比特币技术原理图

『壹』 比特币机制研究

现今世界的电子支付系统已经十分发达，我们平时的各种消费基本上在支付宝和微信上都可以轻松解决。但是无论是支付宝、微信，其实本质上都依赖于一个中心化的金融系统，即使在大多数情况这个系统运行得很好，但是由于信任模型的存在，还是会存在着仲裁纠纷，有仲裁纠纷就意味着不存在 不可撤销的交易 ，这样对于 不可撤销的服务 来说，一定比例的欺诈是不可避免的。在比特币出来之前，不存在一个 不引入中心化的可信任方 就能解决在通信通道上支付的方案。
比特币的强大之处就在于：它是一个基于密码学原理而不是依赖于中心化机构的电子支付系统，它能够允许任何有交易意愿的双方能直接交易而不需要一个可信任的第三方。交易在数学计算上的不可撤销将保护 提供不可撤销服务 的商家不被欺诈，而用来保护买家的 程序化合约机制 也比较容易实现。

假设网络中有A, B ,C三个人。
A付给B 1比特币 ，B付给C 2比特币 ，C付给A 3比特币 。
如下图所示：

为了刺激比特币系统中的用户进行记账，记账是有奖励的。奖励来源主要有两方面：

比特币中每一笔交易都会有手续费，手续费会给记账者

记账会有打包区块的奖励，中本聪在08年设计的方案是： 每10分钟打一个包，每打一个包奖励50个比特币，每4年单次打包的奖励数减半，即4年后每打一个包奖励25个比特币，再过四年后就奖励12.5个比特币... 这样我们其实可以算出比特币的总量：

要说明打包的记录以谁为准的问题，我们需要引入一个知名的 拜占庭将军问题 （Byzantine failures）。拜占庭将军问题是由莱斯利·兰伯特提出的点对点通信中的基本问题。含义是在存在消息丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的方式达到一致性是不可能的。

假设有9个互相远离的将军包围了拜占庭帝国，除非有5个及以上的将军一起攻打，拜占庭帝国才能被打下来。而这9个将军之间是互不信任的，他们并不知道这其中是否有叛徒，那么如何通过远距离协商来让他们赢取战斗呢？

口头协议有3个默认规则：
1.每个信息都能够被准确接收
2.接收者知道是谁发送给他的
3.谁没有发送消息大家都知道
4.接受者不知道转发信息的转发者是谁
将军们遵循口头规则的话，那就是下面的场景：将军1对其他8个将军发送了信息，然后将军2~9将消息进行转达（广播），每个将军都是消息的接受者和转发者，这样一轮下来，总共就会有9×8=72次发送。这样将军就可以根据自己手中的信息，选择多数人的投票结果行动即可，这个时候即便有间谍，因为少数服从多数的原则，只要大部分将军同意攻打拜占庭，自己就去行动。
这个方案有很多缺点：
1.首先是发送量大，9个将军之间要发送72次，随着节点数的增加，工作量呈现几何增长。
2.再者是无法找出谁是叛徒，因为是口头协议，接受者不知道转发信息的转发者是谁，每个将军手里的数据仅仅只是一个数量的对比：

这里我们假设有3个叛徒，在一种最极端的情况下即叛徒转发信息时总是篡改为“不进攻”，那么我们最坏的结果就如上图所示。将军1根据手里的信息可以推出要进攻的结论，却无法获知将军里面谁是叛徒。
这样我们就有了方案二：书面协议。

书面协议即将军在接受到信息后可以进行签字，并且大家都能够识别出这个签字是否是本人，换种说法就是如果有人篡改签字大家可以知道。书面协议相对比口头协议就是增加了一个认证机制，所有的消息都有记录。一旦发现有人所给出的信息不一致，就是追查间谍。
有了书面协议，那么将军1手里的信息就是这样的：

可以很明显得看出，在最坏的一种情况——叛徒总是转发“不进攻”的消息之下，将军7、8、9是团队里的叛徒。
这个方案解决了口头协议里历史信息不可追溯的问题，但是在发送量方面并没有做到任何改进。

在我们的示例中，比特币系统里的每个用户发起了一笔交易，都会通过自己的私钥进行签名，用数学公式表示就是：

所以之前的区块就变成了这样：

这样每一笔交易都由交易发起者通过私钥进行数字签名，由于私钥是不公开的，所以交易信息也就无法被伪造了。

如书面协议末尾所说的那样，书面协议未能解决信息交流过多的问题。当比特币系统中存在上千万节点的时候，如果要互相广播验证，请求响应的次数那将是一个非常庞大的数字，显然势必会造成网络拥堵、节点处理变慢。为了解决这个问题，中本聪干脆让整个10分钟出一个区块，这个区块由谁来打包发出呢？这里就采用了工作量证明机制(PoW)。工作量证明，说白了就是解一个数学题，谁先解出来数学题，谁就能有打包区块的权力。换在拜占庭将军的例子中就是，谁先做出数学题，谁就成为将军们里面的总司令，其他将军听从他发号的命令。

首先，矿工会将区块头所占用的128字节的字符串进行两次sha256求值，即：

这样求得一个值Hash，将其与目标值相比对，如果符合条件，则视为工作量证明成功。
工作量证明成功的条件写在了区块链头部的 难度数 字段，它要求了最后进行两次sha256运算的Hash值必须小于定下的目标值；如果不是的话，那就改变区块头的 随机数 （nonce），通过一次次地重复计算检验，直到符合条件为止。

此外， 比特币有自己的一套难度控制系统，使得比特币系统要在全网不同的算力条件下，都保持10分钟生成一个区块的速率。这也就意味着：难度值必须根据全网算力的变化进行调整。难度调整的策略是由最新2016个区块的花费时长与期望时长（期望时长为20160分钟即两周，是按每10分钟一个区块的产生速率计算出的总时长）比较得出的，根据实际时长与期望时长的比值，进行相应调整（或变难或变易）。也就是说，如果区块产生的速率比10分钟快则增加难度，比10分钟慢则降低难度。

PoW其实在比特币中是做了以下的三件事情。

这样可以防止一台高性能机器同时跑上万个节点，因为每完成一个工作都要有足够的算力。

有经济奖励就会加速整个系统的去中心化，也鼓励大家不要去作恶，要积极地按照协议本来的执行方式去执行。(所以说，无币区块链其实是不可行的，无币区块链一定导致中心化。)

也就是说，每个节点都不能以自身硬件条件去控制出快速度。现在的比特币上平均10分钟出一个块，性能再好的机器也无法打破这个规则，这就能够保证 区块链是可以收敛到共同的主链上的 ，也就是我们所说的共识。

综上，共识只是PoW三个作用中的一点，事实上PoW设计的作用有点至少有这么三种。

默克尔树的概念其实很简单，如图所示

这样，我们区块的结构就大致完整了，这里分成了区块头和区块体两部分。

区块链的每个节点，都保存着区块链从创世到现在的每一区块，即每一笔交易都被保存在节点上，现在已经有几百个GB了。
每当比特币系统中有一笔新的交易生成，就会将新交易广播到所有的节点。每个节点都把新交易收集起来，并生成对应的默克尔根，拼接完区块头后，就开始调整区块头里的随机数值，然后就开始算数学题

将算出的result和网络中的目标值进行比对，如果是结果是小于的话，就全网广播答案。其他矿工收到了这个信息后，就会立马放下手里的运算，开始下一个区块的计算。
举个例子，当前A节点在挖38936个区块，A挖矿节点一旦完成计算，立刻将这个区块发给它的所有相邻节点。这些节点在接收并验证这个新区块后，也会继续传播此区块。当这个新区块在网络中扩散时，每个节点都会将它作为第38936个区块(前一个区块为38935)加到自身节点的区块链副本中。当挖矿节点收到并验证了这个新区块后，它们会放弃之前对构建这个相同高度区块的计算，并立即开始计算区块链中下一个区块的工作。
整个流程就像下一张图所展示的这样：

简单来说，双花问题是一笔钱重复花了两次。具体来讲，双花问题可分为两种情况：
1.同一笔钱被多次使用；
2.一笔钱只被使用过一次，但是通过黑客攻击或造假等方式，将这笔钱复制了一份，再次使用。
在我们生活的数字系统中，由于数据的可复制性，使得系统可能存在同一笔数字资产因不当操作被重复使用的情况，为了解决双花问题，日常生活中是依赖于第三方的信任机构的。这类机构对数据进行中心化管理，并通过实时修改账户余额的方法来防止双重支付的出现。而作为去中心化的点对点价值传输系统，比特币通过UTXO、时间戳等技术的整合来解决双花问题。

UTXO的英文全称是 unspent transaction outputs ，意为 未使用的交易输出 。UTXO是一种有别于传统记账方式的新的记账模型。
银行里传统的记账方式是基于账户的，主要是记录某个用户的账户余额。而UTXO的交易方式，是基于交易本身的，甚至没有账户的概念。在UTXO的记账机制里，除了货币发行外，所有的资金来源都必须来自于前面某一个或几个交易。任何一笔的交易总量必须等于交易输出总量。UTXO的记账机制使得比特币网络中的每一笔转账，都能够追溯到它前面一笔交易。
比特币的挖矿节点获得新区块的挖矿奖励，比如 12.5 个比特币，这时，它的钱包地址得到的就是一个 UTXO，即这个新区块的币基交易（也称创币交易）的输出。币基交易是一个特殊的交易，它没有输入，只有输出。
当甲要把一笔比特币转给乙时，这个过程是把甲的钱包地址中之前的一个 UTXO，用私钥进行签名，发送到乙的地址。这个过程是一个新的交易，而乙得到的是一个新的 UTXO。
这就是为什么有人说在这个世界上根本没有比特币，只有 UTXO，你的地址中的比特币是指没花掉的交易输出。
以Alice向Bob进行转账的过程举例的话：

UTXO 与我们熟悉的账户概念的差别很大。我们日常接触最多的是账户，比如，我在银行开设一个账户，账户里的余额就是我的钱。
但在比特币网络中没有账户的概念，你可以有多个钱包地址，每个钱包地址中都有着多个 UTXO，你的钱是所有这些地址中的 UTXO 加起来的总和。
中本聪发明比特币的目标是创建一个点对点的电子现金，UTXO 的设计正可以看成是借鉴了现金的思路：我们可能在这个口袋里装点现金，在那个柜子角落里放点现金，在这种情况下不存在一个账户，你放在各处的现金加起来就是你所有的钱。
采用 UTXO 设计还有一个技术上的理由，这种特别的数据结构可以让双重花费更容易验证。对比一下：

『贰』 风靡全球的“比特币”到底是如何制造出来的

比特币属于虚拟数字货币。这是由开放源码(计算方法公开)P2P软件通过大量计算，利用整个网络的分布式数据库进行交易确认而产生的。拥有交易快捷，不可伪造等特点，具有明显的“去中心化”特征。

一台涉及比特币发行的电脑被称为“挖矿节点”，而另一台电脑则被称为挖矿。其中，其最核心的“区块链”技术被采用。每一个参与挖矿的矿工节点都会收集在网络上发生但没有被证实的交易，并将其纳入新的块锁。这块将和前面所有的块连在一起，形成一条链子。每一个节点都会添加一个新的随机调整数，然后计算上一个区块链SHA-256的散列。若低于设定的具体目标，则视为成功。若达不到目标，则节点将改变随机调整的数量，并反复尝试。

至于购买比特币，你只需知道，每个人都会使用计算资源来计算，而不需要依赖央行等货币发行机构。

你们怎么看呢？

『叁』 比特币的原理

比特币系统是一个基于P2P网络的、开源的、去中心化的货币交易系统。比特币的核心算法和协议都是公开的，具体在其官网及GitHub上可以查看到源码信息系统的每一个节点都可以参与交易、确认其他的交易合法性并将其加入到分布式账本中。基于密码学的基本原理，比特币的交易安全性和用户身份的匿名性可以得到保证。历史上第一个产生的比特币叫做“创始币”于2009年1月3日诞生。
拓展资料:
1、根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的P2P网络。比特币是一种P2P形式的数字货币。比特币的交易记录公开透明。点对点的传输意味着一个去中心化的支付系统。
2、与大多数货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，它依据特定算法，通过大量的计算产生，比特币经济使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。
3、和法定货币相比，比特币没有一个集中的发行方，而是由网络节点的计算生成，谁都有可能参与制造比特币，而且可以全世界流通，可以在任意一台接入互联网的电脑上买卖，不管身处何方，任何人都可以挖掘、购买、出售或收取比特币，并且在交易过程中外人无法辨认用户身份信息。2009年1月5日，不受央行和任何金融机构控制的比特币诞生。比特币是一种数字货币，由计算机生成的一串串复杂代码组成，新比特币通过预设的程序制造。
4、每当比特币进入主流媒体的视野时，主流媒体总会请一些主流经济学家分析一下比特币。早先，这些分析总是集中在比特币是不是骗局。而现如今的分析总是集中在比特币能否成为未来的主流货币。而这其中争论的焦点又往往集中在比特币的通缩特性上。
5、用户可以买到比特币，同时还可以使用计算机依照算法进行大量的运算来“开采”比特币。在用户“开采”比特币时，需要用电脑搜寻64位的数字就行，然后通过反复解谜密与其他淘金者相互竞争，为比特币网络提供所需的数字，如果用户的电脑成功地创造出一组数字，那么就将会获得25个比特币

『肆』 比特币什么东西

比特币（Bitcoin：比特金）最早是一种网络虚拟货币，可以购买现实生活当中的物品。它的特点是分散化、匿名、只能在数字世界使用，不属于任何国家和金融机构，并且不受地域的限制，可以在世界上的任何地方兑换它，也因此被部分不法分子当做洗钱工具。2013年，美国政府承认比特币的合法地位，使得比特币价格大涨。而在中国，2013年11月19日，一个比特币就相当于6,989元人民币。
比特币始于2008年神秘人物中本聪（Satoshi Nakamoto）的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统（中文版）》。在诞生后的六年里，比特币作为一种前所未有的新型货币，经历了无数的市场考验和技术攻击，始终屹立不倒。现在比特币已成长为一个在全球有着数百万用户，数万商家接受付款，市值最高达百亿美元的货币系统。
2014年1月7日，淘宝发布公告，宣布1月14日起禁售比特币、莱特币等互联网虚拟币等商品。西维吉尼亚州民主党参议员乔·曼钦（Joe Manchin）2014年2月26日向美国联邦政府多个监管部门发出公开信，希望有关机构能够就比特币鼓励非法活动和扰乱金融秩序的现状予以重视，并要求能尽快采取行动，以全面封杀该电子货币。2017年1月11日），中国人民银行上海总部、上海市金融办等对比特币中国开展现场检查，重点检查该企业是否未经许可或无牌照开展信贷、支付、汇兑等相关业务；反洗钱制度落实情况；资金安全隐患等。2017年1月12日，央行营业管理部也在北京进驻“火币网”、“币行”等交易平台。
2017年5月12日，全球突发比特币病毒疯狂袭击公共和商业系统事件！全球有接近74个国家受到严重攻击！
2017年8月1日起全球比特币交易平台将暂停充值、提现服务。比特币中国数字资产交易平台9月14日起停止新用户注册，9月30日数字资产交易平台将停止所有交易业务。

『伍』 比特币有什么技术

比特币的主要技术包括区块链技术、密码学技术、去中心化技术等。

一、区块链技术

比特币的底层技术是一种分布式数据库，被称为区块链。它通过区块链技术实现了去中心化、公开透明和不可篡改的特性。区块链上的每一笔交易都被记录并存储在一个块中，每个块都与前一个块相连，形成一个链条。这种设计使得比特币的交易记录无法被篡改，保证了系统的安全性和可信度。

二、密码学技术

比特币基于密码学原理进行挖矿和交易验证。利用加密算法和密钥对交易进行加密和解密，确保交易的安全性和匿名性。比特币采用的最常见的加密算法包括哈希算法和椭圆曲线加密等。这些技术保障了比特币的挖矿过程公平竞争，同时也确保了交易双方的隐私和安全。

三、去中心化技术

比特币的去中心化特性是通过分散的节点网络实现的。这个网络不依赖于任何中央机构或组织，节点之间可以进行信息交流和验证。比特币的交易过程直接在节点之间进行，无需经过第三方机构处理，这大大提高了交易的效率和安全性。去中心化技术使得比特币具有极高的抗攻击性，保证了系统的稳定运行。

综上所述，比特币的技术特点包括区块链技术、密码学技术和去中心化技术等。这些技术的结合使得比特币具有安全、可靠、匿名和高效等特性，成为全球范围内广泛应用的数字货币。