比特币：Bitcoin(BTC)，A Peer-to-Peer Electronic Cash System，点对点电子现金体统

1、起源

• 中本聪在2009年初挖出第一批比特币
• 总量不超过2100万枚

2、底层机制

• 去中心化，P2P分布式数字货币系统
• 共识机制-POW工作量证明
• 非对称加密算法-数字签名
• 区块链账本技术

3、特性

• 硬通货-跨境交易
• 易携带-只需一个私钥
• 隐秘性-只暴露钱包地址
• 无货币超发

4、钱包

• 钱包就是P2P里的P(节点)，主要是用来管理私钥和比特币转账地址
• 钱包分类
  • 轻钱包——只存储维护跟你自己交易相关的数据
  • 中心化钱包——数字货币交易所
• 钱包下载地址
  https://bitcoin.org/zh_CN/downlo

5、比特币产生

• 比特币由矿工挖矿产生
• 生成的比特币被记录在矿工的名下
• 比特币通过矿工的公钥哈希值锁定
• 比特币通过交易(UTXO)在节点之间转移
• UTXO-未花费的交易

6、UTXO

• UTXO(unspent transaction output)：未花费交易输出

  • 比特币拥有者的公钥锁定（加密）的一个数字
  • UTXO就是比特币，比特币系统中只有UTXO，没有比特币
  • 新的UTXO由挖矿或交易产生

• UTXO存在全节点的数据库里

• 转账交易消耗自己的UTXO，同时生产新的UTXO，并用接收者的公钥锁定

• 比特币系统中用户的“余额”实际上并不直接存在，而是通过计算得来

7、交易模型

• 交易输出（UTXO）

  • 锁定的比特币数量
  • 锁定脚本（用接受者的公钥哈希）

• 交易输入（UTXO + 解锁脚本）

  • 解锁脚本（发送者的签名和公钥）

• 签名：对发送者和接受者的公钥哈希以及整个交易签名

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8、交易全流程

• 1、起初，第一个挖出的区块里面包含了一个coinbase交易，在coinbase交易中，没有输入，所以也就不需要签名，coinbase交易的输出包含了一个哈希过的公钥（使用的是RIPEMD16(SHA256(PubKey))算法）

• 2、当一个人发送比特币时，就会创建一笔交易，这笔交易的输入会引用之前交易的输出，每个输入会存储一个公钥（没有被哈希）和整个交易的一个签名

• 3、比特币网络中接收到交易的其他节点会对该交易进行验证——在一个输入中，公钥哈希与所引用的输出哈希相匹配（这保证了发送发只能花费属于自己的币）；签名是正确的（这保证了交易是由币的实际拥有者所创建的）

• 4、当一个矿工准备挖一个新块时，他会将交易放到块中，然后开始挖矿

• 5、当新矿被挖出来以后，网络中的所有其他节点会受到一条消息，告诉其他人这个块已经被挖出并被加入到区块链

• 6、当一个块被加入到区块链以后，交易就算完成，他的输出就可以在新的交易中被引用

9、区块链：分布式账本系统

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• 共识机制—POW工作量证明
  • 通过挖矿证明自己的善意节点，并获得生成区块和在该区块记账的权利
• 基于P2P网络，每个全节点都存储着最全的比特币交易记录
• 新区块通过包含前一个区块头部的哈希值（区块的唯一标识）建立链接关系
• 区块里装的就是所有的比特币交易记录（UTXO）

10、区块链网络

区块链网络中有三种区块链节点：

• 矿工：运行于强大或专用的硬件（比如ASIC）之上，主要目的是挖矿；
• 全节点：这些节点验证挖出来的块的有效性，并对交易进行确认；
• SPV节点：简单支付验证，如钱包节点

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11、挖矿

• 在全网中和其他节点竞争计算（解一个难题）的过程
  • 证明自己是非恶意节点
• 获得的权利和义务
  • 记账权：把交易写入区块里
  • 广播义务：把区块在全网广播
• 获得的奖励
  • 挖矿奖励：12.5BTC
  • 收取交易手续费

12、共识机制

• 拜占庭将军问题—共识机制之一

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• POW(Proof of Work)——工作量证明
  • 通过付出大量工作代价证明自己是非恶意节点（理性人都是逐利的，POW抑制了节点的恶意动机）
  • 计算一个随机数（nonce），算出的正确随机数即POW
  • 获取记账权利
  • 打包交易并通知其他节点

13、交易确认

• 当一项交易被链上的区块收录以后，就是交易确认
• 在此区块之后每产生一个区块，此现交易的确认数相应加1
• 经过6个以上区块确认的交易才是安全的，因为篡改成本巨大
• 比特币钱包可以设置交易确认数

14、区块生成

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• 矿工在挖矿前要组建区块
  • 将coinbase交易打包进区块
  • 将交易池中高优先级的交易打包进区块
  • 创建区块头部

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• 挖矿成功后，将计算出来的随机数nonce(POW)填入区块头部，并向临近节点传播

15、区块验证

相邻节点收到新区块后，立即做以下验证

• 验证POW的nonce值是否符合难度值
• 检查时间戳是否小于当前时间两小时
• 检查merkle树根是否正确
• 检查区块size要小于区块size的上限
• 第一笔交易必须是coinbase交易
• 验证每个交易

16、区块链分类

• 公有链
  • 任何人都可以参与使用和维护，信息公开，比如比特币，以太坊等
• 联盟链
  • 若干组织共同维护，使用有权限限制，信息受保护，如银联组织
• 私有链
  • 集中管理者进行限制，内部少数人可以使用，信息不公开

16、区块链——篡改账本

• 双花问题：同一笔比特币被支付多次

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17、P2P

• 交易广播
• 区块广播
• 钱包广播—主要是广播钱包的公钥