以下為金馬老師《精通比特幣》解讀的文稿整理。
第一章? 介紹
1.1? 什么是比特幣
（1）比特幣是一個(gè)區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)
（2）比特幣是一種數(shù)字貨幣
1.2? 挖礦
不同于央行統(tǒng)一發(fā)行的人民幣，比特幣是通過挖礦產(chǎn)生的。挖礦其實(shí)就是解決一個(gè)數(shù)學(xué)問題，算得快的人得到新幣作為獎(jiǎng)勵(lì)。在這個(gè)過程中，每個(gè)曠工都用他的算力在驗(yàn)證和記錄交易。相當(dāng)于將央行貨幣發(fā)行和結(jié)算的任務(wù)分配給了每一個(gè)參加挖礦比賽的人，這就是“分布式”計(jì)算。
1.3 通貨緊縮貨幣
通貨膨脹的產(chǎn)生原因之一是政府超量地發(fā)行貨幣，這讓我們每個(gè)人手里的錢都會(huì)越來越不值錢。而比特幣的協(xié)議規(guī)定，新幣的開采速度每隔四年就會(huì)減半，總的來說比特幣總量不會(huì)超過2100萬枚，并將在2140年左右達(dá)到。比特幣的總量變化曲線如下圖：
所以，從長期來看，比特幣是通貨緊縮貨幣。持有比特幣是規(guī)避通貨膨脹的手段之一。我們看到越往后能挖出的比特幣會(huì)越少，挖礦成本越高。
1.4 去中心化
傳統(tǒng)貨幣系統(tǒng)的操作是“中心化”的，買賣東西總是通過銀行或大公司來收錢或付錢，否則就沒辦法建立信任。例如：我們?cè)谔詫毶腺I東西，需要先把錢付給阿里巴巴，等確認(rèn)收貨了，阿里巴巴再把錢給到商家。
比特幣的創(chuàng)新之處就在于完全去“中心化”，不依賴阿里巴巴這樣的中央權(quán)威。我可以直接把錢打給你，但也不怕你抵賴。因?yàn)樵诮灰装l(fā)生的時(shí)候，全網(wǎng)無數(shù)的賬本都會(huì)共同記錄下這筆交易，而這個(gè)同步的記錄過程就是分布式、去中心化的。
1.5 比特幣的四個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)
（1）一個(gè)去中心化的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)：我可以直接向你發(fā)錢，不用通過銀行或阿里巴巴等大公司。
（2）一個(gè)公共的交易賬本：所有的交易都被記錄在了全網(wǎng)共同維護(hù)的大漲本中，也就是大名鼎鼎的“區(qū)塊鏈”技術(shù)。
（3）一個(gè)去中心化的數(shù)學(xué)的和確定性的貨幣發(fā)行：世界各地的礦工們都在比賽解答數(shù)學(xué)題找?guī)牛瑤懦霈F(xiàn)的速度會(huì)越來越慢，總量是確定的。
（4）一個(gè)去中心化的交易驗(yàn)證系統(tǒng)：不需要權(quán)威機(jī)構(gòu)就能互相“驗(yàn)明正身”。紙幣可能出現(xiàn)“造假”的情況，一張錢出現(xiàn)在不同的兩個(gè)地方。但比特幣通過數(shù)學(xué)驗(yàn)證機(jī)制，保證了不會(huì)出現(xiàn)這樣的“雙重支付“。
1.6 比特幣的客戶端
參與比特幣交易有兩種方式，一種是維護(hù)一個(gè)”完整客戶端“，自己保存所有的比特幣整個(gè)交易歷史，不依賴于其他的服務(wù)器和第三方服務(wù)。另外一種是普通用戶常用的"輕量級(jí)客戶端", 不保存完整歷史，而通過信賴的第三方服務(wù)器來獲取交易信息。大家通過okcoin、云幣網(wǎng)購買BTC就是這種形式。由于第三方介入是有風(fēng)險(xiǎn)的，即使比特幣的交易賬本是全網(wǎng)公開透明的，若選擇了不可靠的在線錢包服務(wù)，可能會(huì)存在丟幣。所以大家一定要選擇有信用的靠譜的第三方交易客戶端。
1.7 使用比特幣客戶端
比特幣客戶端通常由一個(gè)錢包和多個(gè)比特幣地址組成。比特幣地址是可以公開的，任何人都可以通過這些地址轉(zhuǎn)錢到你的錢包。
地址地址大概長成這樣：1Cdid9KFAaatwczBwBttQcwXYCpvK8h7FK，或者是一個(gè)二維碼。發(fā)行比特幣只需要輸入地址和金額，收到的人會(huì)用私鑰（以下會(huì)介紹）簽名這筆交易，這就公告了全網(wǎng)：比特幣從一個(gè)地址轉(zhuǎn)移到了另外一個(gè)地址。從交易完成到"確認(rèn)"大概需要10分鐘。因?yàn)榻灰醉氂蓵绻ら_采打包成區(qū)塊，這樣才會(huì)被全網(wǎng)接受為"已確認(rèn)"。
第二章? 比特幣的原理
2.1? 私鑰
比特幣的地址相當(dāng)于帶鎖的信箱，私鑰就好比這個(gè)鎖唯一的鑰匙。比特幣地址是公開的，每個(gè)人都可以往這個(gè)地址發(fā)錢，但只有握有“私鑰”的人才能打開用這個(gè)地址上鎖的比特幣。因?yàn)橹灰浪借€就可以取走你的比特幣，所以私鑰一定要好好保管。
2.2 比特幣交易過程
A給B付款0.1BTC的過程是這樣的：A將要付B的0.1BTC用B的”專屬地址“鎖起來，然后向全網(wǎng)發(fā)送，相當(dāng)于向所有人吼了一聲：“我向能打開這把鎖的人發(fā)送了0.1BTC”。B在網(wǎng)絡(luò)中會(huì)馬上收到這條信息，于是拿出私鑰試試能不能打開這把鎖。因?yàn)橹挥蠦錢包里的私鑰才可以匹配這個(gè)地址，所以只有B能兌換這筆錢。
2.3 將交易記錄在總賬本中
交易信息必須要被傳送到比特幣網(wǎng)絡(luò)中，成為總賬本的一部分，這個(gè)賬本叫做區(qū)塊鏈。一個(gè)“區(qū)塊”里面記錄了一段時(shí)間內(nèi)的所有交易信息，“鏈”則是因?yàn)樗袣v史數(shù)據(jù)塊會(huì)一個(gè)個(gè)串聯(lián)起來。
（1） 全網(wǎng)傳播
比特幣的賬本是分布式的，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在幫助記賬。A給B付款0.1BTC的時(shí)候，只需要向身邊的節(jié)點(diǎn)大吼一聲，收到信息的節(jié)點(diǎn)又迅速向自己的鄰居發(fā)送這個(gè)消息。一傳十十傳百，只要幾秒鐘就能傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在，所有人都知道“A給B付款0.1BTC”。
（2）挖礦驗(yàn)證
這個(gè)交易在比特幣網(wǎng)絡(luò)上傳播開來，但只有被曠工們“挖礦”驗(yàn)證并加到一個(gè)新區(qū)塊里，這個(gè)交易才會(huì)成為總賬本的一部分。
2.4 挖礦
挖礦的過程是將過去一段時(shí)間的交易記錄打包成一個(gè)區(qū)塊，這個(gè)過程也會(huì)創(chuàng)造新比特幣。
挖礦其實(shí)可以想象成很多人一起來找“數(shù)獨(dú)”游戲的解（9x9的數(shù)獨(dú)就是要求每行每列每個(gè)對(duì)角線都有1-9），礦工們解題的辦法就是笨笨地不斷去試，沒有更快的方法，只能比誰試得更快運(yùn)氣更好。數(shù)獨(dú)游戲的難度可以通過改變行列大小來調(diào)整。想象一下求解一個(gè)幾千乘幾千的數(shù)獨(dú)，確實(shí)有難度。但是，如果給你一個(gè)已經(jīng)填好的數(shù)獨(dú)，你就可以很快驗(yàn)證這個(gè)解是否有效（檢查每行每列有沒有重復(fù)的數(shù)）。“解起來困難而驗(yàn)證容易”就是比特幣解謎游戲的最大特點(diǎn)。當(dāng)然，真實(shí)的比特幣謎題其實(shí)是基于哈希加密算法，我們以后還會(huì)更詳細(xì)地談到。一筆交易需要通過解題構(gòu)建區(qū)塊來證明它有效，礦工們都在齊心協(xié)力地為這個(gè)區(qū)塊貢獻(xiàn)計(jì)算量。計(jì)算量越多意味著更多的人信任這筆交易是有效的。
2.5 礦池
礦池就是曠工們組隊(duì)解題，贏了就按工作量分配收貨的比特幣。在這個(gè)時(shí)代，單打獨(dú)斗已經(jīng)很難做成一件事了，挖礦也一樣。
2.6 區(qū)塊鏈
區(qū)塊鏈就是一個(gè)個(gè)區(qū)塊鏈起來。區(qū)塊一個(gè)接一個(gè)產(chǎn)生，當(dāng)前區(qū)塊的產(chǎn)生基于前一個(gè)區(qū)塊，所以每次解當(dāng)前的區(qū)塊都會(huì)為之前的交易增加一次證明，也就在網(wǎng)絡(luò)中得到了更多的信任。隨著鏈的增長，計(jì)算復(fù)雜度不斷增加，以往的區(qū)塊也就越來越難以刪改（一個(gè)區(qū)塊獲得6次以上證明就基本不可能撤銷了）。所以驗(yàn)證一個(gè)交易簡單有效的手段就是確定這個(gè)交易在區(qū)塊鏈中，后面有幾個(gè)新的區(qū)塊。此外我們可以通過區(qū)塊鏈順藤摸瓜追溯每一筆歷史交易，這就保證了比特幣的來源都是清晰有記錄的。
第三章? 比特幣客戶端
3.1? 完整客戶端
自己維護(hù)一個(gè)全節(jié)點(diǎn)客戶端的成本比較高，但是可以保證你的錢包是安全的。如果你有幾千個(gè)甚至幾萬個(gè)比特幣，可以考慮用這種方式來實(shí)現(xiàn)安全存儲(chǔ)。從bitcoin.org下載的客戶端包含了比特幣系統(tǒng)的所有方面，是一個(gè)獨(dú)立的完整節(jié)點(diǎn)。但是正因?yàn)榘怂袣v史數(shù)據(jù)，下載整個(gè)區(qū)塊鏈可能就需要好幾天，請(qǐng)確保你有足夠的容量的硬盤、帶寬和時(shí)間。
3.2 編譯比特幣源碼
對(duì)于開發(fā)者，可以從GitHub上的比特幣頁面 https://github.com/bitcoin/bitcoin 下載代碼自行編譯，從終端運(yùn)行bitcoind，也需要下載所有區(qū)塊。在書里面一步步教授了比特幣核心的JSON_RPC API接口的使用，包括以下技能點(diǎn)：
(1) 獲取比特幣核心客戶端狀態(tài)信息
(2) 錢包設(shè)置及加密
(3) 錢包備份、純文本導(dǎo)出和恢復(fù)
(4) 錢包地址及接收交易
(5) 查看區(qū)塊信息
(6) 基于UTXO（未花費(fèi)的交易輸出）的建立、簽名與提交
第四章? 密鑰、地址、錢包
4.1? 密鑰
比特幣交易需要用有效的“數(shù)字密鑰”產(chǎn)生的簽名認(rèn)證。密鑰是成對(duì)出現(xiàn)的，由一個(gè)“私鑰”和一個(gè)“公鑰”所組成。公鑰就像銀行的帳號(hào)，而私鑰就像控制賬戶的PIN碼或支票的簽名。公鑰用來接收比特幣，私鑰用來對(duì)收到的比特幣進(jìn)行簽名。公鑰可以由私鑰唯一產(chǎn)生，但是知道公鑰卻不能反向推導(dǎo)出私鑰，這就保證了比特幣的安全性。 如果你知道一點(diǎn)密碼學(xué)的知識(shí)，這就是非對(duì)稱加密。
4.2? 地址
比特幣的地址是通過賬戶主人的公鑰產(chǎn)生的，只需要把比特幣地址告訴其他人，別人就可以給你轉(zhuǎn)賬。
4.3 私鑰、公鑰、比特幣地址之間的關(guān)系
從私鑰可以唯一生成公鑰，公鑰可以生成比特幣地址。但反向都是解不出來。私鑰必須始終保持機(jī)密，丟了私鑰就相當(dāng)于丟了比特幣。
4.4? 錢包和助記詞
由于完全無規(guī)律的密鑰對(duì)不便于維護(hù)和記憶，現(xiàn)在的錢包多是從一個(gè)“種子”出發(fā)生成許多關(guān)鍵的鑰匙。如圖所示，子子孫孫地繁衍出新的密鑰。種子可以是隨機(jī)生成的數(shù)字，也可以用助記詞來生成。單詞的順序就是錢包的備份，可以用來恢復(fù)或重新創(chuàng)造新的錢包的鑰匙。助記詞可以讓人們更容易抄寫和儲(chǔ)存。這里要提醒的是，由于知道了助記詞就能重新創(chuàng)建種子恢復(fù)錢包，助記詞一定要妥善保管。不少人使用imtoken的時(shí)候給助記詞截了圖，導(dǎo)致錢包信息泄露。切記切記不要截圖，最好是抄寫下來。
4.5? 橢圓曲線加密（從私鑰到公鑰）
通過橢圓曲線加密算法，可以從私鑰計(jì)算得到公鑰，這是不可逆轉(zhuǎn)的過程：K = k * G 。其中k是私鑰，G是被稱為生成點(diǎn)的常數(shù)點(diǎn)，而K是所得公鑰。我們用一個(gè)例子來理解橢圓曲線加密：
小明就讀于小學(xué)二年級(jí)，會(huì)計(jì)算加法，但是不會(huì)計(jì)算除法。
你：“小明小明，過來，叔叔問你，1+1等于幾？”
明：“等于2。”
你：“那考你個(gè)難的，7+7等于幾？”
明：“切，等于14唄。”
你：“行，那叔叔再問你，幾個(gè)7相加等于56？”
明：“……”，默默掏出草稿紙、鉛筆、手指頭、腳趾頭，進(jìn)行了10分鐘的深度計(jì)算:2個(gè)7等于14，3個(gè)7等于21，4個(gè)7等于28……。“叔叔,我算出來了，是8個(gè)，對(duì)不對(duì)？”
你：“好小子，叔叔就不信考不倒你。幾個(gè)7相加等于8***92？” 你心中默念，以小明的計(jì)算能力，要算到這個(gè)數(shù)恐怕得一年半載的。
明：“叔叔好厲害呀，我算不出來。”
對(duì)于橢圓曲線密碼來說，固定的生成點(diǎn)G就是例子里面的7；私鑰k就是例子里面的8，也就是對(duì)G進(jìn)行加法的次數(shù)（G+G+...+G = k*G）；公鑰K是得到的結(jié)果（56和8**-*92）
和上面的例子不同的是，橢圓曲線密碼中的“加法”是建立在“有限域上的二元三次曲線的點(diǎn)”上的。具體的說，這個(gè)加法可以表現(xiàn)為以下兩個(gè)圖。將兩個(gè)點(diǎn)連線之后求曲線交點(diǎn)關(guān)于x軸的對(duì)稱點(diǎn)。圖a是兩個(gè)不同的點(diǎn)相加，圖b是兩個(gè)相同的點(diǎn)相加。
這個(gè)加法有兩個(gè)很重要的特點(diǎn)：
（1）正向計(jì)算（從私鑰計(jì)算公鑰）很簡單。
（2）逆向計(jì)算（從公鑰反推私鑰）很困難。從公鑰反推私鑰只能像例子中的小明一樣用傻瓜窮舉法，以目前的計(jì)算能力，攻破橢圓曲
線是不現(xiàn)實(shí)的。
看個(gè)例子理解一下為什么正推容易，反推難：
橢圓曲線加密公式：K=k*G。
正推：已知k，G，求k*G。
反推：已知K，G，求k。
先看反推，反推只能用最傻瓜的窮舉法，比如k=10。
G==K?[No]
G+G=2G==K?[No]
2G+G=3G==K?[No]
3G+G=4G==K?[No]
4G+G=5G==K?[No]
5G+G=6G==K?[No]
6G+G=7G==K?[No]
7G+G=8G==K?[No]
8G+G=9G==K?[No]
9G+G=10G==K?[Yes]
花了10步找到答案, k=10。
再看正推。
已經(jīng)知道k=10。
G+G=2G
2G+2G=4G
4G+4G=8G
8G+2G=10G=K
四步就找到答案。
4.6? 哈希函數(shù)（從公鑰到比特幣地址）
比特幣地址是由公鑰經(jīng)過單向的哈希函數(shù)生成的。哈希（Hash）是一種數(shù)據(jù)編碼方式，將大尺寸的數(shù)據(jù)（如一句話，一張圖片，一段音樂、一個(gè)視頻等）濃縮到一個(gè)數(shù)字中，從而方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匹配、查找的功能。
比如這里有一萬首歌，給你一首新的歌X，要求你確認(rèn)X是否在那一萬首歌之內(nèi)。將一萬首歌每一個(gè)音符和X比對(duì)非常慢。那么，我們可以將每一首的數(shù)據(jù)濃縮到一個(gè)數(shù)字指紋上（稱為哈希碼），得到一萬個(gè)數(shù)字，再將X的數(shù)字指紋和這一萬個(gè)數(shù)字比對(duì)，就能知道X是否在那一萬首歌中。顯然，有可能多首歌的哈希碼是同一個(gè)。好的哈希算法會(huì)盡量減少這種沖突，讓不同的歌有不同的哈希碼。就算真有極小概率出現(xiàn)不同的歌有相同的哈希碼，那也只有寥寥幾首歌，此時(shí)再一首首比對(duì)即可。
作為例子，如果要你要哈希那一萬首歌，一個(gè)簡單算法就是讓歌曲所占硬盤的字節(jié)數(shù)作為哈希碼。這樣的話，你可以讓一萬首歌“按照大小排序”，然后遇到一首新的歌，只要看看新的歌的字節(jié)數(shù)是否和已有的一萬首歌中的某一首的字節(jié)數(shù)相同，就知道新的歌是否在那一萬首歌之內(nèi)了。
再說一個(gè)題外話，我是一名程序員，我?guī)状蚊嬖嚩贾兴惴}都被考到了 Hash 的實(shí)現(xiàn)。所以，如果你也是一名程序員，一定要了解 Hash。
第五章? ? 交易
5.1? 比特幣交易的生命周期
5.2 交易在全網(wǎng)的傳播
每個(gè)比特幣節(jié)點(diǎn)都和一些其他節(jié)點(diǎn)相連，形成一個(gè)巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到交易之后都會(huì)進(jìn)行驗(yàn)證，如果有效就傳播到其他節(jié)點(diǎn)，如果無效就拒絕并返回。一筆有效的交易在幾秒鐘能就會(huì)傳遍全網(wǎng)。
比特幣網(wǎng)絡(luò)有以下特點(diǎn)：
（1）沒有中心，所有節(jié)點(diǎn)的地位都是同等的
（2）傳播靈活高效，能夠抵御攻擊。
（3）每個(gè)節(jié)點(diǎn)在傳播交易之前都會(huì)獨(dú)立驗(yàn)證，增加可靠性
5.3? UTXO
這個(gè)概念很重要，對(duì)你的理解很有幫助，要認(rèn)真理解。比特幣交易的基本單位是UTXO（未花費(fèi)過的一個(gè)交易輸出）。在比特幣的世界里既沒有賬戶，也沒有余額，只有分散到區(qū)塊鏈里的UTXO。
要理解UTXO，我們假設(shè)一個(gè)這樣的場景：張三挖到12.5 枚比特幣。過了幾天，他把其中 2.5 枚支付給李四。又過了幾天，他和李四各出資 2.5 比特幣湊成 5 比特幣付給王五。如果是基于賬戶的設(shè)計(jì)，張、李、王三人在數(shù)據(jù)庫中各有一個(gè)賬戶，則他們?nèi)说馁~戶變化如下圖所示：
我們正常理解，應(yīng)該是按照上面的圖。但在比特幣中，這個(gè)過程是通過UTXO實(shí)現(xiàn)的，圖示如下：
看圖你會(huì)發(fā)現(xiàn)，上一筆交易的輸出是下一筆交易的輸入，形成一條交易鏈。在一筆交易中，被交易消耗的UTXO被稱為交易輸入，由交易創(chuàng)建的UTXO被稱為交易輸出。比特幣錢包通過掃描區(qū)塊鏈并聚合所有屬于該用戶的UTXO來計(jì)算該用戶的余額。當(dāng)用戶付款時(shí)，他的錢包通過選擇可用的UTXO來構(gòu)造一筆交易。一旦UTXO被選中，錢包會(huì)為它生成包含簽名的解鎖腳本，相當(dāng)于把錢柜打開取錢出來支付。
5.4? 交易費(fèi)
大多數(shù)交易都需要支付交易費(fèi)，作為對(duì)辛勤工作的比特幣礦工們的勞動(dòng)費(fèi)。交易費(fèi)可當(dāng)做礦工們確認(rèn)區(qū)塊的獎(jiǎng)勵(lì)，交易費(fèi)的多少會(huì)影響處理的優(yōu)先級(jí)，有足夠費(fèi)用的交易會(huì)更早被包含在下一個(gè)挖出的區(qū)塊中，也就更早得到確認(rèn)和驗(yàn)證。交易費(fèi)大多數(shù)情況下都是由錢包程序替你自動(dòng)計(jì)算出來的。
5.5 交易驗(yàn)證：UTXO的鎖定與解鎖
比特幣的交易驗(yàn)證引擎依賴于兩類腳本來驗(yàn)證比特幣交易：一個(gè)鎖定腳本和一個(gè)解鎖腳本。
（1）鎖定腳本：A給B的比特幣地址付款時(shí)，A會(huì)輸出一個(gè)UTXO，用含有B地址的鎖定腳本給這個(gè)輸出的UTXO上鎖，相當(dāng)于告訴大
家：花這筆錢的條件是能打開這個(gè)鎖。
（2）解鎖腳本：B要使用UTXO來付款時(shí)，需要用解鎖腳本證明自己能把之前A上的鎖打開，說明自己滿足花這筆錢的條件。解鎖腳本
包含一個(gè)用B的私鑰生成的有效簽名。
（3）交易驗(yàn)證：每一個(gè)比特幣客戶端都會(huì)同時(shí)執(zhí)行鎖定腳本和解鎖腳本來驗(yàn)證這一筆交易。只有一筆有效的交易才會(huì)導(dǎo)致UTXO被標(biāo)記為“已使用”，然后從有效的（未使用）UTXO集中所移除。
以上，是前五章的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。
第六章： 比特幣網(wǎng)絡(luò)
最少必要知識(shí)： 協(xié)議、節(jié)點(diǎn)。
協(xié)議：協(xié)議是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語，英文單詞是：protocol。 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有很多協(xié)議，比如最常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：http協(xié)議。我們可以把協(xié)議理解為大家一起制定的并且共同承認(rèn)、共同遵守的文件。也可以看成是我們生活中常見的合同或者協(xié)議。協(xié)議的內(nèi)容是可以擴(kuò)展的，只要遵守協(xié)議的人都認(rèn)可添加的協(xié)議內(nèi)容就好。
節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)一般是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里面的單個(gè)計(jì)算機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能可能各不相同，但在網(wǎng)絡(luò)中是一個(gè)一個(gè)獨(dú)立且相互連接的個(gè)體。在比特幣網(wǎng)絡(luò)里面，我們常常說的節(jié)點(diǎn)，往往是帶有比特幣客戶端的計(jì)算機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
6.1 P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
看到P2P，不知道你是不是想到了金融界的P2P貸款和放貸。P2P的英文全稱是：peer to peer。翻譯過來就是：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。所以任何點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的關(guān)系，都可以使用P2P這個(gè)概念。
比特幣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)使用的就是：P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。P2P的含義是指：位于比特幣網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都彼此對(duì)等，每個(gè)節(jié)點(diǎn)共同提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，不存在任何“特殊”節(jié)點(diǎn)。重點(diǎn)在于，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是完全平等的。每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)外提供服務(wù)，同時(shí)使用其他節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。如果說人人生而平等是一件需要努力的事情，比特幣網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，天生就是點(diǎn)點(diǎn)生而平等而不需要努力的。
比特幣網(wǎng)絡(luò)就是指按照比特幣P2P協(xié)議運(yùn)行的一些列節(jié)點(diǎn)的集合。下圖，可以清晰的表示每臺(tái)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的對(duì)等關(guān)系：
6.2? 節(jié)點(diǎn)類型及分工
盡管每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)值或者說地位是完全平等的，但是他們的功能確實(shí)有差異的，每種節(jié)點(diǎn)擁有不同的分工。一個(gè)全節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)功能：
“每個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與全網(wǎng)絡(luò)的路由功能，同時(shí)也可能包含其他功能。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與驗(yàn)證并傳播交易及區(qū)塊信息，發(fā)現(xiàn)并維持與對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的連接。”這里說的路由功能，其實(shí)就是指，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)主動(dòng)連接各自的令居節(jié)點(diǎn)，從而為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。四個(gè)功能任意組合，就會(huì)出現(xiàn)不同的節(jié)點(diǎn)。也就是說，很多節(jié)點(diǎn)并不是全節(jié)點(diǎn)，比如我們常說的錢包，就不具備全節(jié)點(diǎn)的所有功能。
6.3 擴(kuò)展比特幣網(wǎng)絡(luò)
比特幣網(wǎng)絡(luò)，本身是遵守比特幣協(xié)議的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的組合。但是比特幣協(xié)議本身有些功能是無法實(shí)現(xiàn)的，比如，挖礦和錢包功能。需要實(shí)現(xiàn)功能的話就需要去擴(kuò)展比特幣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議了。比如：許多連接到比特幣網(wǎng)絡(luò)的大型公司運(yùn)行著基于Bitcoin核心客戶端的全節(jié)點(diǎn)客戶端，它們具有區(qū)塊鏈的完整拷貝及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，但不具備挖礦及錢包功能。這些網(wǎng)絡(luò)公司為了擁有這些功能，會(huì)在原有的比特幣網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上，增加一些用于增加上述功能的特殊協(xié)議。擴(kuò)展之后的比特幣網(wǎng)絡(luò)，它包括了多種類型的節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、邊緣路由器、錢包客戶端以及它們相互連接所需的各類協(xié)議。這些擴(kuò)展協(xié)議的存在，使得整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)擁有了更多的功能。
6.4 網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)
比特幣網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點(diǎn)是存在于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)之中的。每一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)之后，為了可以和整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就必須主動(dòng)去和已經(jīng)存在的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生聯(lián)系。這樣才能加入到比特幣網(wǎng)絡(luò)的大家庭里面。這個(gè)新節(jié)點(diǎn)與已有節(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系的過程，稱作：網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)的目的是：找到自己的對(duì)等節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)的過程，我們可以類比成：搬家之后找鄰居。（家庭住址就是IP地址）。下面我們就看看，新節(jié)點(diǎn)到底是如何找到自己的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)并產(chǎn)生聯(lián)系的。
區(qū)塊鏈里面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)眾多，新節(jié)點(diǎn)剛開始找鄰居的時(shí)候，是很難一下子就找到自己的對(duì)等節(jié)點(diǎn)的。為了提高網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)的效率，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面存在一類特殊的節(jié)點(diǎn)，這類節(jié)點(diǎn)稱作：種子節(jié)點(diǎn)。如果把新節(jié)點(diǎn)找到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的過程是搬家找鄰居，那么種子節(jié)點(diǎn)就是你要去的那個(gè)小區(qū)的居委會(huì)大媽。作為居委會(huì)大媽的種子節(jié)點(diǎn)的手里，擁有大把的小區(qū)鄰居的信息。作為新節(jié)點(diǎn)的你把你的基本信息給了種子節(jié)點(diǎn)，作為居委會(huì)大媽的種子節(jié)點(diǎn)會(huì)努力的幫你尋找可以與你對(duì)應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)。當(dāng)你找到了對(duì)應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，大媽就不會(huì)管你了。
下一步就是你自己和鄰居產(chǎn)生更深的聯(lián)系。你會(huì)把自己的地址信息（也就是IP地址）主動(dòng)發(fā)送給鄰居節(jié)點(diǎn)。你的鄰居節(jié)點(diǎn)又是一個(gè)熱心腸的好心人，他會(huì)主動(dòng)把你的地址信息，分享給他的鄰居節(jié)點(diǎn)。你鄰居的鄰居，也會(huì)是一個(gè)好心人，會(huì)主動(dòng)幫你把你的地址信息再次傳遞給他的鄰居。這樣的過程循環(huán)往復(fù)。最終整個(gè)小區(qū)的人都會(huì)知道你的地址信息，找到你就會(huì)很容易。另外，你還可以向你的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求，獲取你鄰居所知道的其他鄰居節(jié)點(diǎn)的地址信息。這樣一來，作為新節(jié)點(diǎn)的你，全網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)都會(huì)知道你的地址，你也知道了全網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址。到這里，你完全可以找到與你對(duì)等的節(jié)點(diǎn)了，完成網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)。
最后會(huì)有一種特殊情況，那就是：節(jié)點(diǎn)和整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系，也就是離開了網(wǎng)絡(luò)。比如，你做一段時(shí)間曠工，突然不想做了，也就是離開了整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)的自由，就好像你在一個(gè)小區(qū)居住，只要你是想搬家，隨時(shí)都是可以搬家的。在這種情況下，節(jié)點(diǎn)之間的通訊地址通常是不可靠。所以，比特幣網(wǎng)絡(luò)發(fā)明自己的一套機(jī)制來處理這種情況。比特幣網(wǎng)絡(luò)里面每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須不斷地做兩件事：在失去已有的鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)新的鄰居節(jié)點(diǎn)，找到新的鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)候主動(dòng)提供幫助。
注意：上面的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)其實(shí)就是節(jié)點(diǎn)之間主動(dòng)幫忙的結(jié)果。
下面要講講節(jié)點(diǎn)是怎么知道自己的鄰居節(jié)點(diǎn)是否搬家的。
原來，在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是需要定期發(fā)送信息來維持連接的。和人類似，如果長期不給一個(gè)朋友打電話或者網(wǎng)絡(luò)聊天，你會(huì)覺得這個(gè)朋友已經(jīng)離開了你的朋友圈。節(jié)點(diǎn)之間，也是如此。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間持續(xù)90分鐘，沒有發(fā)送消息了，節(jié)點(diǎn)的任何一方都可以認(rèn)定自己的鄰居節(jié)點(diǎn)已經(jīng)從網(wǎng)絡(luò)里面斷開了，這個(gè)時(shí)候，就可以去尋找新的鄰居節(jié)點(diǎn)了。這樣的機(jī)制，保證了整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)可以自己動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)規(guī)模的增減。
6.5 全節(jié)點(diǎn)
保有一份完整的、最新的區(qū)塊鏈拷貝的節(jié)點(diǎn)，我們把它稱作全節(jié)點(diǎn)。全節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立地進(jìn)行建立并校驗(yàn)整個(gè)區(qū)塊鏈，也就是從第一快創(chuàng)世區(qū)塊一直建立到網(wǎng)絡(luò)中最新的區(qū)塊的整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)。由于全節(jié)點(diǎn)擁有完整的拷貝，所以全節(jié)點(diǎn)“不需借助或信任其他系統(tǒng)即可獨(dú)立地對(duì)所有交易信息進(jìn)行驗(yàn)證”。由于全節(jié)點(diǎn)包含整個(gè)區(qū)塊鏈的完整信息。你的計(jì)算機(jī)上想擁有一個(gè)全節(jié)點(diǎn)，你的硬盤至少需要20G的存儲(chǔ)空間。
6.6 交換“庫存清單”
庫存清單在這里其實(shí)是一個(gè)比喻的說法。意思是指，每個(gè)節(jié)點(diǎn)里面都會(huì)存儲(chǔ)一份與自己相連接的節(jié)點(diǎn)的名單。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)里面的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)需要建立連接的時(shí)候，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)互相交換各自所存儲(chǔ)的節(jié)點(diǎn)清單信息，這樣可以保證，一個(gè)新的全節(jié)點(diǎn)可以構(gòu)建完整的區(qū)塊鏈信息。
其實(shí)你可以這樣理解：你是一個(gè)班級(jí)的班主任，你想快速認(rèn)識(shí)班上的所有新同學(xué)，想要和所有新同學(xué)建立連接。與班主任最先建立聯(lián)系的往往會(huì)是班長，只要班長給你提供一份班級(jí)同學(xué)名單，你就自然和班上所有同學(xué)建立聯(lián)系。作為班主任的你，也可以把其他老師的名單給同學(xué)。這個(gè)過程其實(shí)就是交換庫存清單的過程。
6.7 SPV簡易支付驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)
上門說過，只有全節(jié)點(diǎn)擁有完整的全網(wǎng)區(qū)塊鏈的拷貝，也只有全節(jié)點(diǎn)具備獨(dú)立驗(yàn)證的能力。很多節(jié)點(diǎn)，是沒有全節(jié)點(diǎn)獨(dú)立驗(yàn)證的能力。所以會(huì)采用一種叫做 SPV的驗(yàn)證方式。采用SPV方式的節(jié)點(diǎn)，叫做 SPV節(jié)點(diǎn)。SPV節(jié)點(diǎn)，不會(huì)去下載所有的區(qū)塊鏈新，而只是去下載每個(gè)區(qū)塊的頭部信息。通俗的說，就是每個(gè)區(qū)塊之間的關(guān)聯(lián)信息（即區(qū)塊頭部的信息）。SPV的驗(yàn)證方式，是通過參考交易在區(qū)塊鏈的深度，而不是高度，來驗(yàn)證交易的。簡單來說，檢查一個(gè)區(qū)塊的上面是否疊加了6個(gè)區(qū)塊。如果有，證明這個(gè)交易是確實(shí)發(fā)生的。這里可能暫時(shí)不太好理解，在后面看完區(qū)塊鏈的具體結(jié)構(gòu)之后，你會(huì)更容易理解區(qū)塊鏈深度的含義。
第七章? 區(qū)塊鏈
最少必要知識(shí)：區(qū)塊 + 鏈
區(qū)塊，是區(qū)塊鏈最基本的組成單位。每一個(gè)區(qū)塊里面包含著眾多的交易信息，也包含一些與相鄰區(qū)塊聯(lián)系的信息。你可以簡單的把區(qū)塊看做是一個(gè)賬本，這個(gè)賬本里包含著許多交易信息。
鏈，在區(qū)塊鏈里面是一個(gè)比喻的說法。鏈條關(guān)系是一種很穩(wěn)固的關(guān)系，表示前后十分緊密。在區(qū)塊鏈里面每個(gè)區(qū)塊都是前后連接的。
7.1 區(qū)塊鏈
區(qū)塊鏈的字面意思是：由包含信息的區(qū)塊從后向前有序鏈接起來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈說起來是一個(gè)鏈條，但整個(gè)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并不是一個(gè)首尾相連的環(huán)形鏈條，而是一條斷開的鏈條。為了更好的理解區(qū)塊鏈，我們可以把區(qū)塊鏈看成是一根垂直的鏈條。最低的區(qū)塊，稱作是創(chuàng)世區(qū)塊。區(qū)塊鏈里面的高度，指的就是頂部區(qū)塊與創(chuàng)世區(qū)塊之間的距離；頂部區(qū)塊，表示最新加入到區(qū)塊鏈的區(qū)塊，也就是離創(chuàng)世區(qū)塊最遠(yuǎn)的區(qū)塊。上面提到的SPV的驗(yàn)證方式，看的是區(qū)塊所在的深度。
其實(shí)，就是從垂直的角度來看，這個(gè)區(qū)塊在從高到低的順序上有多少個(gè)區(qū)塊疊加在自己身上。只要自己的深度，超過6個(gè)（也就是在自己的上面疊加了6個(gè)區(qū)塊），就可以說明自己的所帶的交易信息是驗(yàn)證通過的。“從上往下看，超過六塊后，區(qū)塊在區(qū)塊鏈中的位置越深，被改變的可能性就越小。在100個(gè)區(qū)塊以后，區(qū)塊鏈已經(jīng)足夠穩(wěn)定，這時(shí)Coinbase交易（包含新挖出的比特幣的交易）可以被支付。幾千個(gè)區(qū)塊（一個(gè)月）后的區(qū)塊鏈將變成確定的歷史，永遠(yuǎn)不會(huì)改變。”
7.2 區(qū)塊結(jié)構(gòu)
單個(gè)區(qū)塊的具體結(jié)構(gòu)，也就是單個(gè)賬本的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單個(gè)區(qū)塊是有兩個(gè)部分組成的：一個(gè)是區(qū)塊頭，一個(gè)是區(qū)塊主體。區(qū)塊頭里面由三組元數(shù)據(jù)組成：父區(qū)塊的哈希值、挖礦競爭相關(guān)數(shù)據(jù)、merkle 樹根（所有交易信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。
7.3 區(qū)塊頭標(biāo)識(shí)符
每一個(gè)區(qū)塊都有自己的標(biāo)識(shí)符，使自己易于查找和辨別。
第一種，識(shí)別方式是：區(qū)塊頭哈希值。
相當(dāng)于是每個(gè)區(qū)塊的唯一的：身份證號(hào)碼。通過SHA256 加密算法 對(duì)區(qū)塊頭里面的信息進(jìn)行計(jì)算，就可以得到一個(gè)區(qū)塊頭的唯一哈希值。整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)里面的區(qū)塊，都有自己唯一的哈希值。這個(gè)哈希值，自己的區(qū)塊是沒有存儲(chǔ)的。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)有專門的地方存儲(chǔ)。就好像，你雖然辦了身份證，但是身份證信息是放在派出所保管的。
第二種，識(shí)別方式是：區(qū)塊鏈的高度。
相當(dāng)于區(qū)塊所住的樓層高度。但與區(qū)塊頭哈希值不同的是，區(qū)塊的高度，不是一個(gè)區(qū)塊的唯一標(biāo)識(shí)符。因?yàn)榇嬖趨^(qū)塊鏈分叉（后面會(huì)有詳細(xì)解釋），你可以這樣理解：“兩個(gè)或兩個(gè)以上的區(qū)塊可能有相同的區(qū)塊高度，在區(qū)塊鏈里爭奪同一位置。”在整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里面，每個(gè)礦工都在產(chǎn)生自己的區(qū)塊。在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)區(qū)塊獲勝，最后被加入到區(qū)塊鏈中。所以，在區(qū)塊鏈的頂部位置，在某個(gè)時(shí)刻，可能有多個(gè)區(qū)塊擁有完全相同的區(qū)塊高度。此時(shí)，即使你知道區(qū)塊的高度，但是就是無法確定到底具體是哪個(gè)區(qū)塊。所以說，高度不是區(qū)塊的唯一標(biāo)識(shí)。
你可以這樣理解：《軍師聯(lián)盟》里面，曹操的幾個(gè)兒子都想當(dāng)太子，就一定要爭取太子那個(gè)位置。你雖然知道，太子是一人之上，萬人之下的位置。但你就是無法確定，到底太子是曹丕還是曹植？
7.4 區(qū)塊的連接
前面說到過，區(qū)塊鏈有兩個(gè)部分：區(qū)塊 + 鏈。鏈指的就是區(qū)塊之間的聯(lián)系。每一個(gè)區(qū)塊的頭部區(qū)塊里，會(huì)存儲(chǔ)自己的“父區(qū)塊“的區(qū)塊頭哈希值。（再次提醒，區(qū)塊不會(huì)存儲(chǔ)自己的哈希值，存儲(chǔ)的是自己父親的哈希值。）父區(qū)塊指的是，當(dāng)前區(qū)塊的前一個(gè)區(qū)塊。從垂直的角度來看，就是壓在自己下面的最近的一個(gè)區(qū)塊。比如，當(dāng)前區(qū)塊是第3500個(gè)區(qū)塊，那么他的父區(qū)塊，就是第3499個(gè)區(qū)塊。以此類推，第2個(gè)區(qū)塊的父區(qū)塊就是創(chuàng)世區(qū)塊，也就是第一個(gè)區(qū)塊。這樣的機(jī)制，使得每個(gè)區(qū)塊都能根據(jù)自己父區(qū)塊的唯一標(biāo)識(shí)符，一路查找到創(chuàng)世區(qū)塊。這樣就形成了一個(gè)從不間斷的鏈條結(jié)構(gòu)。
7.5 Merkle樹
merkle 樹，是一種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)主要是用來表示每個(gè)區(qū)塊里面的所有交易記錄的。這個(gè)樹存在的意義，是為了快速驗(yàn)證交易是否存在。這里面涉及到二叉樹的算法，不是太好講清楚。大家可以簡單理解成是一種提高計(jì)算效率的數(shù)學(xué)公式即可。markle 樹形結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使得驗(yàn)證一條交易是否存在的時(shí)間復(fù)雜度大大降低。
"依表可得，當(dāng)區(qū)塊大小由16筆交易（4KB）急劇增加至65,535筆交易（16MB）時(shí)，為證明交易存在的Merkle路徑長度增長極其緩慢，僅僅從128字節(jié)到512字節(jié)"。這樣的方式，使得我們前面所說的 SPV （簡單支付驗(yàn)證）有了可能。"SPV節(jié)點(diǎn)不保存所有交易也不會(huì)下載整個(gè)區(qū)塊，僅僅保存區(qū)塊頭。它們使用認(rèn)證路徑或者M(jìn)erkle路徑來驗(yàn)證交易存在于區(qū)塊中，而不必下載區(qū)塊中所有交易"。這樣，就可以做到節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)最少的信息，但是依然可以擁有整個(gè)區(qū)塊鏈的連接關(guān)系。
第八章? 挖礦與共識(shí)
8.1 比特幣是通貨緊縮的貨幣
比特幣的發(fā)行總量是固定的，到2140年左右，2100萬的比特幣會(huì)被全部生產(chǎn)出來。這里先講一個(gè)題外話，有同學(xué)問到：區(qū)塊鏈的區(qū)塊擴(kuò)容會(huì)不會(huì)導(dǎo)致比特幣數(shù)量增加？這里可以很明確的回答：不會(huì)。區(qū)塊的擴(kuò)容，從1M到2M或者更多，只是讓一個(gè)區(qū)塊能夠記錄更多的交易信息，僅此而已。不會(huì)影響2100萬的比特幣總量的。至于到底為什么比特幣的總量不會(huì)改變，學(xué)習(xí)完挖礦的知識(shí)，你就會(huì)豁然開朗的。
每開采21萬個(gè)區(qū)塊大概耗費(fèi)4年，每過4年，貨幣發(fā)行的速度會(huì)降低50%。
第一個(gè)四年，大概是從2008年開始，每個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生50個(gè)比特幣。
第二個(gè)四年，從2012年11月開始，每個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生25個(gè)比特幣。
第三個(gè)四年，從2016年7月開始，每個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生12.5個(gè)比特幣。
第四個(gè)四年，從2020年某個(gè)時(shí)刻開始，每個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生6.25個(gè)比特幣。
。
。
直到2140年，2100萬的比特幣會(huì)全部產(chǎn)生。從上面的規(guī)則來看，區(qū)塊的產(chǎn)生和比特幣的產(chǎn)生是完全不同的兩回事。
區(qū)塊的產(chǎn)生是曠工用礦機(jī)挖出來的，而比特幣是每個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生出來的，而且是區(qū)塊產(chǎn)生的比特幣會(huì)越來越少。簡單來說，區(qū)塊鏈的區(qū)塊數(shù)量幾乎是無限的，只要有曠工在挖礦，但比特幣總量是有限的。這樣使得比特幣是通貨緊縮的貨幣，不會(huì)像人民幣一樣具有通貨膨脹的風(fēng)險(xiǎn)。
8.2 挖礦的目的和動(dòng)力
挖礦是增加比特幣供應(yīng)的一個(gè)過程。同時(shí)，挖礦也是在保護(hù)比特幣系統(tǒng)安全性最重要的一個(gè)步驟。
整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里面的曠工之所以主動(dòng)積極的去挖礦，主要是曠工可以獲得獎(jiǎng)勵(lì)。獎(jiǎng)勵(lì)分為兩個(gè)部分：區(qū)塊里面相應(yīng)的比特幣獎(jiǎng)勵(lì)、這個(gè)區(qū)塊上所有交易記錄的交易費(fèi)用。那是否2100萬個(gè)比特幣被完全挖出來之后，曠工就不挖了嗎？不是的。2100萬個(gè)比特幣挖完，曠工的所有收入將會(huì)基本來自于交易費(fèi)用。只要有交易增加，區(qū)塊就會(huì)不斷增加，就不斷有交易費(fèi)用。
8.3? 去中心化共識(shí)
去中心化共識(shí)，是整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)信任的基礎(chǔ)。去中心化共識(shí)是由所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的相互作用產(chǎn)生的。主要有4種：
每個(gè)全節(jié)點(diǎn)依據(jù)綜合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)交易進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證；（章節(jié)8.3）
挖礦節(jié)點(diǎn)完成工作量證明的驗(yàn)算，將交易記錄獨(dú)立打包進(jìn)新區(qū)塊；（章節(jié)8.5、8.6、8.7、8.8）
每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立對(duì)新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)并組裝進(jìn)區(qū)塊鏈；（章節(jié)8.9）
每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)塊鏈進(jìn)行選擇，選擇工作量最大的區(qū)塊；（章節(jié)8.11）
8.3.1 交易的獨(dú)立驗(yàn)證
上一次課程，在講解網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，想大家詳細(xì)解釋了新節(jié)點(diǎn)加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的過程。這個(gè)交易的獨(dú)立驗(yàn)證，其實(shí)就是發(fā)生在新節(jié)點(diǎn)尋找新的鄰居節(jié)點(diǎn)的過程之中的。這里的新節(jié)點(diǎn)一般是錢包節(jié)點(diǎn)，因?yàn)檫@些節(jié)點(diǎn)需要傳遞的是：交易信息。
新節(jié)點(diǎn)把交易新傳遞給鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，鄰居節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)驗(yàn)證這些交易信息是否為有效交易。在確認(rèn)無誤之后，才會(huì)繼續(xù)進(jìn)行傳遞給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)。這些校驗(yàn)的項(xiàng)目，是一個(gè)長長的列表，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)逐個(gè)去驗(yàn)證每個(gè)需要驗(yàn)證的條目。你可以這樣想象，每個(gè)節(jié)點(diǎn)其實(shí)都是一個(gè)質(zhì)量檢查員，他們對(duì)于交易信息的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)。在拿到大量交易信息的時(shí)候，他們會(huì)拿著一個(gè)長長的校驗(yàn)清單，一條一條的檢驗(yàn)。這個(gè)過程就是交易的獨(dú)立驗(yàn)證。
8.3.2 挖礦節(jié)點(diǎn)完成驗(yàn)算，打包交易記錄
在整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)路里，挖礦節(jié)點(diǎn)都是在同時(shí)做3件事：
監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的交易；（眼觀六路、耳聽八方）
監(jiān)聽其他節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的區(qū)塊；（隨時(shí)關(guān)注競爭對(duì)手的動(dòng)態(tài)）
挖掘新的區(qū)塊；（其實(shí)就是尋找算法的解）
在獲得區(qū)塊之后，挖礦節(jié)點(diǎn)需要做的就是把交易記錄打包進(jìn)這個(gè)候選區(qū)塊。之所以說是候選區(qū)塊，是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)里的曠工依然是競爭狀態(tài)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)還沒有確定到底是哪個(gè)曠工挖出的區(qū)塊可以加入到區(qū)塊鏈中。
在上一步的交易驗(yàn)證之后，比特幣節(jié)點(diǎn)會(huì)把監(jiān)聽到的交易記錄暫時(shí)放到自己的內(nèi)存池（也叫做交易池）。你可以把交易池想象成一個(gè)臨時(shí)儲(chǔ)物間，這里面存儲(chǔ)的是已經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)證但是還沒有打包進(jìn)區(qū)塊的交易記錄。（這些記錄目前還沒有得到交易確認(rèn)，這是后面要談到的工作量證明）
挖礦節(jié)點(diǎn)，一旦接收并驗(yàn)證了一個(gè)區(qū)塊A，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)去自己的臨時(shí)儲(chǔ)物間，檢查儲(chǔ)物間里面的所有交易記錄。從臨時(shí)儲(chǔ)物間里面把已經(jīng)出現(xiàn)在區(qū)塊A里面的交易記錄移除。剩下的記錄會(huì)被打包進(jìn)下次出現(xiàn)的新的區(qū)塊B。說的再清晰一點(diǎn)就是：A區(qū)塊把10分鐘以內(nèi)的交易記錄打包進(jìn)自己的區(qū)塊，10分鐘以外的交易記錄會(huì)留個(gè)下一個(gè)區(qū)塊B。因?yàn)槊?0分鐘只能有一個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生。
#打包過程
下面要講的是，整個(gè)區(qū)塊的打包過程。
這里，你可以簡單把礦工想象成給快遞打包的工人。只不過，礦工打包的東西不是快遞，而是交易記錄。做任何事情都有一個(gè)輕重緩急，礦工打包交易記錄也是一樣。在區(qū)塊鏈里面的，交易記錄都是有自己的優(yōu)先級(jí)的，礦工會(huì)優(yōu)先打包那些優(yōu)先級(jí)別較高的交易記錄。那什么樣的是優(yōu)先級(jí)搞的交易記錄呢？手續(xù)費(fèi)高的交易記錄優(yōu)先級(jí)更高。
#構(gòu)造區(qū)塊頭
上一次分享里面講過，每個(gè)區(qū)塊都有一個(gè)區(qū)塊頭。里面有三類元數(shù)據(jù)：父區(qū)塊的哈希值、挖礦競爭相關(guān)數(shù)據(jù)、merkle 樹根（所有交易信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。父區(qū)塊的哈希值和merkle 樹根，上一次課程都有講到。這里重點(diǎn)說一說挖礦競爭相關(guān)的數(shù)據(jù): 難度目標(biāo) 和 Nonce 。這兩個(gè)字段本質(zhì)上都是一個(gè)數(shù)字。 難度目標(biāo)，指的是當(dāng)前區(qū)塊的工作量證明算法的難度目標(biāo)。實(shí)在理解不了，你就理解成這個(gè)目標(biāo)就是一個(gè)具體的數(shù)字。有點(diǎn)類似于：王健林的小目標(biāo)，賺他一個(gè)億。僅僅只是一個(gè)數(shù)字目標(biāo)而已。不要被那些繞來繞去的名詞嚇到了。
難度目標(biāo)是可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的，動(dòng)態(tài)調(diào)整的目的是為了：保證區(qū)塊產(chǎn)生的速度一直保持在每10分鐘一個(gè)區(qū)塊。（后面會(huì)具體談到）Nonce,主要是一個(gè)用于工作量證明算法的計(jì)數(shù)器。
#成功構(gòu)建新區(qū)塊
區(qū)塊頭里面三類元數(shù)據(jù)，都是在構(gòu)建新區(qū)塊之前就預(yù)先確定好的。分別是下面6個(gè)字段:
有了上面的6個(gè)字段之后，礦工需要做的就是對(duì)這個(gè)候選區(qū)塊，進(jìn)行挖掘，也就是對(duì)工作量證明算法求解。求出解之后，這個(gè)區(qū)塊才能真正加入到區(qū)塊鏈里面。礦工挖礦的本質(zhì)，其實(shí)就是在對(duì)一個(gè)復(fù)雜的方程，進(jìn)行大量的計(jì)算，最后得出這個(gè)方程正確解的過程。這個(gè)過程是一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)的過程。這里還要再補(bǔ)充說明的是：區(qū)塊頭里面的難度目標(biāo)其實(shí)是動(dòng)態(tài)變化的，是整個(gè)區(qū)塊鏈動(dòng)態(tài)調(diào)整的。
#難度目標(biāo)和難度調(diào)整
難度目標(biāo)決定了難度，進(jìn)而影響求解工作量證明算法所需要的時(shí)間。這個(gè)難度目標(biāo)值是可以調(diào)整的。比特幣的區(qū)塊平均每10分鐘生成一個(gè)。這個(gè)速度，不僅僅說的是短期，而是在未來的幾十年內(nèi)都要保持這個(gè)相同的速度的。為了保證這個(gè)平均速度，我們的難度目標(biāo)必須是動(dòng)態(tài)調(diào)整的。根據(jù)摩爾定律，計(jì)算機(jī)的計(jì)算性能在未來一定會(huì)飛速提升，而且，參與挖礦的礦工人數(shù)也會(huì)是不斷變化的，那么不同時(shí)期全網(wǎng)的算力就是會(huì)變動(dòng)的。為了保持區(qū)塊的生成速度不變，挖礦的難度必須依據(jù)變化做出調(diào)整。
這個(gè)難度目標(biāo)的調(diào)整是周期性的。大概規(guī)則是這樣的：
1、挖出一個(gè)區(qū)塊需要花費(fèi)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)10分鐘。
2、每發(fā)現(xiàn)2016個(gè)區(qū)塊，整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)2016個(gè)區(qū)塊完成的時(shí)間，來動(dòng)態(tài)調(diào)整后面2016個(gè)區(qū)塊的難度目標(biāo)。
8.3.3 校驗(yàn)新區(qū)快
這一步，就是交易記錄的驗(yàn)證。是區(qū)塊形成必不可少的步驟。“當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)新的區(qū)塊，它將對(duì)照一個(gè)長長的標(biāo)準(zhǔn)清單對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行驗(yàn)證，若沒有通過驗(yàn)證，這個(gè)區(qū)塊將被拒絕。”
8.3.4 區(qū)塊鏈選擇
在驗(yàn)證新區(qū)塊的各項(xiàng)指標(biāo)之后，區(qū)塊還需要去尋找最大工作量證明的鏈條。區(qū)塊鏈的選擇里面涉及到一個(gè)重要概念：區(qū)塊鏈分叉。關(guān)于區(qū)塊鏈分叉，書中舉出的地圖還是比較形象化的。我在這里提供另外一個(gè)模型，供大家參考。大家記得和書里的例子對(duì)照理解。
區(qū)塊鏈分叉發(fā)生在兩名礦工在較短的時(shí)間內(nèi)，各自都算得了工作量證明解的時(shí)候。也就是上圖的，礦工A 挖出了紅色區(qū)塊n+1，與此同時(shí)礦工B 挖出了綠色區(qū)塊n+1 。紅色區(qū)塊和綠色區(qū)塊，里面打包的交易記錄都是一樣的，父區(qū)塊都是區(qū)塊n.唯一的區(qū)別只是挖出區(qū)塊的礦工不同而已。此時(shí)，整個(gè)區(qū)塊鏈就出現(xiàn)了分叉，有了兩條一樣的鏈條。這就是所謂的區(qū)塊鏈分叉。這個(gè)時(shí)候，分叉問題還無法解決。
那么，我們可以認(rèn)為區(qū)塊鏈全網(wǎng)的算力分成了兩個(gè)陣營：一個(gè)紅色陣營，一個(gè)綠色陣營。但是即便全網(wǎng)的算力在這兩個(gè)陣營中平均分配，也總有一個(gè)陣營搶在另一個(gè)陣營前發(fā)現(xiàn)工作量證明解，提前發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的黃色區(qū)塊n+2。這樣一來，綠色陣營的鏈條就比紅色陣營的鏈條更長了。這樣也就意味著，綠色陣營的鏈條上，是目前全網(wǎng)工作量證明最大的鏈條。此時(shí)，即使紅色陣營里的礦工挖出了新的區(qū)塊n+3，他也不會(huì)把新區(qū)塊放到紅色區(qū)塊后面的。因?yàn)椋械牡V工總是:選擇并嘗試延長代表累計(jì)了最大工作量證明的區(qū)塊鏈，也就是最長的或最大累計(jì)難度的鏈。此時(shí)，區(qū)塊鏈分叉問題解決了。也就是說主區(qū)塊鏈已經(jīng)確定就是綠色區(qū)塊鏈了。
從理論上來說，區(qū)塊n+1的分叉也是有可能的。但是這種情況發(fā)生在因先前分叉而相互對(duì)立起來的礦工，又幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)不同區(qū)塊的解。這種情況發(fā)生的幾率是很低的。單區(qū)塊分叉每周都會(huì)發(fā)生，而雙塊分叉則非常罕見。
8.4 共識(shí)攻擊
比特幣的共識(shí)機(jī)制依賴于這樣一個(gè)前提：絕大多數(shù)礦工，處于自己的利益最大化考慮，都會(huì)通過誠實(shí)地挖礦來維持整個(gè)比特幣系統(tǒng)。“理論上，一個(gè)區(qū)塊鏈分叉可以變得很長，但實(shí)際上，要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)非常長的區(qū)塊鏈分叉需要的算力非常非常大，隨著整個(gè)比特幣區(qū)塊鏈逐漸增長，過去的區(qū)塊基本可以認(rèn)為是無法被分叉篡改的。”“一群礦工控制了整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)51％的算力，如果他們聯(lián)合起來，是可以攻擊整個(gè)比特幣系統(tǒng)。”但是隨著比特幣網(wǎng)絡(luò)的算力呈幾何級(jí)數(shù)快速增長，上述這些理論上可行的攻擊場景，實(shí)際操作起來已經(jīng)越來越困難。”理論上來說，比特幣是目前最安全的共識(shí)機(jī)制系統(tǒng)。
因?yàn)闀r(shí)間的緣故，第九章和第十章就不講解了，大家自己看書就可以，比較簡單。
