的关注，因为这是比特币历史上第一次用数字货币购买实物商品。这次交易也被称为“比特币第一次实际应用”。比特币也因为这次交易第一次与法币之间有了“市场汇率”，价格为0.25美分。后续随着一系列事件的助推和各大平台接受比特币交易，比特币大火，价格水涨船高，市场上也出现了一系列其他数字货币，如以太坊等。
本篇仅对最核心的问题做最基本的介绍，更复杂的内容如果有机会可以在后面进行展开。
2. 核心问题
比特币等数字货币的核心目标是作为一种去中心化的电子货币，以去中心化的方式实现点对点的价值交换，而不依赖于传统的金融机构或政府机构，可以用于在全球范围内安全、快速、低成本地进行交易。通过去除中间机构的干扰，避免货币超发带来的通货膨胀和贬值，同时使交易更加自由、透明和安全。
比特币这类去中心化的数字货币需要解决的核心问题主要有以下几个：
① 因为抛弃了中心化的机构提供信用背书，数字货币的交易网络首先需要解决的就是如何破除网络内各方博弈的囚徒困境，通过某种机制来建立互信。
② 因为缺少中心化的记账机构和账本，如何设计账户体系使交易记账足够稳定，避免双花。
③ 由于数字货币缺少中心化的机构或中央政府提供法偿性，其币值的锚定和价格稳定性也决定了其能够被用于日常的支付。
④ 网络整体的支付结算效率决定了其能否被大规模使用。
3. 拜占庭将军问题-PoW工作量证明
拜占庭将军问题是Leslie Lamport（2013年的图灵讲得住）用来为描述分布式系统一致性问题（Distributed Consensus）在论文中抽象出来一个著名的例子：
拜占庭帝国幅员辽阔，有10支军队驻扎在城外，但相互间隔很远，各军队将军之间只能通过信使相互传递消息。为了进攻某个强大的敌人（实力相当于5个拜占庭军队），需要至少6个军队同时进攻才能取胜。将军们面对的问题是，他们不确定是否有叛徒，擅自变更进攻意向或者进攻时间，从而使他们无法达成进攻的共识，或者错误出动导致战败。
这个看似简单的问题实际上是非常复杂的。假设这个拜占庭将军网络中没有叛徒，如果某个将军A发起了进攻提议，且没有其他将军发起进攻提议，并且他的进攻提议收到了其他5位以上将军的同意，那么行动得以正常开展并能取胜，但实际上这种情况是极低概率的。其他将军也可能在此时发出了不同的进攻提议，而且由于时间上的差异，各将军收到其他人提议的先后顺序是不确定的，而且很难达成共识。例如有3个人支持A，有4个人支持B等等情况，此时很难组织起一次有效进攻。如果网络中有叛徒，那这里的复杂性将会进一步的成倍提升，一个叛徒可以向不同的将军发出多个不同的提议，而且可能会同意不同将军的不同提议等，并且由于其他将军均会互相怀疑对方是否为叛徒，整个网络陷入无效的博弈，将会完全瘫痪无法运行。除此之外还会出现其他情况，例如信使被杀、信使被顶替、消息被篡改等。
这个问题里的将军即可看为去中心化数字货币网络中的各个节点，对应的问题即为如何保证各节点的分布式记账本能达成一致，确保整个交易网络的运行。比特币采用的方式是PoW算法，即Proof of Work，工作量证明。比特币网络中的每一个节点想要对外传播信息必须经过大量的尝试和复杂的计算才能得到结果，相当与提高了发送信息的成本，降低节点发送消息的速率，这样就能保证同一时间仅有一个或极少的节点在对外进行广播，同时附带自己的数字签名信息。而其他节点验证信息是否正确仅需要极少的成本即可完成。相当于同一个时间仅有功勋卓著的将军A可以发起进攻提议，其他将军看到A将军签名的进攻提议，如果是诚实的将军会立刻同意进攻。比特币通过这种方式达成了单个区块的共识，网络大部分节点成功取得一致。整个区块链达成一致的方式是，后续的区块必须在最长的链上累积，这就是比特币网络的最长链选择，此处不做展开。
4. 区块链账本-UTXO
任何支付网络首要解决的问题就是双花（Double Spending）。简单而言，就是一笔钱花了两次。在现实世界里，纸币上有非常严格的防伪标识，很难复制。在银行、三方支付等场景下，因为其中心化的构型，有银行这样的机构确保你的交易唯一性，所以几乎不会出现这种问题。但在数字货币的世界里，你的钱只是一串数字，理论上很容易复制，并且没有中心化的机构管理账户，如何解决这一问题呢。比特币采用的解决方案是UTXO（Unspent Transaction Output）。
现在的银行、三方支付、金融证券等系统，其核心都是基于账户（account based）的设计，由关系数据库支撑。数据库首先要确保业务规则得到遵守，其次是确保事务性，也就是原子性、一致性、隔离性、持久性（ACID）。这种基于账户的设计，简单直观，而且在 IT 系统设计里用了几十年。但比特币没有采用这种方案，而是发明了UTXO。简而言之，每一笔交易的输出作为下一笔交易的输入。
所有的资金来源都必须来自前面某一个或者几个交易的 UTXO，形成链条，钱就在交易之间流动起来了。同时，任何一笔交易的交易输入总量必须等于交易输出总量，等式两边必须配平。
实际上这种模型非常类似我们日常使用的现金，区块链并不存在一个中心化的账本记录每个人的余额，而是记载在每一笔交易后输出的结果中，每个比特币的面值和其归属的地址。要想知道余额需要统计钱包归属的钞票数量和面值，实际上非常类似于我有若干个实体钱包，里面放了不同面额的纸币。想要知道我有多少钱，需要统计个各个钱包中的纸币数量和面额计算出。在比特币网络转账时，同样很接近使用现金支付。如A要给B付1块钱，A有三个钱包分别放了1元，10元，100元，此时A有三种方式完成支付：直接付1元、付10元找回9元、付100找回99。在比特币网络中实际上不发生“找零”，而是通过货币的销毁和铸造完成的。A付10块给B，B找回9块，实际上是A把10块钱烧掉（销毁UTXO），然后由系统重新印出一张1块给B，印出一张9块给A（重建UTXO）。交易后的UTXO输出值中，有9元归属A的钱包地址。
在以太坊中，仍然使用了账户制的记账方式。但其为了保证分布式情况下的一致性问题，需要以交易维度对顺序进行控制，而采用UTXO记账的比特币，实际上按照单个钞票的级别进行控制，可以实现多对多交易，没有顺序要求，性能差距巨大。这部分暂不展开。实际上央行数字人民币也是使用的UTXO模型。个人认为，只有采用UTXO模型的，才在系统底层上符合现金的逻辑，才能够被称为数字货币/电子现金。
5. 数字货币的价值
一般我们认为，实物货币、贵金属货币的价值来源于其本身的使用价值、稀缺性等，信用货币的价值来源于中央政府提供的法偿性。事实上关于货币价值理论有很多讨论，例如劳动价值论、自发秩序理论等。事实上我们可以把货币的本质理解为一种被市场广泛接受的价值交换契约，其本身并不需要有价值，而是可以用于的交换的共识为其带来价值，即“价值来源于共识”，这也是数字货币实际上的价值来源。凝聚的共识越高，其价值也就越高。因为女人相信了“钻石代表爱情”，所以钻石的价格也一路高走（事实上整个金融体系中有很多这种类似于“唯心主义”的情况，价值来源于人们的想法。越多的人认为一个东西有价值，那么这个东西就会越有价值，比如说股票，越多的人认为某只股票会上涨，那这只股票短期内不需要任何支撑就可以快速上涨）。
但这种共识的建立需要很长的时间，且会受市场变化、法律法规和政策等的影响，所以我们看到比特币等数字货币对法币的价格经常会出现极大的波动，而实际上币值的不稳定也严重制约了其作为一种“货币”和支付体系被更广泛的使用。
有一些数字货币的发行采用了与最早纸币发行同样的逻辑，建立资产储备以支撑币值，例如USDT，Libra等。其中USDT采用的方式是严格锚定美元，每发行1一个USDT，必须保证有1美元的资产储备支撑USDT的币值。所以目前USDT类的货币专门被用于法币与数字货币的兑换。Libra试图通过建立一个由各行业商业巨头组成的协会，由一篮子货币计价的低波动性资产作为抵押物，同时由协会内的各商业巨头提供的产品和服务保证广泛的接受度并对币值形成一种支撑。Libra不追求对美元汇率稳定，而追求实际购买力相对稳定的加密数字货币。Libra 的愿景是作为一款全球性的数字原生货币，集稳定性、低通胀、全球普遍接受和可互换性于一体，推行金融普惠，主打支付和跨境汇款。作为一个符合互联网时代特点的超越主权范围的加密币，必然会对货币政策、金融监管、金融安全、世界货币格局、甚至国际政治经济竞争格局都会带来不可估量的巨大影响。面临世界各国的抵制，最终胎死腹中。
6. 支付结算效率
现实世界中的现金交易，一手交钱一手交货，支付结算几乎是即时完成的。我们现在使用的银行转账、三方支付等支付方式，在支付信息流上基本上可以实现实时完成，但清结算周期依赖其背后清算系统的处理效率，部分场景可以做到实时结算，小额高频交易基本上都需要等待一个工作日（具体可见前文）。支付结算效率对一种货币或支付体系能否被广泛使用的影响是巨大的。在数字货币网络中，支付行为的完成即意味着数字货币资产完成转移，一般称为支付即结算。比特币的交易速度实际上相对较慢，在一个比特币区块中处理一笔交易大约需要 10 分钟（前提是条件理想）。有多种新型数字货币通过应用新技术，大幅缩短交易处理时间。例如Dash、Monero等。在支付结算效率上，数字货币因为采用去中心化分布式网络，交易确认需要等待网络中其他节点完成记账，所以无法做到中心化构型的支付体系那样基本实时完成支付确认，但其优势在于支付即结算，在很多场景下，结算效率较传统支付体系有大幅度提高。
7. 比特币的问题
比特币作为世界上第一个去中心化的数字货币体系，经过多年的发展仍没有达到被广泛接受和使用的程度，而更像是一种金融资产，其本身存在哪些问题呢？
首先是货币发行量，在目前的主流经济学中一般认为最合适的货币政策是保持一个温和的通货膨胀，这样既能保证货币币值基本稳定，又能够一定程度上刺激消费，从而推动经济发展。所以每个经济体均需要根据整体经济发展情况调控货币政策。但比特币从一开始就严格限制了货币发行总量和铸币速度，并不能进行调控，这也就决定了比特币如果被看成一种货币，是天然持续性通缩的，也决定了其不能被作为货币使用。
其次，价格波动较大。由于其没有足够的信用背书，价值主要来自于共识，又因为人类群体的非理性，市场波动时其价格会受到很大影响，这也阻碍了其被广泛使用。
此外，由于受到许多国家和经济体的限制，比特币在法律上没有明确的地位；其技术也存在一些问题，例如交易效率较低等等，均限制了其作为一种货币和支付体系的发展。
8. 思考
这里简单写一些个人的思考。目前的整个国际金融体系、货币体系虽然可以保证世界经济正常运行，但其存在的问题不能忽视。金融和货币体系缺少中立性，会被各种国家、组织、个人进行某种程度的操控，以实现自己的目的。这实际上是损害了最广大人的利益来满足一小部分人的利益，理想情况下我们需要一个超越主权的国际货币金融体系，目前的数字货币离这个目标非常遥远但其作为一种试图用新技术解决最根本问题的探索，其意义是重大的。当采用去中心化的分布式系统时，缺少中心机构的信用背书和暴力管控带来的是各参与方的博弈，这种博弈是无效的，天然就会达成对群体最坏的结果。比特币的意义在于第一次找到了面对这种博弈的解法，当然也付出了巨大的成本，例如极大的资源消耗，挖矿的电力实际上就可以看成是破除网络内囚徒困境的成本。往大了说，人类作为一个整体的未来发展，人类命运共同体的建立，也取决于各民族、国家间能否建立互信，消除人类内部的无效内卷。在没有一个共同的外部敌人的情况下，这一问题似乎是无解的，但比特币这类网络让我看到了这一问题被解决的可能。我认为这是数字货币最重大的意义。
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