一文看懂比特币交易的基本原理



区块链的基本原理理解起来并不难。基本概念包括:

交易:对账本状态的改变,如添加一条记录;

区块:记录一段时间内发生的交易和状态,是对当前账本状态的一次共识;

链:由一个个区块按照发生顺序串联而成,是状态变化的日志记录。





分布式数据账本



如果把区块链作为一个状态机,则每次交易就是试图改变一次状态,每次生成区块就是参与者对于其中包括的所有交易改变状态的结果确认。

在实现上,首先假设存在一个分布式的数据记录本(这方面的技术相对成熟),这个记录本只允许添加、不允许删除。其结构是一个线性的链表,由一个个“区块”串联组成,这也是其名字“区块链”的来源。新的数据要加入,必须放到一个新的区块中来加入。而这个块(以及块里的交易)是否合法,可以通过一些手段快速检验出来。维护节点都可以提议一个新的区块,然而必须经过一定的共识机制来对最终选择的区块达成一致。





交易如何被写入区块链?



具体以比特币为例来看如何使用了区块链技术?客户端发起一项交易后,会广播到网络中并等待确认。网络中的节点会将一些等待确认的交易记录打包在一起(此外还要包括此前区块的哈希值等信息),组成一个候选区块。然后,试图找到一个 nonce 串放到区块里,使得候选区块的 hash 结果满足一定条件(比如小于某个值)。一旦算出来这个区块在格式上就合法了,就可以进行全网广播。大家拿到提案区块,进行验证,发现确实符合约定条件了,就承认这个区块是一个合法的新区块,被添加到链上。当然,在实现上还会有很多的细节。





POW工作量证明



比特币的这种基于算力的共识机制被称为 Proof of Work(PoW)。目前,要让 hash 结果满足一定条件并无已知的启发式算法,只能进行暴力尝试。尝试的次数越多,算出来的概率越大。通过调节对 hash 结果的限制,比特币网络控制约 10 分钟平均算出来一个合法区块。算出来的节点将得到区块中所有交易的管理费和协议固定发放的奖励费(目前是 每四年减半)。也即俗称的挖矿。





很自然会有人问,能否进行恶意操作来破坏整个区块链系统或者获取非法利益。比如不承认别人的结果,拒绝别人的交易等。实际上,因为系统中存在大量的用户,而且用户默认都只承认他看到的最长的链。只要不超过一半(概率意义上越少肯定越难)的用户协商,最终最长的链将很大概率上是合法的链,而且随着时间增加,这个概率会越大。



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