比特幣技術原理圖

『壹』 比特幣機制研究

現今世界的電子支付系統已經十分發達，我們平時的各種消費基本上在支付寶和微信上都可以輕松解決。但是無論是支付寶、微信，其實本質上都依賴於一個中心化的金融系統，即使在大多數情況這個系統運行得很好，但是由於信任模型的存在，還是會存在著仲裁糾紛，有仲裁糾紛就意味著不存在 不可撤銷的交易 ，這樣對於 不可撤銷的服務 來說，一定比例的欺詐是不可避免的。在比特幣出來之前，不存在一個 不引入中心化的可信任方 就能解決在通信通道上支付的方案。
比特幣的強大之處就在於：它是一個基於密碼學原理而不是依賴於中心化機構的電子支付系統，它能夠允許任何有交易意願的雙方能直接交易而不需要一個可信任的第三方。交易在數學計算上的不可撤銷將保護 提供不可撤銷服務 的商家不被欺詐，而用來保護買家的 程序化合約機制 也比較容易實現。

假設網路中有A, B ,C三個人。
A付給B 1比特幣 ，B付給C 2比特幣 ，C付給A 3比特幣 。
如下圖所示：

為了刺激比特幣系統中的用戶進行記賬，記賬是有獎勵的。獎勵來源主要有兩方面：

比特幣中每一筆交易都會有手續費，手續費會給記賬者

記賬會有打包區塊的獎勵，中本聰在08年設計的方案是： 每10分鍾打一個包，每打一個包獎勵50個比特幣，每4年單次打包的獎勵數減半，即4年後每打一個包獎勵25個比特幣，再過四年後就獎勵12.5個比特幣... 這樣我們其實可以算出比特幣的總量：

要說明打包的記錄以誰為準的問題，我們需要引入一個知名的 拜占庭將軍問題 （Byzantine failures）。拜占庭將軍問題是由萊斯利·蘭伯特提出的點對點通信中的基本問題。含義是在存在消息丟失的不可靠信道上試圖通過消息傳遞的方式達到一致性是不可能的。

假設有9個互相遠離的將軍包圍了拜占庭帝國，除非有5個及以上的將軍一起攻打，拜占庭帝國才能被打下來。而這9個將軍之間是互不信任的，他們並不知道這其中是否有叛徒，那麼如何通過遠距離協商來讓他們贏取戰斗呢？

口頭協議有3個默認規則：
1.每個信息都能夠被准確接收
2.接收者知道是誰發送給他的
3.誰沒有發送消息大家都知道
4.接受者不知道轉發信息的轉發者是誰
將軍們遵循口頭規則的話，那就是下面的場景：將軍1對其他8個將軍發送了信息，然後將軍2~9將消息進行轉達（廣播），每個將軍都是消息的接受者和轉發者，這樣一輪下來，總共就會有9×8=72次發送。這樣將軍就可以根據自己手中的信息，選擇多數人的投票結果行動即可，這個時候即便有間諜，因為少數服從多數的原則，只要大部分將軍同意攻打拜占庭，自己就去行動。
這個方案有很多缺點：
1.首先是發送量大，9個將軍之間要發送72次，隨著節點數的增加，工作量呈現幾何增長。
2.再者是無法找出誰是叛徒，因為是口頭協議，接受者不知道轉發信息的轉發者是誰，每個將軍手裡的數據僅僅只是一個數量的對比：

這里我們假設有3個叛徒，在一種最極端的情況下即叛徒轉發信息時總是篡改為「不進攻」，那麼我們最壞的結果就如上圖所示。將軍1根據手裡的信息可以推出要進攻的結論，卻無法獲知將軍裡面誰是叛徒。
這樣我們就有了方案二：書面協議。

書面協議即將軍在接受到信息後可以進行簽字，並且大家都能夠識別出這個簽字是否是本人，換種說法就是如果有人篡改簽字大家可以知道。書面協議相對比口頭協議就是增加了一個認證機制，所有的消息都有記錄。一旦發現有人所給出的信息不一致，就是追查間諜。
有了書面協議，那麼將軍1手裡的信息就是這樣的：

可以很明顯得看出，在最壞的一種情況——叛徒總是轉發「不進攻」的消息之下，將軍7、8、9是團隊里的叛徒。
這個方案解決了口頭協議里歷史信息不可追溯的問題，但是在發送量方面並沒有做到任何改進。

在我們的示例中，比特幣系統里的每個用戶發起了一筆交易，都會通過自己的私鑰進行簽名，用數學公式表示就是：

所以之前的區塊就變成了這樣：

這樣每一筆交易都由交易發起者通過私鑰進行數字簽名，由於私鑰是不公開的，所以交易信息也就無法被偽造了。

如書面協議末尾所說的那樣，書面協議未能解決信息交流過多的問題。當比特幣系統中存在上千萬節點的時候，如果要互相廣播驗證，請求響應的次數那將是一個非常龐大的數字，顯然勢必會造成網路擁堵、節點處理變慢。為了解決這個問題，中本聰乾脆讓整個10分鍾出一個區塊，這個區塊由誰來打包發出呢？這里就採用了工作量證明機制(PoW)。工作量證明，說白了就是解一個數學題，誰先解出來數學題，誰就能有打包區塊的權力。換在拜占庭將軍的例子中就是，誰先做出數學題，誰就成為將軍們裡面的總司令，其他將軍聽從他發號的命令。

首先，礦工會將區塊頭所佔用的128位元組的字元串進行兩次sha256求值，即：

這樣求得一個值Hash，將其與目標值相比對，如果符合條件，則視為工作量證明成功。
工作量證明成功的條件寫在了區塊鏈頭部的 難度數 欄位，它要求了最後進行兩次sha256運算的Hash值必須小於定下的目標值；如果不是的話，那就改變區塊頭的 隨機數 （nonce），通過一次次地重復計算檢驗，直到符合條件為止。

此外， 比特幣有自己的一套難度控制系統，使得比特幣系統要在全網不同的算力條件下，都保持10分鍾生成一個區塊的速率。這也就意味著：難度值必須根據全網算力的變化進行調整。難度調整的策略是由最新2016個區塊的花費時長與期望時長（期望時長為20160分鍾即兩周，是按每10分鍾一個區塊的產生速率計算出的總時長）比較得出的，根據實際時長與期望時長的比值，進行相應調整（或變難或變易）。也就是說，如果區塊產生的速率比10分鍾快則增加難度，比10分鍾慢則降低難度。

PoW其實在比特幣中是做了以下的三件事情。

這樣可以防止一台高性能機器同時跑上萬個節點，因為每完成一個工作都要有足夠的算力。

有經濟獎勵就會加速整個系統的去中心化，也鼓勵大家不要去作惡，要積極地按照協議本來的執行方式去執行。(所以說，無幣區塊鏈其實是不可行的，無幣區塊鏈一定導致中心化。)

也就是說，每個節點都不能以自身硬體條件去控制出快速度。現在的比特幣上平均10分鍾出一個塊，性能再好的機器也無法打破這個規則，這就能夠保證 區塊鏈是可以收斂到共同的主鏈上的 ，也就是我們所說的共識。

綜上，共識只是PoW三個作用中的一點，事實上PoW設計的作用有點至少有這么三種。

默克爾樹的概念其實很簡單，如圖所示

這樣，我們區塊的結構就大致完整了，這里分成了區塊頭和區塊體兩部分。

區塊鏈的每個節點，都保存著區塊鏈從創世到現在的每一區塊，即每一筆交易都被保存在節點上，現在已經有幾百個GB了。
每當比特幣系統中有一筆新的交易生成，就會將新交易廣播到所有的節點。每個節點都把新交易收集起來，並生成對應的默克爾根，拼接完區塊頭後，就開始調整區塊頭里的隨機數值，然後就開始算數學題

將算出的result和網路中的目標值進行比對，如果是結果是小於的話，就全網廣播答案。其他礦工收到了這個信息後，就會立馬放下手裡的運算，開始下一個區塊的計算。
舉個例子，當前A節點在挖38936個區塊，A挖礦節點一旦完成計算，立刻將這個區塊發給它的所有相鄰節點。這些節點在接收並驗證這個新區塊後，也會繼續傳播此區塊。當這個新區塊在網路中擴散時，每個節點都會將它作為第38936個區塊(前一個區塊為38935)加到自身節點的區塊鏈副本中。當挖礦節點收到並驗證了這個新區塊後，它們會放棄之前對構建這個相同高度區塊的計算，並立即開始計算區塊鏈中下一個區塊的工作。
整個流程就像下一張圖所展示的這樣：

簡單來說，雙花問題是一筆錢重復花了兩次。具體來講，雙花問題可分為兩種情況：
1.同一筆錢被多次使用；
2.一筆錢只被使用過一次，但是通過黑客攻擊或造假等方式，將這筆錢復制了一份，再次使用。
在我們生活的數字系統中，由於數據的可復制性，使得系統可能存在同一筆數字資產因不當操作被重復使用的情況，為了解決雙花問題，日常生活中是依賴於第三方的信任機構的。這類機構對數據進行中心化管理，並通過實時修改賬戶余額的方法來防止雙重支付的出現。而作為去中心化的點對點價值傳輸系統，比特幣通過UTXO、時間戳等技術的整合來解決雙花問題。

UTXO的英文全稱是 unspent transaction outputs ，意為 未使用的交易輸出 。UTXO是一種有別於傳統記賬方式的新的記賬模型。
銀行里傳統的記賬方式是基於賬戶的，主要是記錄某個用戶的賬戶余額。而UTXO的交易方式，是基於交易本身的，甚至沒有賬戶的概念。在UTXO的記賬機制里，除了貨幣發行外，所有的資金來源都必須來自於前面某一個或幾個交易。任何一筆的交易總量必須等於交易輸出總量。UTXO的記賬機制使得比特幣網路中的每一筆轉賬，都能夠追溯到它前面一筆交易。
比特幣的挖礦節點獲得新區塊的挖礦獎勵，比如 12.5 個比特幣，這時，它的錢包地址得到的就是一個 UTXO，即這個新區塊的幣基交易（也稱創幣交易）的輸出。幣基交易是一個特殊的交易，它沒有輸入，只有輸出。
當甲要把一筆比特幣轉給乙時，這個過程是把甲的錢包地址中之前的一個 UTXO，用私鑰進行簽名，發送到乙的地址。這個過程是一個新的交易，而乙得到的是一個新的 UTXO。
這就是為什麼有人說在這個世界上根本沒有比特幣，只有 UTXO，你的地址中的比特幣是指沒花掉的交易輸出。
以Alice向Bob進行轉賬的過程舉例的話：

UTXO 與我們熟悉的賬戶概念的差別很大。我們日常接觸最多的是賬戶，比如，我在銀行開設一個賬戶，賬戶里的余額就是我的錢。
但在比特幣網路中沒有賬戶的概念，你可以有多個錢包地址，每個錢包地址中都有著多個 UTXO，你的錢是所有這些地址中的 UTXO 加起來的總和。
中本聰發明比特幣的目標是創建一個點對點的電子現金，UTXO 的設計正可以看成是借鑒了現金的思路：我們可能在這個口袋裡裝點現金，在那個櫃子角落裡放點現金，在這種情況下不存在一個賬戶，你放在各處的現金加起來就是你所有的錢。
採用 UTXO 設計還有一個技術上的理由，這種特別的數據結構可以讓雙重花費更容易驗證。對比一下：

『貳』 風靡全球的「比特幣」到底是如何製造出來的

比特幣屬於虛擬數字貨幣。這是由開放源碼(計算方法公開)P2P軟體通過大量計算，利用整個網路的分布式資料庫進行交易確認而產生的。擁有交易快捷，不可偽造等特點，具有明顯的“去中心化”特徵。

一台涉及比特幣發行的電腦被稱為“挖礦節點”，而另一台電腦則被稱為挖礦。其中，其最核心的“區塊鏈”技術被採用。每一個參與挖礦的礦工節點都會收集在網路上發生但沒有被證實的交易，並將其納入新的塊鎖。這塊將和前面所有的塊連在一起，形成一條鏈子。每一個節點都會添加一個新的隨機調整數，然後計算上一個區塊鏈SHA-256的散列。若低於設定的具體目標，則視為成功。若達不到目標，則節點將改變隨機調整的數量，並反復嘗試。

至於購買比特幣，你只需知道，每個人都會使用計算資源來計算，而不需要依賴央行等貨幣發行機構。

你們怎麼看呢？

『叄』 比特幣的原理

比特幣系統是一個基於P2P網路的、開源的、去中心化的貨幣交易系統。比特幣的核心演算法和協議都是公開的，具體在其官網及GitHub上可以查看到源碼信息系統的每一個節點都可以參與交易、確認其他的交易合法性並將其加入到分布式賬本中。基於密碼學的基本原理，比特幣的交易安全性和用戶身份的匿名性可以得到保證。歷史上第一個產生的比特幣叫做「創始幣」於2009年1月3日誕生。
拓展資料:
1、根據中本聰的思路設計發布的開源軟體以及建構其上的P2P網路。比特幣是一種P2P形式的數字貨幣。比特幣的交易記錄公開透明。點對點的傳輸意味著一個去中心化的支付系統。
2、與大多數貨幣不同，比特幣不依靠特定貨幣機構發行，它依據特定演算法，通過大量的計算產生，比特幣經濟使用整個P2P網路中眾多節點構成的分布式資料庫來確認並記錄所有的交易行為，並使用密碼學的設計來確保貨幣流通各個環節安全性。
3、和法定貨幣相比，比特幣沒有一個集中的發行方，而是由網路節點的計算生成，誰都有可能參與製造比特幣，而且可以全世界流通，可以在任意一台接入互聯網的電腦上買賣，不管身處何方，任何人都可以挖掘、購買、出售或收取比特幣，並且在交易過程中外人無法辨認用戶身份信息。2009年1月5日，不受央行和任何金融機構控制的比特幣誕生。比特幣是一種數字貨幣，由計算機生成的一串串復雜代碼組成，新比特幣通過預設的程序製造。
4、每當比特幣進入主流媒體的視野時，主流媒體總會請一些主流經濟學家分析一下比特幣。早先，這些分析總是集中在比特幣是不是騙局。而現如今的分析總是集中在比特幣能否成為未來的主流貨幣。而這其中爭論的焦點又往往集中在比特幣的通縮特性上。
5、用戶可以買到比特幣，同時還可以使用計算機依照演算法進行大量的運算來「開采」比特幣。在用戶「開采」比特幣時，需要用電腦搜尋64位的數字就行，然後通過反復解謎密與其他淘金者相互競爭，為比特幣網路提供所需的數字，如果用戶的電腦成功地創造出一組數字，那麼就將會獲得25個比特幣

『肆』 比特幣什麼東西

比特幣（Bitcoin：比特金）最早是一種網路虛擬貨幣，可以購買現實生活當中的物品。它的特點是分散化、匿名、只能在數字世界使用，不屬於任何國家和金融機構，並且不受地域的限制，可以在世界上的任何地方兌換它，也因此被部分不法分子當做洗錢工具。2013年，美國政府承認比特幣的合法地位，使得比特幣價格大漲。而在中國，2013年11月19日，一個比特幣就相當於6,989元人民幣。
比特幣始於2008年神秘人物中本聰（Satoshi Nakamoto）的論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統（中文版）》。在誕生後的六年裡，比特幣作為一種前所未有的新型貨幣，經歷了無數的市場考驗和技術攻擊，始終屹立不倒。現在比特幣已成長為一個在全球有著數百萬用戶，數萬商家接受付款，市值最高達百億美元的貨幣系統。
2014年1月7日，淘寶發布公告，宣布1月14日起禁售比特幣、萊特幣等互聯網虛擬幣等商品。西維吉尼亞州民主黨參議員喬·曼欽（Joe Manchin）2014年2月26日向美國聯邦政府多個監管部門發出公開信，希望有關機構能夠就比特幣鼓勵非法活動和擾亂金融秩序的現狀予以重視，並要求能盡快採取行動，以全面封殺該電子貨幣。2017年1月11日），中國人民銀行上海總部、上海市金融辦等對比特幣中國開展現場檢查，重點檢查該企業是否未經許可或無牌照開展信貸、支付、匯兌等相關業務；反洗錢制度落實情況；資金安全隱患等。2017年1月12日，央行營業管理部也在北京進駐「火幣網」、「幣行」等交易平台。
2017年5月12日，全球突發比特幣病毒瘋狂襲擊公共和商業系統事件！全球有接近74個國家受到嚴重攻擊！
2017年8月1日起全球比特幣交易平台將暫停充值、提現服務。比特幣中國數字資產交易平台9月14日起停止新用戶注冊，9月30日數字資產交易平台將停止所有交易業務。

『伍』 比特幣有什麼技術

比特幣的主要技術包括區塊鏈技術、密碼學技術、去中心化技術等。

一、區塊鏈技術

比特幣的底層技術是一種分布式資料庫，被稱為區塊鏈。它通過區塊鏈技術實現了去中心化、公開透明和不可篡改的特性。區塊鏈上的每一筆交易都被記錄並存儲在一個塊中，每個塊都與前一個塊相連，形成一個鏈條。這種設計使得比特幣的交易記錄無法被篡改，保證了系統的安全性和可信度。

二、密碼學技術

比特幣基於密碼學原理進行挖礦和交易驗證。利用加密演算法和密鑰對交易進行加密和解密，確保交易的安全性和匿名性。比特幣採用的最常見的加密演算法包括哈希演算法和橢圓曲線加密等。這些技術保障了比特幣的挖礦過程公平競爭，同時也確保了交易雙方的隱私和安全。

三、去中心化技術

比特幣的去中心化特性是通過分散的節點網路實現的。這個網路不依賴於任何中央機構或組織，節點之間可以進行信息交流和驗證。比特幣的交易過程直接在節點之間進行，無需經過第三方機構處理，這大大提高了交易的效率和安全性。去中心化技術使得比特幣具有極高的抗攻擊性，保證了系統的穩定運行。

綜上所述，比特幣的技術特點包括區塊鏈技術、密碼學技術和去中心化技術等。這些技術的結合使得比特幣具有安全、可靠、匿名和高效等特性，成為全球范圍內廣泛應用的數字貨幣。