比特幣&數字貨幣（week2）筆記

接上周的內容，比特幣網路需要解決去中心化的問題，做為一個分散式P2P網路，首先需要解決的就是一致性問題。

假設理想情況：

比特幣的每次交易，發起者（也就是支付者）都會廣播這次交易的接受者、比特幣數量等交易信息給比特幣網路里的所有節點。而每個節點收到廣播的交易以後，會檢查交易的合法性：包括是否有貨幣擁有者的簽名、貨幣數量是否正確等，如果該節點認為這次交易合法，就會在這次交易上簽名表示同意，再轉而傳播給其他節點。

所以每個節點上可能會有兩種交易記錄，一種是所有節點都認可了的記錄；另一種是還沒有同步到每個節點的記錄，每個節點會不同。

但是事實上分散式網路中不可能解決一致性問題，而比特幣解決該問題的方式主要有兩點：

• 給節點獎勵

• 擁抱隨機性

比特幣解決一致性的流程是：

1. 新的交易會被交易發起者廣播到網路所有節點

2. 每一個節點都會把自己收到的交易收集在「block」里，並把多條交易記錄構建成一個「block chain」

3. 每隔一段時間，會有一個隨機的節點把自己收集到的block chain廣播到整個網路

4. 其他節點收到了廣播的block chain後會檢查這裡面每一個block是否是合法的（簽名，數量等）

5. 其他節點在認為block合法後會簽署自己的簽名表示認可

在這種情況下，我們再重新考慮double spending attack的問題，也就是貨幣所有者是否可以把貨幣合法地使用兩次。

• 假設Alice把比特幣支付給Bob，Alice發起了交易並且把這條交易廣播到了整個網路，Bob收到了這個交易記錄，並且認為交易成功，把貨物付給了Alice，這條交易對應block 1。

• 於是Alice又廣播了一條交易記錄，把本來支付給Bob的貨幣支付給了屬於Alice的另一個節點，並且廣播到了整個網路，這條交易對應 block 2。

於是整個網路的其他節點收到了屬於Alice比特幣的兩條交易記錄，而這兩條交易記錄在它們看來簽名和數量都是合法的，那麼被隨機選擇到的節點會廣播用哪一條交易的block構成的block chain呢。

在比特幣網路中，節點的規則是以較長的Block chain優先，也就是說block 1和block2 所在的block chain，哪一條更長（block1、block2哪一個後面附加了更多的block），哪一個就會被廣播給更多的節點。

考慮到這個特點，交易的接受方不會在收到本次交易對應的block廣播就認為交易成功，而是會等到這次交易對應的block後面附加了足夠多的其他的block，才會認為交易成功，通常這個block數為6次，也就是6次認證。

假如Bob在收到了block1+另外6個block 的 block chain後才認為交易成功，Alice很難再次發起一個double spending attack，因為Alice沒有辦法在block 2後面附加其他的block，因為網路里大部分其他節點都已經認可了block1+另外6個block chain的交易記錄，並且按照block chain 長度優先的原則，剩下的節點也會優先接受block1所在的block chain。

比特幣的安全性主要是以下兩點：

加密演算法來保證交易的合法性

一致性（block chain）來避免出現double spending attack

我們回到：給節點獎勵&擁抱隨機性

給節點獎勵

比特幣網路中遵守規則的節點越多，比特幣網路就越安全，因此比特幣引入了兩個獎勵機制來獎勵被選擇廣播block chain的節點：

• 通過增加一條產生屬於block創建者的 新比特幣記錄，這是產生新比特幣的唯一方式

• 每一筆交易都必須支付額外的小費，小費被支付給block 創建者

產生新比特幣的獎勵曾經是50，後來變成了25。而預計在一定時間後比特幣將達到上限，也就無法再通過產生新比特幣的方式獎勵節點。

擁抱隨機性

另一個問題是，被隨機選擇出廣播block chain的節點是如何隨機選擇出來的。

每一個節點要創建block時，必須在交易信息transinfo之外增加一段信息，假設稱為nounce，而transinfo+nounce的hash值必須滿足某個特定的條件，找到能使transinfo+nounce的hash值滿足特定條件的nounce，才可以創建出block。

由於hash的特點，要找到對應的nounce只能通過不斷地嘗試，這個過程就被稱為挖礦，許多節點都在競爭解出nounce來創建block，獲得發布block chain贏得獎勵的機會。

而解開這個hash謎題需要進行很多的運算，耗費極大的電力，因此不停運算hash謎題來試圖創建block的節點就被稱為礦機，每一個節點都可以成為礦機。

如果挖礦獲得的比特幣獎勵大於運算所產生的電力費用，那麼礦工們就是盈利的。

比特幣的整個網路會控制成功創建一個block所需的相對平均時間，來調節整個比特幣網路的運行。