Essay on Bitcoin Principles 以比特币为例理解区块链工作流程

定义和基本原理定义

区块链技术本身仍在快速发展，相关规范和标准尚未成熟。

最早公认的关于区块链的描述文献是中本聪写的《比特币：一种点对点的电子现金系统》，但该文献着重讨论比特币系统，并未明确提及区块链一词。 其中，区块和链被描述为用于记录比特币交易账本历史的数据结构。

此外，在上面给出的定义中，区块链类似于分布式数据库技术。 通过维护数据块的链式结构，可以维护一个不断增长和不可篡改的数据记录。

笔者认为，对于区块链的讨论可以从狭义和广义两个角度来看。

从狭义上讲，区块链是一种以区块为基本单位的链式数据结构。 在区块中使用数字摘要来验证之前的交易历史，适用于分布式记账场景的防篡改和可扩展性。 需要。

广义的区块链也指基于区块链结构的分布式记账技术，包括分布式共识、隐私与安全保护、点对点通信技术、网络协议、智能合约等。

提早申请

1990 年 8 月，Stuart Haber 和 W. Scott（1984 年从 AT&T 中分离出来的研究机构）在论文“How to Time-Stamp a Digital”中提出使用链式结构来解决防篡改问题关于比特币的论文2000字，其中新生成的时间证明需要包含之前证明的哈希。 这可以认为是区块链结构最早的雏形。

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后来在2005年7月，在Git等开源软件中，也采用了类似区块链结构的机制来记录提交历史。

区块链结构最早的大规模应用出现在 2009 年初推出的比特币项目。在没有中心化管理的情况下，比特币网络持续稳定，支持海量交易记录，从未出现过严重漏洞，吸引了大量很多关注。 广泛关注。 这些都与区块链结构本身的强验证特性密切相关。

基本的

区块链的基本原理理解起来并不复杂。 我们先来看三个基本概念：

如果将区块链系统作为一个状态机，每笔交易都意味着一次状态的改变； 生成的区块是参与者对交易引起的状态变化结果的共识。

区块链的目标是实现数据记录的分布式账本，只允许添加，不允许删除。 账本底层的基本结构是线性链表。 链表由一系列“区块”组成（如下图所示），后续区块中记录了前一个区块的哈希值。 计算哈希提供了一种快速检查块（及其中的交易）是否合法的方法。 网络中的节点可以提议添加一个新的区块，但是这个区块必须经过共识机制的确认。

以比特币为例，了解区块链工作流程

具体来说，以比特币网络为例，看看区块链技术是如何使用的。

首先，用户通过比特币客户端发起一笔交易关于比特币的论文2000字，消息被广播到比特币网络进行确认。 网络中的节点将接收到的等待确认的交易请求打包，并添加上一个区块头的哈希值等信息，形成区块结构。 然后，尝试寻找一个nonce串（随机串）放入区块中，使区块结构的哈希结果满足一定的条件（比如小于某个值）。 这种计算一串随机数的过程通常称为“挖掘”。 查找随机数字符串需要一些计算能力。

一旦节点找到一串满足条件的随机数，该块将被格式化为“合法”并成为候选块。 节点通过网络广播它。 其他节点接收并验证候选区块后，将该区块识别为新的合法区块，并将其添加到自己维护的本地区块链结构中。 当大多数节点接受了该区块时，这意味着该区块被网络接受，并且该区块中包含的交易得到确认。

这里有两个关键步骤，一个是完成一批交易的共识（创建一个合法的区块结构）； 另一种是在链结构中加入一个新的区块，并被网络识别，以保证不可篡改。 当然，在实现中会有很多额外的细节。

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比特币基于计算能力（寻找随机数串）的共识机制称为工作量证明（PoW）。 这是因为目前还没有已知的快速启发式算法可以使哈希结果满足一定的条件，只能对nonce值进行一次暴力计算。 尝试次数越多（工作量越大），计算出的概率就越大。

通过调整对哈希结果的约束，比特币网络平均控制在 10 分钟左右产生一个有效区块。 计算区块的节点将收到区块内所有交易的管理费和协议指定的奖励费（目前为 12.5 个比特币，每四年减半）。

读者可能会担心任何人都可以加入比特币网络。 如果网络中存在恶意节点，恶意操作可以篡改区块链中的记录，从而破坏整个比特币网络系统。 例如，最简单的例子是故意不识别他人生成的合法候选块，或者干脆拒绝其他节点的交易请求。

事实上，由于比特币网络中有大量（估计有数千个）维护节点，其中大部分是功能性的，默认情况下只允许看到最长的链结构。 只要网络中一半以上的节点不提前串通作恶，最长的那条链就有很大概率成为最终的合法链。 而且随着时间的推移，这个概率会越来越大。 例如，6个区块生成后，即使有一半的节点联手颠覆确认结果，概率也只有(1/2)^6≈1.6%，低至1/60的几率。 10 个区块后，概率降至千分之一以下。

当然，如果全网大部分节点联合起来作恶，整个系统就无法正常工作。 这样做往往意味着付出巨大的代价，往往超过作恶的好处。

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