比特币运行机制介绍

什么是比特币：

与传统货币不同，比特币是完全虚拟的。 它不仅没有实体，本质上也没有代表比特币的虚拟物品。 比特币隐含在发送和接收硬币的转账记录中。 用户只要有钥匙就可以发送比特币，证明自己的控制权，用钥匙解锁。 这些密钥通常存储在计算机上的数字钱包中。 拥有密钥是使用比特币的唯一条件，它将控制权完全掌握在每个人手中。 （所以如果私钥丢失了，这个地址上的比特币就永远丢失了，谁也不能交易这个地址上的比特币。同样，如果私钥泄露了，唯一的办法就是重新生成一个地址为尽快，然后将泄露地址上的币转移到新地址）

也就是你有一个账户，这个账户里的钱是记录在公共分布式账本上的。

比特币是一种分布式点对点网络系统。 所以没有“中央”服务器，也没有中央发行机构。 比特币是通过“挖掘”创建的，这是在参与解决数学问题的竞赛的同时验证比特币交易的过程。 任何参与者（例如运行完整协议栈的人）都可以是矿工，使用他们的计算能力来验证和记录交易。 平均每 10 分钟，有人可以验证过去 10 分钟内发生的交易，他将获得新的硬币作为他工作的奖励。 本质上，挖矿分散了中央银行的货币发行和结算功能，以全球算力竞争取代中央发行机构的需要。

比特币系统包含一个调节挖矿难度的协议。挖矿难度——在比特币网络中成功写入一个区块交易——是动态调整的，以确保无论有多少矿工（多少个CPU）在挖矿，只有一个矿工每 10 分钟成功一次

比特币协议还规定，每四年开采的新币数量减半，同时将最终开采的比特币总数限制在 2100 万枚。 这样，流通中的比特币数量就非常接近于一条曲线，到 2140 年将达到 2100 万个比特币。从长远来看，比特币是一种通缩货币，因为比特币的开采速度会随着时间的推移而下降。 此外，“通货膨胀”不能通过“印刷”新的比特币来实现。

比特币的组成：

比特币的历史

2008年，一个叫中本聪的人在一篇名为《比特币：一种点对点电子现金系统》的论文中首次提出了比特币。 中本聪结合之前多项数字货币发明，如 B-money 和 HashCash，创建了一个完全去中心化的电子现金系统，不依赖中央机构进行货币担保或结算交易验证担保。 关键创新是使用分布式计算系统每 10 分钟进行一次全网“选择”（称为“工作量证明”算法），这使得去中心化网络能够同步交易记录。 这巧妙地解决了一个货币单位可以被花费两次的双重支出问题。 此前，双重支出问题是数字货币的弱点，通过中央清算所清算所有交易来处理。

根据中本聪发表的一篇涉及比特币网络运行的论文，比特币网络是在经过许多其他程序员的修改后于 2009 年推出的。 分布式计算为比特币提供了成倍增加的安全性和弹性，现在已经超过了世界顶级超级计算机的综合处理能力。 根据比特币对美元的汇率，比特币的总市值在 50 亿至 100 亿美元之间。 目前，从全网来看，比特币处理的最大交易额为1.5亿美元。 本次交易处理及时，转账及时，未支付任何手续费。

中本聪于 2011 年 4 月退出公众视野，将比特币代码开发和网络建设的重任留给蓬勃发展的社区成员。 “中本聪”到底是谁，至今仍是未解之谜。 然而，比特币系统的运行既不依赖于中本聪，也不依赖于任何其他人——比特币系统依赖于完全透明的数学原理。 这项发明本身就具有开创性，并且已经扩展到分布式计算、经济学和计量经济学领域。

分布式计算问题的一种解决方案

中本聪的这项发明也是分布式计算中未解决的“拜占庭将军”问题的可行解决方案。 简单来说，这个问题包括试图通过在不可靠且具有潜在威胁的网络中交换信息来就行动协议达成共识。 中本聪的解决方案使用工作量证明的概念在没有中央信任机构的情况下达成共识，代表了分布式计算的科学突破，已经超越了货币的广泛适用性。 它可用于实现公平选举、彩票、资产登记和数字公证等去中心化网络共识。

贸易

简单来说，一笔交易通知整个网络，比特币持有者已经授权将比特币转让给其他人。 并且新的持有者可以重新授权，转移给比特币所有权链上的其他人，产生另一笔交易来花费这些比特币，后续持有者以类似的方式花费比特币。

交易还包含每个转移的比特币（输入）的所有权证明，以所有者的数字签名的形式，任何人都可以独立验证。 在比特币术语中，“支出”是指签署交易：将之前交易的比特币价值转移给由比特币地址标识的新所有者。

交易是货币从交易输入到输出的移动。 输入是硬币的来源，通常是先前交易的输出。 交易的输出是通过关联一个密钥将钱分配给新的所有者。 目标键称为 Encumbrance。 这对资金提出了要求：需要签名才能在以后的交易中赎回资金。 一个交易的输出可以用作另一个新交易的输入，从而形成一个所有权链，因为钱从一个地址转移到另一个地址。

也就是说，账号只是一个地址，在分布式账本上，这个地址写了多少钱。 如果没有私钥，就没有办法使用这个地址上的钱（没有办法把地址上的金额分给另一个地址，也就是没有办法使用）。 交易），如果私钥丢失，则该地址上的金额将永远丢失，任何人都无法使用这笔金额。

挖矿与共识

比特币中一个重要的角色是矿工，每个节点都可以成为矿工。 挖矿有几个重要的功能：保护比特币系统的安全和发行新币。

计算一个随机数作为工作证明（或者让区块被推翻有一个阈值）。 一旦计算出比特币网络中规定的随机数，就可以向全网广播自己打包的区块（包括给自己的奖励）。 其他节点会验证这个随机数是否满足算力要求，如果满足则认可该区块，即在该区块后添加新的区块。

所有的交易都会写入区块链，只有打包的交易才能作为下一笔交易的输入进行交易。 一般比特币都有一个确认号比特币的原理及运作机制，由一个区块打包，在这个区块后产生一个新的区块，所以认为交易基本成功，但如果是大额交易，最好等到6个确认，即交易确认。 在打包块之后又生成了六个块。 这时候如果要推翻之前的交易（比如付钱给另一个人），就需要大量的工作量证明。 在区块链白皮书中计算，这种攻击（双重支付攻击）的成功概率在正常情况下是很低的。

挖矿是一个去中心化票据交换所的过程，每个票据交换所都会验证和结算已处理的交易。 挖矿保护了比特币系统的安全，使得整个比特币网络能够在没有中央权威的情况下达成共识。

使比特币与众不同的挖矿发明是作为点对点电子货币基础的去中心化安全机制。 铸造新币的奖励和交易手续费是一种激励机制，可以规范矿工行为和网络安全，同时完成比特币的货币发行。

区块链如何防篡改

区块链的数据结构：区块链是由包含交易信息的区块从后往前依次链接起来的数据结构。 块在这条链中从后向前依次链接，每个块都指向前一个块。

对每个区块头进行 SHA256 哈希，生成区块哈希。 通过这个哈希值，可以识别出区块链中对应的区块。 块头包含父块哈希字段。 由于区块头包含“父区块哈希值”字段，所以当前区块的哈希值也受该字段影响。 如果父块的身份发生变化，子块的身份也会发生变化。 当父块发生变化时，父块的哈希值也会发生变化。 父块哈希值的变化会强制子块的“父块哈希值”字段发生变化，进而导致子块的哈希值发生变化。 而子块哈希值的变化会强制孙子块的“父块哈希值”字段发生变化，从而改变孙子块的哈希值，以此类推。 所以如果你想改变一个现有的区块，你需要改变这个区块的所有子区块，而改变这些区块需要大量的“工作量证明”，如果你有这个算力，就没那么赚钱了和直接挖矿一样（如果攻击是为了盈利），这也保证了比特币不能被篡改，或者说篡改需要很高的成本。

在区块链中，最长的链作为官方链，其他节点将基于这条链进行挖矿，因为最长的链拥有最多的区块和最多的工作量证明。 所以如果要双倍支付（修改支付数据），就得分叉一条新链，想办法赶上最长的链。

虚拟货币的发展

比特币于 2009 年发布，社区一直在积极维护。 从那时起，出现了许多创新的山寨币。 有的是直接基于比特币的代码，有的是全新的东西比特币的原理及运作机制，但是都是独立运行的。 在你自己的网络中。

工作量证明不是基于 CPU 计算能力而是基于 RAM 空间（消耗内存）的工作量证明

有些是为了更快的交易，比如比比特币更快的区块生成，以及比比特币更大的发行量。

有的使用多用途挖矿计算一些有意义的内容，比如找素数、计算蛋白质折叠等，目的是为了不浪费挖矿算力（比特币挖矿计算出来的东西除了证明工作量外没有意义）。 结构等

其他人正在研究更多的匿名虚拟货币。 事实上，比特币还不够匿名，利用大数据分析可以轻松获取某个比特币地址的消费习惯。

非货币山寨币区块链是区块链设计模式的替代实现，主要不用作货币。 当然，这些区块链中有许多确实包含货币，但它们的货币只是用于分发其他东西的符号，例如资源或合约。 比如以太坊，Namecoin。

参考文章（摘自）：