1小时看懂比特币系统——分布式记账系统 | 区块链速读（四）

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目的和块结构

首先，让我们谈谈这个目的。 目的是维护一个共同的账本，保证账本的唯一性。 这张图是真实的账本记录，也就是说我们刚才给大家看的之前的记录其实是一个简化版，然后我们在了解了简化版之后再往前走一步，然后我们就可以看到它是如何真实的了账本是记录在区块链数据库中的，首先有一个概念叫区块。

这个区块就是区块链的区块。

那么它就会包含我们刚才说的一对一的交易，除此之外，交易也不是简单的这样放进去，它有一种组织形式，叫做Merkle Tree。 但是对于入门课程来说，这是一个比较细化的问题，就不提了。

那么除此之外，它还有一个时间戳，也就是说这个区块是什么时候产生的？ 比如是2021年12月10日，再过几分几秒，就是一个时间戳，除此之外还会包括上一个区块的hash。

没错，它和交易链一样，也就是说当前区块会包含前一个区块的哈希，就像当前交易会包含前一个关联交易的哈希一样，是的，除此之外，还有一个叫做 nounce difficulty value 的概念。 这个公告的具体含义是什么？ 我们将在下一节向他解释这个概念。 那么整个区块打包之后，会产生一个hash，这个hash也会包含在下一个block中，然后子block一个一个的连接起来，就是这样一个账本的这样一个结构。

那么所有的节点都有这样一个目的，就是维护一套完整的这样的区块链。

那么当然在它的进程中，也可能有我当前的区块太希币和比特币一样吗，比如高度为1000的区块，对吧？ 那么我的1000身高和你的1000身高是不一样的，这个时候会有一个机制说，虽然我们现在可能有分歧，但是最后我们一定会合而为一，也就是说，我们还是会到底。 会有这样一个大多数人都认同的独一无二的账本。

励磁

说完目的，就该说说动机了。 激励，也就是说这些矿工为什么要参与账本的维护，或者这个节点为什么要参与账本的维护？ 他们维护分类账有什么好处？ 在比特币系统中，我们维护账本叫做fast，也就是说，一个节点需要做这样的事情，然后把它收到的交易打包成这样一个块，然后把这个块 去累加到这个块链上比如这个节点之前，它现在有一条链，链上的最后一个区块就是这个区块，对吧？

然后它会创建一个新的区块，然后将新的区块添加到这个区块中产生一个区块，然后它需要为这个区块获得相应的奖励，这是比特币系统以一种非常简单的方式给予的。 产生区块的节点，其对应的奖励是它产生的区块中的第一笔交易。 它不像其他交易那样由自己编写。 比如小明给了小王五块钱，对吧？ 他写的是，如屏幕上的图片所示，是给打包区块的小明，N个比特币作为奖励。

所以如果他是一个节点，他的区块打包成功，然后发送给其他节点，然后其他节点也认可。 这个区块被正式添加到这个区块链中。 相当于他收到了这样一个系统发给他的N个比特币。 需要注意的是，这个N并不是说这个节点自己填写的，而是有一套规则的。 这条规则意味着它会每 4 年减少一次。 比如今年是8个比特币吧？

然后4年后减半，然后是4个比特币，然后4年后又减半，然后变成2个比特币，所以它的奖励是递减的。

这就是 coinbase 交易，它可以扮演两个角色。 一个是建立一个激励体系，然后打包的矿工就意味着他付出了劳动和算力，然后打包这个区块，所以他得到相应的回报。

另外就是刚才说的世界银行有两个作用，一个是转账，是吧？ 我们之前一直在谈论转会。

现在说第二个，第二个功能就是发币，然后他就是这样把比特币流通到比特币系统里面，因为是递减的形式，所以叫比特币。 总量是确定的，这就是为什么比特币说总量是确定的，货币是通缩货币。 需要注意的是，程序中写了区块奖励的值，也就是说，比如这个时候，我每个区块奖励2个比特币，然后我把我的区块改成4个比特币太希币和比特币一样吗，我仍然可以发送给其他人。 但是其他人会检查说我的区块写的数字是错误的，我是非法的。 所以说每个区块有多少奖励是写在程序里的共识。 刚才我们先讲了这个目的，也就是说，分布式系统是干什么的？

要做的事情非常简单——就是维护一个公共分类账。

那么他的激励就是说，作为一个免费加入的节点，如果我完成了你的目标，我会得到什么样的收益呢？ 它的好处很简单，就是我会得到相应的token奖励。

公平的

然后第三点就是讲公平性，如何保证这些自由加入的节点的公平性，然后解法说白了很简单，算术题的特点就是简单和公平，什么是公平？ 公平就是说呃,它是和客观的东西挂钩的。 比特币客观的东西是算力和算力。 我们如何衡量计算能力？ 这个很简单粗暴，就是我们在单位时间内计算一个很简单的问题。 我们计算的次数越多，我们的计算能力就越强。

对于比特币来说，简单的问题就是判断一个随机数加上区块链中的其他数据，然后做一个hash，然后是是否等于0x，后面跟m个0，然后把剩下的数相加，最后做hash的最后得到的块，然后是0x开头，然后是几个0，剩下的就是一些其他的数字，然后我们用专业术语来说就是碰撞。 也就是说，不断地计算巨额利润。

那么简单的题就没办法作弊，投机取巧也没办法。 只能用穷举法，所以保证这道题完全和算力挂钩。

然后比特币节点就去反复做这道题，最后计算出一个符合要求的随机数。 这个随机数可以把这个随机数和区块中的其他数据相加，然后进行希腊运算，最后等于这样一个固定在零开头的希腊值，那么就说这个节点打包了一个如果是合法的区块，他会把这个区块发给其他节点，其他节点会验证别人没有破解过这个区块，这个区块是合法的，这些节点会把它叠加在已有的区块上，自然是实际打包广播的过程会比较复杂，我们在此处的描述中进行了简化。

好了，现在我们来看流程图，就是通过这张流程图来回顾一下整个过程。 首先，节点已经收到了区块的其他数据，对吧？ 包括交易上一个区块的区块头，还有时间戳等，然后会随机生成一个数字。 直接使用数字后，他会计算这样一个值，看是否符合要求，然后他会返回true或false。

如果不满足要求，那么他会回到上一步重新生成数，然后继续暴力简单的计算，直到满足要求，然后他会打包合法的块。 什么是合法块呢？ 就是说血管里包含了这样的其他数据，再包含了Nass，最后得到的hash值就满足我们的要求了。

然后他们的节点会将合法的块发送给其他节点。 其他节点说验证合法，之前没有人给我发过同样高度的区块，所以我会发这个区块叠加在已有的区块上，然后等待6个区块的确认，也就是说您的区块确实已添加到区块链中。

共识

这就是区块链系统的公平性，接下来我们会提到下一个话题，就是共识。 什么是共识？ 也就是保证这个节点遵守规则，或者用一个时髦的词，就是反脆弱的。 即使有恶意节点加入，他也不会破坏系统的正常运行。

那么保证节点遵守规则主要靠两点。 第一点是激励。 如果节点想要获得收益，那么就需要根据需求计算nonce，将区块打包，然后对其进行激励的过程也是非常公平的。 ，完全和算力挂钩，没有走后门的可能。

二是极难作恶。 在比特币系统中，它有一个关键数字，6。一般我们会约定，如果一个区块后面有6个区块，比如我的区块高度是1700，对吧？ 那么它最新的区块的高度是1706，然后就是1706，倒数到6，如果确实是追溯到这个区块，那么这个区块就可以算是心境，也就是说，所有该区块中的交易被确认为有效。

所以如果我们现在有一个节点是恶意的，想要修改已经卖出的交易，那么他至少要重新创建 6 个区块。

经过数学计算，在算力不足的情况下，我们最多能赶上6块的概率很小。 只有当算力大于全网其他人的算力时，比如全网算力为100%，作案者的算力已经达到51%，那么才有可能修改确认交易。 所以节点遵守规则依赖于两个保证，一方面，节点遵守规则，他会得到奖励。 第二点，他很难作恶，这是大家的共识。

可扩展性

接下来，我们来谈谈最后一个特性是可扩展性。 如何保证记账系统的运行速度与节点数量无关？

其实这里有一个很反直觉的点，就是如果它的记账速度是恒定的，也就是说我们要在10分钟内产生一个固定的区块。 其实也不要让它太慢，比如一个区块的产生需要一个小时。 块，这很糟糕，对吧？ 而且不能太快，因为太快其实会造成过度分配的问题，啊，不过具体造成的问题这里就不细说了，记住这是比特币系统，它的目标是每 10 分钟产生一个块。 当然有时候这个东西是不能完全控制的，所以一个小时出块其实是可以的。

也就是说，它保证平均10分钟出一个块，那他怎么保证这件事情呢？ 这与我们刚才的问题有关。 这样一道题等于0差，然后00，然后这m个0加上剩下的数对不对？ M其实是可控的，即整个比特币系统会根据当前比特币系统的挖矿节点数量来调整m的大小。 米是多少？ 所以，相当于调整了这道题的难度。

那么就是说节点多了，我们的题目难度就会变大，然后竞争就会更加激烈，然后我们就会上报，所以10分钟出一个块对不对？ 那么如果节点少了，我们的题目难度就会降低，那么竞争就会变得不那么激烈，然后保证10分钟出一个块。 这就是：记账系统的运行速度与节点数无关。

总结

最后，我们做一个总结。 我们回到这张比特币的理解图，level1级别。 它的三个基本要素很容易理解，那就是比特币是什么？ 私钥公钥加地址，然后就是账本和链存储。 在这三者的基础上，我们可以构建一个中心化的技能体系，那么这样一个中心化的记账体系就很容易理解了。 然后我们把中心化的记账系统进一步升级，变成了一个分布式去中心化的记账系统。

那么记账系统有几个关键点，也就是上面说的关键点是目的激励、公平共识和可扩展性。 那么到了2级，他就很难理解了。 也许听完我的课，你会懵懵懂懂，没有特别的理解。 这其实不是问题。 Level2视频建议和比特币白皮书一起看，一起理解。 而且话说回来，根据语言学习的理论，在学习的过程中，不用说一定要完全理解第一组知识点，才能进入下一阶段的学习。

所以即使我们对他对level 2内容的理解有一些歧义，也没关系。

那么在二级层面上，其实我们只需要抓住一个核心点，也就是说，比特币系统的目的就是自由加入多个节点来维护一套公共账本。 我们可以继续学习后面的课程，直到对区块链系统有更深入的了解，然后再回头再看比特币系统。

最后，我们不得不说一下比特币和区块链的关系。 我们可以把学习区块链看成是盖房子，所以比特币系统就是一个非常简单的小房子。 这本书的目标是建造一座摩天大楼，我们建议从学习建造一座小房子开始。

此外，摩天大楼和小房子一样，都会遵循土木工程的相同原理。

同样，任何区块链系统也是由分布式计算和分布式存储组成的，只是我们可能会改变共识算法，实现智能合约等，但是这个抽象层面的模型是一样的。 那么我们会从比特币系统延伸两条路线，一条路线是公链路线，也就是有币的路线。

另一条线是联盟链线，是无币线。

从难度上来说，这条联盟链路线其实比公链路线要简单一些，所以在学习了比特币体系后，确实两条路线都可以用。 我的建议是先走联盟链路线。 如果以后对公链感兴趣，再转也不迟。