1.比特币运行机理概述

账本（区块）

掌握核心概念是学习任何学科的关键。

区块，区块链，交易单，比特币，交易是比特币体系中的重要概念。

比特币区块链可以看做是全世界唯一的一个账本。

区块可看做是账本中的一页。

交易单就是一页当中一条交易记录。

只要账本收支记得清楚，不需要单独的货币也可以交易。就像现在的刷卡付款，或者支付宝，微信支付一样，不需要现金。

节点上的比特币系统会将10分钟里的交易先临时记录下来（存在内存中），然后再用这些交易创建一个区块

比特币的由来

比特币是货币，是账本上记录的钱，那初始的钱从哪来？商品货币时代，有多少黄金制造多少货币，信用货币时代，政府说开印钞机，那货币就有了。比特币世界中，初始的货币是“谁创建了账本（区块），就给谁钱”，一箭双雕，既能激励别人创建账本，又解决了比特币的发行问题。创建一个区块，奖励50个比特币，注意没有独立的钱，只有数字，“50”记录在交易单里。

旷工挖矿除了有新币奖励外，还有交易费，也称旷工费。

交易过程（Transaction）

假设张三转给李四10个币，张三用比特币交易软件给李四的地址转10个币，那么在区块中的交易单会是这样的：

张三资金的来源（比如王二给的）

王二对这笔资金的签名

李四的收款账号

金额10个币

张三的签名

每个用户在比特币世界中都用一串数字表示，可以查到任何一笔交易的来源与去向，但不知道对应现实中的谁

比特币世界里的钱根本上是创建区块奖励的钱。

每个人的钱的来源有3种：创建区块奖励的，旷工费，别人转给你的

2.安全机制

中心化机构发行的信用货币有诸多弊端，依靠银行等中介结构提供的金融服务也有诸多不便和高昂的成本，假如通货不再膨胀，假如可以像发送email一样直接交易，显示世界会变得更好一点。

去中心化交易的前提是安全，否则一切无从谈起。

想象一个场景，张三给李四转10元钱，要安全交易，需要达成下面的条件：钱确实是张三付的；张三有10元钱（类似生活中的钱是真的，不是假的）；张三没有把这10元钱给了别人（生活中的纸币没有这个问题，因为给了一个人就不能给了另一个人，这是数字货币独有的问题）

SHA-256是一个散列函数，输入可以是任意长度的字符串，输出是固定的256位长度的字符串。2^256是一个非常大的数，比地球上所有的沙粒数还多。

256bit，32Byte，64个16进制数

数字签名

签名者有一个只有他自己知道密码的密钥（私钥），可以对任何信息进行签名，签名者向别人发布一个公开的密钥（公钥），用公钥可以解密用私钥加密的信息。如果加密的明文在解密之前是知道的，那么解密后的内容如果和明文一致，这能证明签名确实是私钥拥有者的，且私钥拥有者无法抵赖。

解决是否是某个人支付的问题

对交易单的签名和验证

签名：

A像B付款，构建交易单T；

交易单T上有B的“公钥”（这里加引号，表明实际并不是公钥，而是公钥的散列值），有A资金来源的交易单的数据；

用B的公钥和前一个交易单得出一个哈希值h

A用私钥对哈希值 h 进行签名，得到 s，签名信息保存在交易单上

验证：

B拿到交易单T后，从前一个交易单拿到A的公钥，对签名 s 解密，得到 x

B用自己的公钥和前一个交易数据进行哈希运算，得到哈希值 y

如果 x 等于 y ，就证明交易单确实是 A 签字的，且 A 无法抵赖，因为全世界只有 A 有能力进行这个签名，因为这个私钥别人是不会得到的。

解决是否有足够的钱支付

因为资金来源索引到之前的交易单，对资金来源的交易单进行回溯，直到证明这些钱来源于挖矿奖励

解决重复支付

禁止重复支付，是比特币技术要解决的核心问题。它的核心，就是在 P2P 网络体系下， 创 建一套全世界统一且唯一的 有前后次序的 交易记录。

3. P2P 中建立全世界统一交易记录的解决 方案

没有统一的交易记录的账本是没有意义的（账簿数据不一致），生活中这样的统一交易记录的账本由中央节点保证，那P2P网络中如何做到呢？

统一交易记录的核心数据包括每笔交易内容，和每笔交易的前后次序。

交易顺序确定，就可以解决双花问题（双重支付），已经已经支付出去的钱，不可能再支付出去一次。

决定账簿前后关系的机制，采用了 时间戳机制（ TimeStamps），用某种算法把区块的顺序固定下来，且记录，并且可以验证。

比特币采用的是将前一个区块的hash值保存在后一个区块中。

比特币解决交易的时序问题，以及防止被作弊者破坏，其是基于算法安全，而不是基于信任，法律，集权，强迫，惩罚等手段。

对比特币的工作量证明算法的形象描述

1，得到这个世界中已经创建好的账簿链中最后一个账簿，用这个账簿内容做数据，计算一 个 hash 值

2，不断接收这个世界被广播出来，且没有被放入账簿链的交易单。检验这些交易单（根据 交易单链信息和支付款项等信息），剔除掉不合理的（比如账户余额不足的支付）。

3，猜一个幸运随机数 n（比如从 0 一直到 999999.... ）

4，把 1-3 步骤得到的数据都组织起来成为一个数据 buffer，送入 sha256，得到一个 256bit 的散列值 x

5，检查 x 这个整数，前面若干 bit（比如 96bit）是否都是 0？如果是，这个 x 符合“工作 量证明难度”么？ 如果符合，那么“工作量证明”游戏结束！

6，如果不是，从步骤 2 开始不断重复。假如这个时候收到了一个其他节点发来的新的账簿 数据块。 还没有猜出满足要求的随机数，需要重新开始游戏。

得到幸运随机数 n ，工作量证明结束， 工作量证明 的目的是为了证明节点的诚实，为了获取记账权，将区块放到最长链的末尾。

获得记账权并不能保证打包的区块会被加入到最长链，如果你打包的交易单有问题呢，如果同时其他节点也得到幸运随机数呢。

区块的创建的过程：

1.通过工作量证明获得记账权

2.打包区块，全网广播

3.重复支付检测。其他节点对收到的区块中的交易单进行重复支持检测，根据已经创建的世界账簿链中交易单，逐一查找，以判断这个临时 账簿内所有的交易单，在世界中已经发生的所有交易中从来没有出现过。如果检测交易单都合法后，节点会把收到的这个账簿 ， 临时挂接到本地备份的世界账簿链的最后

4.区块链分支判断。全网到处广播着被新创建出来的临时账簿。一个节点在收到多个区块后，会在本地自己维护的账本上建立分支，之后此节点在先收到的账本后面继续工作量证明工作。当节点收到最长的工作链账簿时，会抛弃掉比较短的分支。转为在最长的链条上工作。

创建账簿的过程，也就是检测交易单正确性和顺序的过程，也是保存交易单的过程。同时 它还是创建比特币的过程。创建账簿的机制是比特币的核心。

交易确认过程：

1.交易单全网广播

2.挖矿节点收集所有的新有效交易单，放到一个新区块

3.节点根据新区块数据和上一个区块的散列值，计算一个随机数（工作量证明）

4.工作量证明成功，打包区块，全网广播

5.其他节点验证新区块的有效性

6.验证成功，正式挂到区块链的末尾，在此区块继续创建新账本

交易单被打包到区块，挂到区块链的末尾后，其后再挂6个账本就能确认交易成功。因为要推翻6个区块，几乎不可能。这保证了比特币体系的不可逆，不可篡改。

读后感

这篇文章，用通俗易懂的的例子，讲解了比特币区块链的运行原理。看完后对比特币区块链的理解更深入了。

但对技术细节，这篇文章没有仔细交代，更多技术实现细节在《精通比特币》中有描述。