白话白皮书丨比特币BTC，开山鼻祖中本聪

《比特币白皮书》

http://www.8btc.com/wiki/bitcoin-a-peer-to-peer-electronic-cash-system

原文作者：中本聪（Satoshi Nakamoto）

作者邮箱：[email protected]

中本聪提出了一个完全通过点对点技术实现的电子现金系统，它使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方，中间不需要通过任何的金融机构。所以比特币系统是一个支付系统的解决方案，要解决的两个主要问题，一个是去中心化的p2p系统，一个是支付要解决的双花（重复支付）问题。

1. 链（Chain）怎么形成？

由一个个区块按照发生顺序串联而成，是整个状态变化的日志记录。

竞争记账：每个节点都可以争取记账，看谁最先计算出满足条件的哈希（HASH）值。

涉及技术：共识机制（POW\POS\DPOS\POOL）、密码学（SHA256算法）

广播：P2P（peer-to-peer的缩写）系统
涉及技术：通信协议

核对：全网其他有效节点核对该区块记账的正确性，并盖上时间戳，确认区块合法。
涉及技术：时间戳

存储：账簿是分区块存储，区块与区块相连形成链状结构。
涉及技术：分布式结构、信息技术

备份：每个参与交易者都是区块网络的节点，每个节点都有一份完整的公共账簿备份，也就是分布式账本。

涉及技术：区块化数据库（默克尔树）

2. 区块（Block）怎么形成？

记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识。

一个区块相当于一张纸，分两个部分：区块头（记录当前区块的元信息）和区块体（实际数据）。

交易就是点对点转账，在确认交易真实性后，将交易数据写入数据库（区块），才算交易成立，对方才能真正收到钱。产生一个区块时间为10分钟，通过动态调整难度系数，来控制区块的产生速度。

根据比特币协议，一个区块的大小最大是 1MB，而一笔交易大概是500字节左右，因此一个区块最多可以包含2000多笔交易。矿工负责把这2000多笔交易打包在一起，组成一个区块，然后计算这个区块的 Hash。然后矿工以此获得奖励，并记入当下这个区块第一条交易，新增比特币生效。

所谓Hash就是计算机可以对任意内容，计算出一个长度相同的特征值。区块链的 Hash 长度是256位二进制数字。而且可以保证，只要原始内容不同，对应的 Hash 一定是不同的。
Hash和区块头一一对应，Hash = SHA256(区块头)。

而矿工的工作是计算区块头中的随机数即nonce的数值，使其满足SHA256(SHA256(Block_Header))

区块头的大小为80字节，由4字节的版本号、32字节的上一个区块的散列值、32字节的Merkle Root Hash、4字节的时间缀（当前时间）、4字节的当前难度值、4字节的随机数（nouce值）组成。区块包含的交易列表则附加在区块头后面，其中的第一笔交易是coinbase交易，这是一笔为了让矿工获得奖励及手续费的特殊交易。

3. 交易（Transaction）怎么形成？

一次操作，导致账本状态的一次改变，如添加一条记录。需要解决两个问题：①防止冒用你的名义，②防止双花。

非对称加密（通常使用椭圆曲线算法生成密钥对），就是加密和解密需要两把钥匙：一把公钥和一把私钥。你用私钥加密信息，别人用你的公钥解开，从而证明这个信息确实是你发出的，且未被篡改，这叫做数字签名。非对称加密保证了支付的可靠性，解决了你就是你的问题，防止冒用。

比特币协议规定，申报交易的时候，除了交易金额，转出比特币的一方还必须提供以下数据。

上一笔交易的 Hash（你从哪里得到这些比特币）

本次交易双方的地址

支付方的公钥

支付方的私钥生成的数字签名

验证这笔交易是否属实，需要三步。这个就能防止双花。

第一步，找到上一笔交易，确认支付方的比特币来源。

第二步，算出支付方公钥的指纹（所谓指纹，就是一个比较短的、易于传播的哈希值。），确认与支付方的地址一致，从而保证公钥属实。

第三步，使用公钥去解开数字签名，保证私钥属实。

经过上面三步，就可以认定这笔交易是真实的。