考虑到目前手机上的余额和手头的现金，其实本质上都是银行给我们开的借条，是政府监管下的流通货币。当我们在进行交易时，银行是一个值得信赖的第三方，银行发行的货币在交易过程中起着重要的作用。但基于金融机构的可信第三方很容易受到调解纠纷的影响。这些成本和支付的不确定性可以通过使用实物货币来避免，但没有一种机制可以在没有可信方的情况下通过通信渠道进行支付。
2008年，中本聪提出了这篇论文，被认为是区块链的白皮书。解释了这个分布式账本系统是如何运作的。
这是一个完全不需要第三方的交易系统。通过计算保证交易的不可逆性，保证卖方资产的安全。它使用点对点的分布式时间戳服务器来生成交易时间序列的计算证明。只要诚实的节点共同控制比任何一组合作的攻击节点更多的 CPU 能力，系统就是安全的（稍后我们将解释为什么它是安全的）。
相应的密码学基础知识
哈希函数（英语：Hash），也称为散列算法、散列函数，是一种从任何种类的数据创建小型数字“指纹”的方法。哈希函数将消息或数据压缩成摘要，使数据量更小，并固定数据的格式。
目前业界应用最广泛的加密方式是【在线加密演示】，可以将任何数据（文本、图片、视频）转换为256位长度的01字符串（转换为16位表示）。使用这个标准，用户可以很容易地生成所需加密数据的哈希值（称为摘要），但其他人很难通过摘要恢复原始数据。
非对称加密
简单来说，公钥和私钥不相同，可以称为非对称加密。比较经典的算法是RSA算法。
用户可以同时生成公钥和私钥。私钥由自己保管，然后交给接收者的公钥。用户用私钥加密数据，接收者只能用公钥解密数据。
2.
在文章中，中本聪将电子硬币定义为数字签名链
我们将一枚硬币视为一条链。
每个人注册账户后，可以通过随机数生成一对公钥和私钥，并根据公钥生成自己的钱包地址。
当A向B发起交易时，A需要公开自己的公钥和钱包地址，B只需要提供自己的钱包地址（仅用于交易内容），因为B需要知道A的公钥才能拥有该交易的所有权A的数字链。来验证。以下为全局验证
假设前一笔交易的哈希值已经存在。此时，A拥有该链（注意是交易链，不是区块链）。 A向B发起一笔交易，A之前的交易的哈希值为sign0，此时需要sign0。与B的公钥一起进行哈希运算，得到A的签名sign A，即对A的私钥进行签名得到的。如果要验证A的签名，就必须使用A的公钥。
当A在交易中签名时，电子货币的所有权就从A转移到所有者B。
此时A对应图片中的Owner 1，B对应图片中的Owner 2。发生的交易是从中间的区块转移到右边的区块（不是区块，只是图中的形状），该区块对应的电子币的所有者从A转移到B
由于没有第三方监管，所有交易都必须公开公布，分布式账本的所有参与者都需要就交易的历史顺序达成一致。但仅靠这种方法并不能解决双重支付的问题。
双重支出：假设 A 只拥有 10 个比特币 (BTC)。他向B发起了一笔10BTC的交易后，又向C发起了一笔10BTC的交易。
接收者将很难验证前任所有者是否双花了该代币。传统银行的解决方案是引入一个值得信赖的权威机构：一个类似于造币厂的机构。每次交易结束后，交易的电子货币都需要回收。稍后会有针对此内容的相应解决方案。
为了解决双重支付的问题，本文添加了时间戳服务器的使用。对数据进行哈希处理时，需要添加当前时间。此后，每个哈希都包含前一个交易的时间戳，以及本次交易的时间戳。这个稍后会讨论
工作量证明
在中本聪最初定义的区块链中，每个区块的大小约为 1MB。每个区块最多只能包含2000多笔交易。每十分钟只能生成一个区块，这意味着每十分钟只能处理 2000 多笔交易。
当需要形成一个区块时，不同的矿工会竞争完成一道“数学题”。谁完成了这道数学题，也就完成了这次所需的“工作量”。
需要实现的是构造一个字符串
= 前一个区块头 + 本区块交易信息 + 时间戳（时间戳服务器生成） + 随机数 = 前一个区块头 + 本区块交易信息 + 时间戳（时间戳服务器生成） + 随机数字符串 =前一个区块头+本区块交易信息+时间戳（时间戳服务器生成）+随机数。计算字符串两次哈希 Hash=(() )
要求：生成的256位哈希值的前N位必须为0。
矿工根据自己的时间戳不断尝试随机数，最终达到它需要满足的要求。当找到随机数时，它会广播它已完成工作。此时，矿工将构建区块并获得构建区块所提供的奖励。 （也可能存在两个矿工同时达成目标并争夺区块的情况，稍后会讨论）
矿工除了获得出块奖励外，还会从交易中抽取佣金。交易方需明确本次交易的手续费。如果没有手续费，没有矿工会阻止这笔交易。
比特币是一种没有通货膨胀的货币，其发行量是有限的。矿工生产区块的奖励将每四年减半。到2140年，当发行量达到2100万时，将不再有区块奖励。
难度设置
对于生成的256位哈希值，前N位的N设置决定了构建块的难度
N越大，满足条件的随机生成概率越小，并且随着N的增大呈指数下降。
我们来做一个简单的计算。以1万台矿机为例，每台计算机的运算次数为10T/s = 1.4*1013次/s1.4*{10}^{13}次/s1.4*1013次/s，此时需要满足10分钟建块的要求。
1.4*10次/s13*104（机器数）*600s（10分钟）=2N1.4*{10}次/s^{13} * 10^4（机器数）*600s（10分钟）= 2^{N}1.4*10次/s13*104（机器数量）*600s（10分钟）=2N
此时计算出的N的大小约为66。需要的前66位为0，并且可以在10分钟内构造出块。
（系统运行机制）
因此，这个分布式账本的运作方法已经准备好揭晓了。
新交易被广播到所有节点（矿工）。每个节点根据费用等因素选择是否将交易收集到区块中。每个节点还致力于为其区块寻找困难的工作证明。当一个节点找到工作时，他会将区块信息广播给所有节点，其他节点会验证该区块的交易是否有效。如果验证有效，则该区块将被接受，节点将放弃为自己的区块寻找工作量证明，将接受的区块的哈希值作为之前的哈希值。创建链中的下一个块以表示对该块的接受。 （继续寻找新的区块）
节点始终遵循最长链原则。这时候，上一节中两个矿工的情况就可以解决了。
矿工A和矿工B同时完成新区块的构建，同时广播该区块的信息。黑人先收到矿工A的广播信息，构建自己的区块A。红人先收到矿工B的广播信息。 ，构建自己的区块B，两个小组基于自己的新区块构建下一个区块。当一个组的新区块构建成功后，它将广播自己的新区块，而另一组将收到新的最长链。消息传出后，放弃之前的发散链，选择在最长链之后构建新的区块。
通常两组的算力决定了下一个区块的所有权。
同样，如果某个区块的消息丢失，也会采用类似的操作方法。当接收到下一个区块并意识到它不是最长链时，它会放弃构建自己的区块并选择最长的链作为最长链。拥有主链并继续你的工作
当差异解决后，假设矿工A构建的新区块被淘汰，矿工A的手续费和交易构建费将被收回（这笔交易也应该发生在他的下一个区块的构建中，该区块本质上仍在区块链上） ）A）支持的一笔交易，如果A坚持选择在自己的区块上构建，随着落后区块数量的增加，追上的概率会越来越小。最后一节计算了N个节点落后时追上的概率。
该系统的激励机制如上一节所述
一笔交易可以由两个完全不熟悉系统的人发起，另一个人负责交易。如果其他人（矿工）帮助你保存交易记录，他们也会获得这种行为的奖励。
假设A向B发起一笔10BTC()的交易，他在发起交易时会标记手续费的大小。手续费也是矿工保存记录的佣金。
这种激励机制将非常有效地鼓励节点保持诚实，因为分布式账本中发生欺骗，通常意味着攻击者拥有系统中超过 50% 的算力。在这种激励条件下，选择遵守制度。标准更有利于获得财富
磁盘空间
一旦硬币中的最新交易被埋在足够多的区块下，之前花费的交易就可以被丢弃以节省磁盘空间。为了在不破坏区块哈希的情况下实现这一点，交易在 树中进行哈希处理，只有根包含在区块的哈希中。然后可以通过切断树的树枝来压缩旧块。内部哈希不需要存储
以Tree为例，验证交易3是否真实发生，只需要图中Hash2的值即可。您不需要知道其他哈希值。 Nonce 代表一个随机数。
关于Tree，可以阅读这篇文章：MIT 6.824 18 Fork & CT & Tree的应用
这些交易都在一个Block中，并且可能是由多个不同发起者生成的交易。
无需运行完整的网络节点来验证付款。用户只需要保留最长工作量证明链的区块头副本，他可以通过查询网络节点来获取该副本，直到他确信自己拥有最长的链并获得将交易链接到区块的分支他无法检查自己。交易，但通过将其链接到链中的某个位置，他可以看到网络节点已接受该交易，并在进一步确认网络已接受该交易后添加一个区块。
和价值
虽然可以单独处理硬币，但对转账中的每一分钱进行单独的交易会很麻烦。为了允许价值的划分和组合，交易包含多个输入和输出。通常，要么是来自较大的先前交易的单个输入，要么是组合较小金额的多个输入，并且最多有两个输出：一个用于付款，一个用于将找零（如果有）退还给发送者。
应该注意的是，扇出（一个事务依赖于多个事务，而多个事务又依赖于更多事务）在这里不是问题。永远不需要提取交易历史记录的完整独立副本。
扩张
结合前两节，本节讨论身份验证、余额检查和双重支付。
验证
A发起一笔交易，通过Hash生成交易的摘要，然后使用私钥对摘要进行加密生成“密码”。 A将他的交易广播到全网（也可能不是他广播的），附上自己的公钥和私钥生成的密码，其他人（矿工）根据交易哈希生成 1，然后使用公钥解密密码生成摘要2。如果比较摘要1和摘要2，账单一致，则证明A的密码是正确的，这意味着“A”拥有唯一的私钥。确定A正在广播余额检查。
分布式账本追溯确定用户的余额。当存在现有区块时，A已经有两笔交易，即获得的50 BTC和支付的20 BTC。
此时，当A向B发起10BTC交易时，矿工会检查之前的区块。如果通过，他们会将其构建到自己的区块中。这就通过了。
此时，当A向B发起60BTC交易时，矿工也会检查之前的区块，不会通过。
双重付款
本节就讲一下双重支付的问题。假设A有10个BTC，然后同时发起两笔交易。
将 10 BTC 转给 B。将 10 BTC 转给 C。
此时，有两组矿工陆续接受了这两笔交易。假设上层组首先接受了A到B发起的交易，下层组首先接受了A到C发起的交易。矿工会先确认他们接受的交易。该交易满足余额要求，后续接受的交易不符合要求则被丢弃。
此时，两个小组会将两笔交易打包到各自的区块中，然后力争完成工作量证明。假设上面红框中的小人完成了工作量证明。 A向B发起的10BTC交易完成。他将广播他建造的新区块。这时，后面的组就会放弃他建立的A向C发起的交易记录。
这个分布式系统通过以下方式使公钥保持匿名
公众只能看到交易的发起，而看不到交易者的信息。同时，为了防止个人地址被攻击。
每笔交易都应该使用新的密钥对，以防止它们链接到共同的所有者。对于多输入交易来说，某些环节仍然是不可避免的，这必然表明它们的输入属于同一所有者。风险在于，如果密钥的所有者受到损害，该链接可能会泄露属于同一所有者的其他交易。
本节计算落后 z 个区块后追上最长链的概率。
p = 诚实节点发现新区块的概率 q = 攻击者发现新区块的概率 qz：攻击者追上落后 z 个区块的概率 p = 诚实节点发现新区块的概率 \\ q = 攻击者发现新区块 区块概率\\q_z：攻击者追上后面z个区块的概率 p=诚实节点发现新区块的概率 q=攻击者发现新区块的概率 qz ：攻击者在 z 块后面追上追上的概率
如果有兴趣的话可以看一下这个公式的计算过程。
p和q对应的是算力比。通常，攻击者的算力会远小于诚实节点的算力。
论文给出了攻击节点在 0.1 和 0.3 概率线落后 z 个节点后追上的概率。
我们还计算了不同攻击者算力配比下需要多个区块且追上概率小于0.001的情况。
通常，对于大额比特币交易，只有在构建了6个长块后才会确认交易完成。防止陷入恶意。
总结
由于比特币对交易双方隐私的保护以及比特币价值的不断增长，越来越多的犯罪分子正在通过这种分布式账本完成非法交易。同时，由于激励机制与实际财富挂钩，催生了大量矿工。为了分一杯羹，甚至一些计算机制造和显卡制造商最终也参与了对比特币的收购。不得不承认，有人通过比特币扩大了财富，但也有很多追随者做了韭菜。
投资并不意味着投机。抛开孕育它的灰色产业不谈，比特币的影响是划时代的。真正将分布式系统知识融入到金融领域，对传统货币体系产生影响。社会很大一部分价值的本质最终来自于知识。
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