一文读懂区块链原理及比特币交易过程

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“比特币”是一种数字货币。而“区块链”就是比特币的记账系统。

哈希值与防篡改：

采矿：向区块链写入信息的方式

如何避免主链分叉？

综合上文，那么比特币交易的过程是怎样的呢？

小结一下以上的要点：

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“比特币”是一种数字货币。而“区块链”就是比特币的记账系统。

可以把区块链想象成一个账本，上面记录了全球所有的比特币交易信息。区块链是一种去中心化的分布式数据库。

何为“区块”何为“链”？“区块”是区块链的基本组成。区块就是一个数据块。类比账本的话，区块就相当于账本上的一页，这一页上记录了多条交易信息。而把这些分散在整个互联网上的“页”串成一条链，就可以形成一个完整的“账本”。

哈希值与防篡改：

除了比特币交易信息之外，区块上还包含了这个区块本身的一些特征信息。可以类比一页上的“页码”，只不过这个“页码”比较复杂。“页码”中最重要的，就是“哈希值”，它是理解区块链可靠性的关键。

所谓“哈希值”，可以理解为数据的一个“指纹”。我们签合同有时会摁手印，以后只要把自己的指纹和合同上的指纹对比一下，就可以证明合同是自己签的。类似地，我们在网上下载一个软件，有些网站会给出安装包的哈希值（可能称为CRC或SHA）。我们下载完安装包后，只需用专门的工具计算一下这个SHA值，再跟官网上给的SHA值对比一下，就可以知道自己下载的和网站提供的是否100%一致，下载过程有没有被人做了手脚。

一个区块中，包含了两种哈希值：“上一个区块的哈希值”和“本区块的哈希值”。因为每个区块都包含了上一个区块的哈希值，所有的区块就依次连成一条（逻辑上的）链。“上一个区块的哈希值”就起到了“页码”的作用——给页排序。

如果一个区块上的交易信息被人恶意篡改的话，“本区块的哈希值”就会改变。由于区块链中下一个区块包含了“上一个区块的哈希值”，为了让下一个区块依然能连到本区块，需要修改下一个区块。而这又导致下下个、下下下个......区块也必须修改

采矿：向区块链写入信息的方式

采矿：向区块链写入信息的方式“采矿”，就是计算出一个潜在区块的哈希值，使这个区块正式加入整个区块链的过程。一个区块加入区块链后，其中包含的交易信息才能成为事实。由于比特币设计者的一些考虑，采矿的过程需要消耗大量时间和资源。前面已经提到，计算区块的哈希值是极其困难的。具体有多困难呢？如果比特币网络中的计算机都参与哈希值的计算，平均每十分钟才能算出一个哈希值。

从事采矿活动的人，称为“矿工”。互联网上的任何人都可以加入比特币网络，成为矿工。既然采矿需要消耗大量时间和资源，为什么矿工会自愿加入呢？这是因为比特币协议规定，挖到新区块的矿工会得到比特币奖励。这是矿工采矿的动力；也因为矿工持续得挖矿，比特币交易信息才能被确认，比特币交易才能正常进行。同时，这也是比特币总量唯一的增加方式。比特币不像传统货币，它的总量不能通过国家或机构人为印发的方式增加，只能通过挖矿奖励的方式“自然地”增加。

如何避免主链分叉？

既然挖矿会有比特币奖励，比特币的交易方也会给矿工一些手续费作为报酬，矿工之间难免会产生大量竞争。如果两个矿工同时挖到了某个区块的下一个区块，那么谁挖到的那个区块有资格加入区块链呢？如果都可以加入区块链，区块链产生了分叉，这样如何保证区块链的“唯一性”呢？

区块链协议规定，如果一个分叉上的新增区块达到了六个（泊松分布概率），那么它就成为区块链的“正统”；而同一时刻其他没有达到六个区块的分叉，就会被不幸淘汰，这些区块上的交易信息也不会被认可。这就避免了区块链的分叉。由于一个区块在被挖出来后，后面必须跟上六个新区块，而平均每十分钟才能挖到一个新区块，这样，一笔交易至少需要一个小时才能被确认（被写进区块链）。

综合上文，那么比特币交易的过程是怎样的呢？

交易无非就是一条信息：“买方-1$，卖方+1$。”（这里涉及到一些非对称密码的知识，由于不是比特币所独有，不作讨论。）当你发起一笔比特币交易后，这个交易信息就会从你的设备上，逐渐发送到整个比特币网络。

为了挖矿奖励，许多矿工都会收集你的交易信息，并拼命挖新的区块。如果一个矿工挖出了一个新的区块，他就会把你的交易信息写入区块。在这之后，他还需要再挖出六个新的区块，以保证整个区块链采用了这个区块。这时你的交易信息才能正式写入区块链，得到确认。而那些没有挖到六个区块的矿工的成果则会被淘汰。

这样，虽然是多个矿工在竞争着写入你的交易信息，最后只能有一个矿工成功地写入。这就保证了同一次交易中，你的钱不会被扣掉两次。

一旦一个新的区块正式加入了区块链，这个区块就会被同步到所有矿工的机器上，新的区块只能跟在这个区块后面。而挖到这个区块的矿工会获得一些比特币作为奖励，这也是新比特币发行的过程。

小结一下以上的要点：

• 区块链是比特币交易的可靠的、唯一的账本。
• 区块链是一个无中心的分布式数据库。它没有管理员，网络中的所有用户都可以平等地向区块链中写入新的区块。
• 区块根据“上个区块的哈希值”而连接成一条链。
• 计算哈希值的困难性，使得区块和区块链无法被篡改，保证了区块和区块链的可靠性。
• 一个区块后面新增六个区块才能使它正式加入区块链，这使得区块链不会产生分叉，保证了区块链的唯一性。但同时，这也导致比特币交易至少需要一个小时来确认，不具有即时性。
• 挖矿奖励是比特币唯一的发行机制，也是矿工挖矿的动力。

 

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