比特币的原理和运行机制（初学者必读）

比特币的原理和运行机制，初学者必读，不过总体思路和关键部分的主要原理还是比较清晰的。写一篇文章与你分享。这篇文章的定位会更受欢迎。尝试用类比来解释比特币的基本原理。本文不会涉及算法和协议。新版离婚协议，劳务协议，个人投资入股协议，广告合作协议，合同，自愿离婚协议比较详细的部分，我打算再写一篇关于比特币原理的文章来自程序员的视角。将解释货币系统中的关键数据结构算法和协议。在这篇文章中，我将给出一个虚拟村庄，叫做比特村。整篇文章将讲述小萝卜头的故事。剧情绘本故事ppt猪变态绘本故事我绝对不吃西红柿12种红色经典短篇故事一步一步告诉你比特币提出的动机和一些关键部件建设的目标和设计方案解决了什么问题计划建设方案示例结构建设方案营销策划方案模板建设组织设计（建设方案）问题，让我们从比特币生成的动机开始，从易货比特村的话开始。在这个世界上，有一个小村子叫比特村，有多少个村子，百家村几乎与世隔绝，过着自给自足的生活。因为没有大规模的贸易，比特村的村民一直过着以物易物的生活，也就是说村民之间不使用统一的货币进行交易。基本上是老张家用一袋面粉换了李家的一只羊。王阿姨用一篮野果换了刘阿姨的两尺布。村民们一直过着实物货币这样简单的生活。终于有一天，村民们觉得他们一直都是这样交易的。实在是太不方便了，于是全村人都聚在一起商量如何解决这个问题。有人提出将黄金等稀有物品作为一般等价物更容易划分，将其他物品与黄金的对应关系编成一张表格，例如一克黄金对应一只羊。一克黄金对应一袋面粉等，这时候老张再也不用背着一袋面粉和裤子去老李家换羊了。他只需要从家里找到一克黄金，就可以去老李家取回一只羊。有了这克黄金，老李就可以和愿意卖面粉的人换一袋面粉。当然，他也可以兑换任何相当于一克黄金的物品。此时，比特村已经进入了实物货币时代。符号货币不会持续很长时间。一段时间以来，实物货币的劣势也出现了，因为比特村附近的金矿并不多。开采和冶炼黄金既费时又费力。黄金使用后，总会因磨损或全村人故意囤积而丢失。我坐在一起，开始讨论对策。这时候有人说，其实不是每个人都非得用黄金。只要找一张纸，写一克黄金。只要全村人都同意，这张纸等于一克黄金，解决了别人同意但也有新问题的问题。真金需要打开。金矿的开采和冶炼是有限的。采矿和冶炼也需要成本，所以没有人能在短时间内凭空造出大量黄金。他们有区别。只要我有足够的纸和笔，我想写多少写多少就写多少，家里纸多就成了打架。换一只羊可能需要 10,000 张纸。事实上，这就是经济学中的通货膨胀。每个人都在考虑它。但就在这个时候，有人提出了解决办法。这篇论文对任何写它的人都无效。我们只认村里尊敬的老村长，写大家都知道老村长的名字。老村长写了几张纸，按照每户人家的黄金存量分配等量的纸。比如老张家有200克金子，老村长就送两百张纸给老张，上面写着一克金子，拿老张家的金子做抵押。这样，老村长就会把村里所有的金子都带回家里，按照每个家庭上交的金子数量分配。等效的纸，上面写着字。这个时候，村民们可以把这些纸当做交易的金子，老村长的话，大家都能认得出来。老村长承诺，如果有人想换真金，只要把纸带回来，老村长就会把等值的金子还给那个人，因为老村长把金子写在纸上。数量与家里实际放置的黄金数量相同，所以只要严格遵守销毁多少纸，写多少新纸的原则，每张有效的纸总是可以换取相应的真金。此时，比特村已经进入了符号货币和纸币时代。老村长已经承担了政府和银行的角色。中央系统虚拟货币已经过去几年了。老村长每天都要检查大量的旧钞，写新钞。他必须仔细记录各种账目。劳累过度，不幸的是，我开着起重机向西去比特村再次开会

全体会议讨论了应该做什么。这时，老村长的儿子二狗子主动接任。年轻的村长二狗子很聪明。做了几天之后，他发现自己真的不需要写那么多论文了。没关系。村民们把所有的钞票都上交并销毁，但二狗子知道怎么做。记录好每户上交的纸币数量后，如果要付款，比如老张想用一克黄金换老李换一只羊，那就一起打电话给二狗子，说明要付款以老张的名义换一克黄金。老李名下的二狗子拿出账本，看看老张名下有没有一克黄金，有的话，老张名下减去一克，老李名下加一克，付款为完全的。这时候，老李在电话里听到二狗子确认转账已经完成，他就放心了，让老张领羊离开。此时，比特村进入了中枢系统虚拟货币时代。每个村民都不需要实物支付。支付过程变成了二狗子维护的账本上的数字已经改变。分布式虚拟货币。这个新上任的二狗子很聪明，但这个人有时聪明却被智慧误会。一日二狗子盯着这本账簿心想，村里每户人家多少钱，我说的就是我说的，所以我看他也不会火到从老张的账户里借十克黄金到自己的账户上。姓名。一天他要付钱，却被二狗子告诉账户里没有钱，老张查了账本，还有十克，于是拿着账本去找二狗子理论。二狗子被弹劾在所难免，但通过这件事，大家发现了账本集中在一个人身上的弊端。该系统完全依赖账本持有人的个人信用。如果这个人不遵守规则，篡改账本，那么整个货币体系就会崩溃。如果这个人的房子着火或者账本被盗，也会给整个系统带来毁灭性的打击。就在人们不知所措的时候，村里一位名叫中本聪的宅男科学家上台告诉大家，他设计了一个名为比特币的虚拟货币系统，不依赖任何中央处理器来解决上述问题。然后他慢慢地描述了他的计划。让我们看看中本聪是如何设计这个系统的基础设施的。建立账簿披露机制 中本聪首先解释说，现有账簿要进行如下改造： 1、账簿将不再记录每个村民的余额，而只记录每一笔交易，即付款人、收款人和每笔交易的付款金额。只要账簿的初始状态确定每笔交易记录是可靠的，并且有时间顺序，就可以计算出每个人当前持有的货币数量。 2 账簿由私转公，只要有村民需要，当前完整账簿记录在账簿上，从创建账簿到当前所有交易记录，只要这个报表出来了，第一项无动于衷，但第二项根本无法接受，因为账本记录了所有村民的交易，所以每个人的隐私都没有完全暴露？中本聪不过，我拿出了一对奇怪的东西。身份和签名机制公钥加密系统。中本聪表示，大家不要恐慌。在他的机制下，没有人使用真实身份交易，而是使用唯一的代码。交易中，他展示了手中的神奇之物，说这两个东西叫做保密印章和印章扫描仪。在他身后，他会给村里的每家每户发送保密印章和印章扫描仪。两者的作用如下。每一枚邮票上都盖有一枚邮票，寓意着全村唯一的一串字符，但肉眼看不到，也无法观察创造出相应的邮票。邮票扫描仪可以扫描某张已经被盖章的印章读取隐含的信息，并在液晶显示屏上显示一串字符。有了这两个神奇的东西，你可以在不暴露真实身份的情况下进行交易。印章所隐含的字符串 字符就是这个家族的代号。下面详细介绍如何在展会上使用保密印章和印章扫描仪。下一步是建立一个虚拟矿工组织。下一步是向全村招募虚拟矿工。招聘要求如下。一组单元可以是一个家庭或几个家庭的一组。作为矿工不影响货币的正常使用。矿工每天都会花费一定的时间从事比特币挖矿活动，但与淘金不同的是，虚拟矿工不需要带着工具去外地，在家就能完成工作。

矿工有一定的获得报酬的可能性你在挖矿中付出的努力越多，你获得报酬的可能性就越大 矿工可以随时退出或新矿工可以随时加入 大约五分之一的村民会加入比特币矿工组织 分为 7 组，建立初始账本和创建区块。接下来，中本聪宣布，根据二狗子手中的账簿，将抵押的黄金全部按照账簿上记载的余额归还给每个村民，然后账簿将被彻底销毁。中本聪拿出一本新账簿，在账簿第一页记录了一些交易记录。特别是这些记录的payer栏是系统的全部，payee是每个印章对应的隐藏字符，代表系统的初始时刻。每个家庭默认分配一定数量的比特币，但数量很少，只有少数甚至一些不幸的村民没有得到比特币。然后中本聪说，由于市场上的比特币很少，大家可以先回去用黄金。货币时代，既然我不是村长，我无权强迫大家承认比特币。每个人都可以决定是否接受比特币。但是，随着比特币的流动和矿工的活跃，比特币在支付和交易方面会逐渐增多。铺垫了这么多，终于说到重点了，比如李的标识串是ABCDEFG，而老张也有标识串，比如HIJKLMN，然后老张给HILKLMN写了一个list，给ABCDEFG支付了10个比特币，然后用自己的密印换个印章，将清单交给另外，老李为了方便追查钱的来源，还需要在清单中注明钱的来源记录在哪一页。比如在这个列表中，老张的10个比特币来自于建立账本时系统的赠送记录。收款人确认单据的签字人老李需要确认单据确实来自HIJKLMN，即老张签字。这并不难，因为文件上必须有保密印章。老李拿出自己的印章扫描仪挖矿比特币原理，扫了一遍。如果液晶屏上显示的字符与付款人的字符一致，这里是HIJKLMN，可以确认表格确实是付款人签字的。这是因为，按照保密印章的机制，任何人都无法伪造。任何人只需要扫描印章。可以确认票据的付款人和盖章人是否相同。收款人确认付款人的余额。这个系统还是很成问题的。通过保密印章，收款人可以确认付款人已签单，但不能自行确认付款。该人是否有足够的余额支付之前的中央虚拟货币系统二狗子负责检查付款人的余额并通知收款人交易是否有效。现在二狗子开了，谁负责记账和确认每笔交易的有效性呢？我之前说过，中本聪设计的这个系统是一个不依赖任何中心人物的分布式货币系统，所以不会有人或少数人负责这件事。最终承担这项工作的是前面提到的老矿工组织。张老李和村里其他任何使用比特币交易的村民，都是靠矿工组织的工作来完成交易的。矿工的工作是整个系统的核心，也是最复杂的地方，好东西首先要磨砺。比特币矿工虽然不需要铁铲、探照灯等工具，但也一定要有一些必备的东西。初始账簿 每组先复制一份初始账簿。初始账簿只有一页来记录系统。这是第一次给空账簿纸。每个小组都有几份账簿文件。每页只有账簿结构，没有填写具体内容的书写规则。下面是一张空账簿纸的外观。对于代码生成器哈希函数，中本聪向矿工组织的每组分发了多个代码生成器。这东西非常神奇。将一页记载账簿内容的账簿纸放入本机。数字栏自动打印一串由0和1组成的256个数字。最神奇的是数字生成器有以下功能： 生成的数字只与账簿纸上填写的内容和填写时间有关填写字体的人等因素。没关系。相同内容的账簿纸产生的数字总是相同的，但如果内容只改变一个字符，数字就会完全不同。代码生成器在打印代码时，还需要将账簿纸上填写的所有交易单据放入机器中。交易单将被扫描并填写，以确保交易单的一致性，特别是保密印章。如发现保密印章与付款人不一致，将拒绝打印代码。将打印好的账簿纸放入机器中，判断号码是否有效。机器打印并判断数量和内容是否一致。这个号码不能伪造。交易单收件箱 每个矿工组需要在门口挂一个盒子，用于收集交易单。公告板上的每个矿工组也需要一个公告板来发布一些信息。有了以上工具，矿工组织就可以开始工作了。收集交易单。中本聪规定，每笔交易的发起人不仅要向收款人提供交易单据，还要同时提供。复制几个相同的交易单，并将它们发送到每个矿工组的收件箱。矿工团定期去他们的收件箱取出收集的交易单并填写账簿。这时，该组拿出一张空账簿纸，在交易清单栏填写这些交易，找到当前账簿的最后一页，将最后一页的编号复制到上一张账单的编号栏中。注意有一个幸运数字可以填任意数字，比如12345。然后把这张账纸放入数字生成器，打印出编号账本。如果你认为矿工的工作如此简单，那你就错了。中本聪有一个变态的规则，即只需要数字的前 10 个数字。账簿纸本页只有为0才有效。根据前面数字生成器的说明，要修改数字，只能修改账簿纸的内容。交易单和之前的账簿纸号不能随便改，只能改幸运号。所以为了生成有效的账本纸，群里的矿工不停地抄账本纸，但是每张纸的幸运数字都不一样，然后重复把纸放入编码器。如果生成的数量不符合要求，论文将被丢弃。重复此过程，直到生成一串有效数字。我们知道挖矿比特币原理，如果每一个数字都是随机的，那么平均写出1000多个幸运数字。只有纸才能得到一个有效的数字，这很奇怪为什么这些矿工拼命地做这件看似毫无意义的事情。请记住，我之前说过矿工是有报酬的。这是矿工的动力。交易列表中的第一笔交易是系统向这个组支付了 50 个比特币，这意味着如果你生成了一个有意义的账本，并且被所有挖矿组接受，则意味着这个交易也被你接受了。矿业集团获得了 50 个比特币。这就是为什么矿工被称为矿工以及为什么说比特币的数量会随着交易和矿工的活动而继续增加。例如，下面是一个挖矿过程。本组公众比特币账户为UVWXYZ，当幸运数字尝试达到533时，系统生成有效账簿确认账簿。当一个挖矿组有幸生成了一个有意义的账本，为了获得奖励，它必须立即要求其他组确认他们的工作。如前所述，目前村里有 7 个挖矿组，所以这个组必须抄录 6 份有效账簿并发送给其他 6 个组要求确认。中本聪规定，当一个组收到其他组的账簿纸时，必须立即停止。 1、账簿号码有效。 2、账簿上一页有效。 3、交易清单有效。首先，看第一个。这个确认比较简单。如果验证通过，则该号码有效。第二部分需要将账簿页面上账簿的最后页码与群组当前保存的有效账簿的最后页码进行比较。如果相同，则确认是否不同，按照现有账簿。向前比较，直到找到具有此编号的页面。如果没有找到指定的账簿纸号上一页对应的页，本组将丢弃该页，不予确认。注意，上面的机制可以保证如果每组手中的账簿纸是相同的，那么就可以按照相同的顺序装订到同一本账簿中，因为后面一页的编号总是取决于编号的的前一页。他们都是一样的。可能有树枝，但不会有环。稍后我将详细讨论如何确认交易清单有效。其实就是为了确认当前每笔交易都有足够多的付款人。

付款，因为交易信息包括钱是怎么来的，还包括记录源交易的账单号。比如HIJKLMN要给ABCDEFG 10个比特币，并注明这10个比特币在确认之前的OPQRST支付给HIJKLMN的交易时，首先要确认之前的交易是否存在，还要检查HIJKLMN之前是否没有给其他人支付过这10个比特币这。全部确认后，此笔交易有效。确认第一笔是系统奖励给生成该账簿页面的团队的50笔交易。每个人都默认同意。只要按照上面的方法，就可以确认HIJKLMN是否真的有10个比特币要付给ABCDEFG。如果在完成以上所有验证并通过上述所有操作后，该集团将认定上述账簿有效，然后将该账簿合并到集团的主账簿中。丢弃当前正在进行的工作。后续的挖矿工作将以此更新的主账簿为基础。账簿确认反馈，对于挖矿团队来说，账簿纸发出时，如果他们稍后收到其他组发送的账簿纸，前一页的账簿纸编号为账簿纸他们之前发送的，这意味着他们的工作是成功的。得到其他团体的认可，因为已经有一些团体根据他们的分类账纸继续工作。此时，可以粗略的说，他们已经获得了 50 个比特币。任何其他组将生成新的有效账本或确认其他组的账簿写入时，该组识别的最新交易将写入公告板。收款人只要发现相关交易已经被各团认可，基本可以认为钱已经到账了。当他付款时，他可以付款。将资金来源指向这笔交易。以上就是整个比特币支付系统。让我们分析一下为什么这个系统可以工作，以及这个系统可能面临的风险。虽然上面解释了比特币的基本操作规则，但是村民们还是有很多疑问，所以中本聪专门召开了问答会，回答常见问题。让我们总结一下村民最关心的核心问题。如果同时收到两个合法账簿页面怎么办，注意上面的运行机制。每个挖矿组并行工作，所以一个组完全有可能收到两个不同的账簿页面，两者都是基于当前组的主账簿的最后一页，内容完全合法。我该怎么办？一个问题中本聪说，小组不应该以线性方式组织账簿，而应该以树状方式组织账簿。任何时候都以当前最长的分行为主账簿，其他分行保留。例如，一个组同时收到两个账簿页面 A 和 B。会计合法后，团队应将两个页面以分叉的形式组织起来。如下图，黑色表示当前账簿主干。这时候可以选择任意页面作为当前主分支。比如你选择A，如果有一个新的账簿页面是基于A的，那么trunk会继续。如果trunk继续这样下去，说明大家基本都用A作为trunk，B会被遗忘，但也有可能B突然变长了。那么我们需要将B分支作为当前主干基于这个分支进行后续工作。从局部来看，虽然某个时刻各组的账簿干线可能存在不一致，但大体方向是一致的。那些由于异步偶尔产生的小分支，很快就会被历史淹没。矿组有人伪造账本怎么办？对于这个问题，中本聪表示，只要矿工组织中的大多数人都是诚实的，系统是可靠的，可以在几个具体方面得到回答。由于保密印章机制，任何人都无法伪造他人的身份进行支付，因为代码生成器在打印代码时会检查所有交易单的保密印章。一笔交易的付款人余额不够，所以只有一种可能的攻击行为，即在收款人确认付款后，从另一个分行创建另一个交易，取消之前的付款，将相同的钱支付给另一个人再次。双花问题的双花问题也在下面用一个例子来说明。假设攻击者有 10 个比特币。他将同时向两名受害者 A 和 B 支付这笔钱，并且两人都被录取了。第一步攻击者

准备从受害者A那里购买10比特币的黄金，他签署了一份交易订单，将10比特币转移给受害者A，第二笔这笔交易在最新的账簿页面中得到确认，并由各个挖矿集团公布。受害者 A 看到公告并确认比特币已到达账户，并给了攻击者 10 比特币的黄金。第三步，攻击者找到账本。从包含刚才交易的分类帐页面的上一个页面创建一个分支，生成的计费页面比上一个分支更多。由于刚才攻击者所做的分支变成了主干分支，包含受害者A的钱的分支就变成了因此，挖矿组织不再承认受害者A获得的10个比特币已经被注销。第四步，攻击者可以再次签署交易单，将同样的钱支付给受害者B。在受害者B确认钱到账后，向攻击者支付等值的黄金。至此，攻击者两次花费10比特币，购买了两名受害者的等值黄金。攻击者也可以取消与受害者B的转账，并向受害者B支付相同的金额。其他人针对此次攻击中本聪给出的解决方案是建议收款人不要在公告发布时立即确认交易完成，而是稍等片刻，等各矿组再发6本确认书，在公告前。账簿没有注销，确认钱到了。 Satoshi Ben 解释说，错误的编号规则是为了防止这种情况发生的。生成一个有效的账簿页面并不是如上所述的那么简单。尝试不同的幸运数字需要大量的人力，如果书页包含确认您已收到钱并且随后有 6 个延续，那么该过程纯粹是偶然的，那么攻击者很难从另一个分支超越当前的 master 分支分支，而落后 6 页 困难，除非攻击者的人力超过所有其他诚实矿工的人力总和，如果攻击者有这么多人力，做一个好公民总比花这么多精力好种攻击。为了防止攻击的形成，比特币将继续增加。会不会造成严重的通货膨胀？中本聪这么说，我也想到了。忘了说了，矿工组织的操作规则手册会解释，一开始，我们的协议每次生成一个页本奖励组，账本每增加 50 个比特币后增加 21000 页，就会减半。比如达到21万页时，每页账簿在42万页后奖励25比特币，每页奖励125，以此类推。账簿达到693万页后，新生成的账簿页不再奖励。此时比特币的总量约为21,000,000，也就是比特币的总量。它不会无限增加。如果没有奖励，就没有人成为矿工。没有人会帮助确认交易。届时，矿工的收入将从挖矿收入变为收取手续费。例如，您可以指定 1 作为转账时的手续费。对于生成账簿页面的群，每个群都会选择手续费高的交易单先确认矿工。如果生成的比特币越来越多，生成速度会不会越来越快？不，中本聪解释说，虽然矿工的数量可以通过加入和退出矿工组织的方式随意改变每个矿工也会得到一个代码生成器，但是我在代码生成器中加入了控制机制。当前工作的代码生成器越多，每台机器的效率就越低。 The rate of new account book page generation will remain unchanged, although everyone The code name is anonymous, but if someone's code account book is leaked and public, won't all his accounts be found out.情况确实如此。 For example, if you want to trade with someone, you must go to his code number to fill in the transaction form. Because the payee column needs to be filled in with the code name of that person, but Satoshi Nakamoto said that he can provide unlimited confidentiality seals. It is recommended to use a different confidentiality seal for each transaction, so that all accounts of the same person cannot be traced by checking the account book. This article uses a common metaphor to explain the operation mechanism of Bitcoin. There are a few points that need to be explained. 1 In order to facilitate understanding, I have made a lot of simplifications. Therefore, some mechanism details may not be exactly the same as the actual Bitcoin, but the general idea and key principles are the same. 2 Since many things in the computer world, such as public key system network transmission, do not have particularly good equivalents in the real world, there are inevitably some blunt and unreasonable details in the story. This article describes the technical principle and operation of the Bitcoin network itself Mechanism When Bitcoin is traded in a trading market such as Mtgox, the market acts as an intermediary agent and does not follow the above mechanism