比特币介绍比特币详解 - 数学 & 算法 & 区块链

一、比特币介绍

1、比特币工作原理：https://bitcoin.org/zh_CN/how-it-works

基本介绍：

1、比特币区块链是比特币的公共共享总账，所有确认的交易均包含在区块链中；

2、比特币钱包通过共享总账可以计算出余额，核实交易中确实花费自己的比特币；

3、交易是比特币钱包之间的价值转移，每笔交易都通过钱包私钥签名用于防抵赖；

4、挖矿是个将待确认的交易数据包含到区块链，从而完成对交易进行确认的分布式共识系统；

5、工作量证明PoW，sha256(sha256(block_header+nonce))小于等于难度值，生成区块成功；

6、难度值使用256进制编码，32位的难度值解码之后是一个256位无符号整数，通常值较小；

7、生成区块成功之后，节点在区块链网络广播新的区块，所有节点都会校验交易有效性；

8、挖矿生成区块会给一些奖励到矿工，同时转账需要的手续费也会分给矿工；

比特币数据：

1、每两周生成2016个区块，平均每10分钟生成1个区块，2009年生成第1个区块；

2、最初生成1个区块奖励50个比特币，每4年减半，2024年4月20日，减少为1个区块3.125个；

3、比特币目前约2000万个，比特币总量固定为2100万个；

交易所介绍：

1、CEX，中心化交易所，比如Binance(地中海)、Bybit(加勒比海)、Bitget(新加坡)、MEXC(印度洋)

2、DEX，去中心化交易所，比如Uniswap、Raydium

二、比特币详解

1、区块高度是区块到创世块的区块数量，创世块的高度是零；

2、区块链不允许区块哈希重复，不允许默克尔根重复，不允许交易哈希重复；

3、共识包含一个规则集合，硬分叉是修改或去除规则，软分叉是新增规则；

4、硬分叉不向前兼容，影响更大，软分叉向前兼容，影响较小；

5、共识规则升级策略：指定时间之后，指定区块高度之后，指定新矿工比例之后；

UTXO模型：

1、UTXO，Unspent Transaction Output，未花费的交易输出；

2、比特币没有使用账户记录用户的余额，累加用户所有的UTXO计算出余额；

3、每笔交易都是若干input和若干output组成，每个output就是一个UTXO；

4、input指向前面某个区块的output，也可以指向本区块的output；

5、CoinBase交易是矿工奖励，没有指向任何input，至少100个区块内不能花费；

6、交易类型：一个input拆分成两个output，一个是转账给别人，一个是给自己找零；

7、交易类型：多个input合并成一个output，需要多个UTXO才够转账额度；

8、余额计算：从创世块开始扫描，遇到某个地址的output余额增加，遇到某个地址的input余额减少；

SPV验证：

1、SPV，Simplified Payment Verification，简单支付验证，用于确认某笔交易是否验证过；

2、Merkle Tree，默克尔树，比特币区块链将一个区块的所有交易哈希构成一棵默克尔树；

3、默克尔树是一种高效的数据结构，通过默克尔路径验证某个元素是否存在；

4、比特币钱包只存储区块链头部信息，比特币全节点存储区块链所有信息；

5、比特币钱包验证某笔交易的有效性时，从全节点请求默克尔验证路径；

6、验证路径包含：log(n)个哈希，n是包含交易的区块包含的交易数量；

7、SPV+Merkle减少了钱包需要的存储空间，减少了验证交易需要传输的数据量；