比特币的支付流程及原理
在比特币的世界里,用户都有一个表示自己身份(或者也叫地址)的标识。这个标识是该用户的公钥信息(用base58做了一层编码)。有公钥就自然有私钥，只不过私钥是不公开的，只有你自己知道(这个很重要哟)。
假设A要给B转账5 BTC(比特币简写),这条信息会在整个比特币网络里广播，收到广播的每个节点(包括A和B本身)都更新自己本地的账本(A减少5 BTC，B增加5 BTC)。这样交易就完成了。似乎很简单。不过很容易就会想到一个问题：如何证明这条广播消息的合法性？
关键是要证明这条广播是由A发出的，而不是其他人。这里就用到了数字签名的原理了：
A会对该条广播用自己的私钥做个签名，网络中的其他节点用A的公钥验证这个签名(数字签名的原理这里就不多说了，不明白的自行谷歌)，验证通过后，才会更新本地的账本。
其他人因为没有私钥，所以无法伪造这样的广播。知道私钥的重要性了，如果你的私钥被破解，分分钟倾家荡产啊!
比特币所用的数字签名是基于非对称的椭圆曲线算法，有兴趣的可以研究下。
图片来自网络
签名的数据源
签名的原理虽然这里不多说，但是用于签名的数据源还是要搞明白。
数据源是A的前一笔交易和B的公钥组成的，后者很容易获取，就是B的地址。那么A的前一笔交易怎么理解呢?
图片来自网络
比特币的网络并不会记录每个人的余额，比如A有100个比特币，B有30个比特币。网络里记录的是每个人的交易信息，简单来讲，进账是+， 出账是-。每次交易时把交易遍历一遍就可以知道你有多少钱。
这种机制的核心就是保证了每一笔交易都不是独立的，都要援引以前的交易，所以比特币的交易信息在网络中就以某种链条的方式传递。
这里有一条规则，每一笔交易都要把所有的进账用完，然后把余额发送给自己。举个例子，A初始有100 BTC（可以认为是系统初始分配的），然后A要从B那里购买一个商品，需要付给B 20 BTC，A首先会把之前所有的进账用完（100 BTC），然后发现实际付款的金额（20 BTC）和援引的进账不同，就把差额（80 BTC）发送给自己。
双重支付(double spending)
不记录余额是为了防止伪造账簿，篡改余额。有人可能要问了，交易不会被伪造吗。当然有可能。
图片来自网络
如上图，恶意用户A援引一条他的进账信息（Frank 以前某个时间转给他5个比特币，说明他余额是足够的），向B买一个货物，他广播5 BTC付款给了B。同时A又援引同一个进账信息，广播给自己5 BTC。B收到A的转账信息后，发货。
但是由于网络传播时间的差异，网络中的某些节点有可能先收到第二笔广播，然后这条进账信息就会被标记为已使用，而另外一些节点先收到第一笔广播，大家都认为自己先收到的那个是合法的，那就无法确认这5 BTC到底是A的，还是B的。最惨的是B，损失了货物又损失了金钱。
这就是所谓的比特币双重支付陷阱。
在传统的货币体系中，这个问题是非常好解决的，因为有个中心机构（银行）帮你来验证每笔交易，但是比特币的核心就是去中心化，没有这个所谓的中心机构。
如何解决这个问题呢？ hashcash终于要登场了！
hashcash的原理可以参考另一篇文章，这里不再赘述。
关于hashcash
区块链和hashcash
区块链的概念：
交易进行时间排序，然后根据排序结果分组，每个组就是一个区块，把这些区块链接起来就是区块链。
图片来自网络
什么是区块的信息
同一个区块的交易是同一时间发生的，交易的数量可以任意。区块内的这些交易唯一的标识了该区块。这个的标识其实就是每笔交易的hash结果的组合。而每笔交易的hash又是由各自交易的信息(比如交易时间，交易的买卖双方地址等)。
除了hash结果的组合，区块中还有其他信息，比如时间戳，随机数等。这个随机数对后面"猜答案"非常的重要，这里先卖个关子。
总之结果就是每个区块都有一个唯一的对外信息。记住这个就行了。
图片来自网络
如何加入区块链
只要一个区块能加入现有的区块链中，它就是一个合法的区块。所以如何加入区块链是关键。
比特币网络中的任何节点(比如你自己)都可以生成区块，并且都可以申请加入现有的区块链。
那么比特币网络如何决定区块链的下一个区块是哪一个呢？可能同一时间会有多个不同的节点生成新的区块，所以节点不能依靠接收到区块的顺序来决定。
比特币通hashcash来解决这个问题。
前面提到，每个区块除了基本的交易信息外，还有个随机数，这些信息就是hashcash中所谓的戳记。而这个随机数就戳记的第7域。也就是不断尝试要满足前缀N个比特位都是0这样的条件。（这个N会根据计算机的不断发展而增加已提升难度，达到计算的平衡）
图片来自网络
只有当达到了条件才会被接受作为区块链的一环。这也被称为工作证明(proof of work)。生成区块的节点，需要证明本节点投入了足够多的运算资源去求解一个数学难题。
区块链如何防止双重支付
一个交易是否合法关键是能否加入一个有效的区块链。假设A付款给B，B等交易被确认加入一个链中，然后发货。
A伪造了一笔交易，把钱有退回给自己。如果要被整个网络认可这笔交易，A必须自己生成一个比原来的链长的区块链并把这笔交易加入链中。但事实上，这几乎是无法做到的。一台计算机甚至要花几年的时间去"猜"一个区块，而整个网络中的计算机的力量只要几分钟就可以解出来。个人要想伪造一笔交易达到双重支付s要跟整个比特币网络竞争。你的计算速度再快，也不可能快过整个网络。
图片来自网络
矿工
前面提到攻击者需要和整个比特币网络的计算能力竞争，这个计算能力的贡献大部分就是来自一些个人或者组织（现在大部分是组织了，个人很少），他们通过贡献自己的计算资源来求解区块。这些组织我们称之为矿工。旷工的存在让比特币的整个系统更加安全。矿工的作用是验证交易和维护区块链。而他们工作的奖励就是比特币。
区块链越长越安全
这个很好理解，一个交易处于链中越靠后的位置，就越难被篡改。因为比特币网络只接受最长的一条区块链作为有效的区块链，这样，对于攻击者来说，引入一个虚假区块不仅需要解一个数学问题，而且需要和其它正常的节点竞争，生成所有的后续节点才能使其它节点接受自己的区块链作为有效链，这变得几乎不可能。
