比特币系统中的区块链是如何形成的？如何挖矿？

2008年金融危机期间，11月1日，互联网极客中本聪（化名）在网上发表了一篇全名为《比特币点对点电子交易系统》的文章《白皮书》，他书中提到了这样一个概念，去中心化的电子会计系统。这是一个什么样的会计制度？这个系统是干什么用的？比特币什么？什么是区块链？什么是挖矿，背后的原理是什么？

这篇文章的组织纯粹是出于兴趣。我想根据自己的想法整理出这片知识，分享给和我一样是区块链新手的朋友。如果您认为以下某些内容不正确，请在最后的评论部分告诉我。

01 什么是比特币？

电子货币又称数字货币，是一种基于密码学的货币。总数将永久限制在 2100 万左右。现在 1BTC == 9287.01USD

02 什么是区块链？

区块链，最初是块链，是一个不断增长的记录列表，称为块，使用密码学链接。每个块都包含前一个块的加密哈希、时间戳和交易数据。根据设计，区块链可以抵抗数据的修改。

维基百科

区块链是一些交易记录数据并且是增长的，并且使用密码学原理将区块链接在一起。每个区块（创世区块除外）主要包含：

前一个区块的加密哈希值

哈希值

时间戳

交易数据（奖励交易和转账交易两种）

这种设计主要是为了防伪和防篡改。

03 区块链的形成？

区块链由多个相连的区块组成。每个区块记录一段时间内网络中的比特币交易。区块可以看作是账簿中的一个账页。要构建的第一个块称为创世块，并具有唯一的 ID 号。除了创世块，每个后续块都包含两个 ID 号，一个是块本身的 ID 号，另一个是前一个块的 ID 号。通过ID号之间的前向和后向指向关系，将所有区块依次连接起来，形成区块链。

主链（黑色）由创世区块（绿色）到当前区块最长的一系列区块组成，孤块（紫色）存在于主链之外，紫色区块相当于记账不成功。

04 比特币系统中的交易是如何产生的？

首先，交易必须由人发起。人们如何在比特币系统（去中心化电子会计系统）中体现？

在注册新用户时，BTC系统会为用户生成一个随机数，然后根据该随机数生成一个称为私钥的字符串。有了私钥后，用椭圆曲线乘法生成对应的公钥（这个过程是不可逆的）。关键，我们可以使用哈希函数来生成比特币地址。这个地址相当于一个比特币钱包，比特币就是钱包里的钱。交易过程是从一个钱包到另一个钱包，一个地址到另一个。

拥有 BTC 私钥意味着拥有和控制钱包中的资金。私钥必须备份，以防意外丢失，因为一旦私钥丢失，就很难恢复（公钥无法反向生成私钥）比特币到底能不能挖到，它所保护的比特币将永远消失。私钥可以加密字符串，公钥可以解密加密的字符串。这种加密方法称为非对称加密。只有你可以加密交易信息，任何人都可以使用公钥解密你的加密信息。

05 如何判断交易是否安全？

如果A现在想把5个比特币转给B，你怎么知道这笔交易真的是A发起的，不是别人伪造的？上面的私钥和公钥是为防伪设计的。

A首先对交易信息进行哈希运算，计算出数字摘要（实际上是一个字符串），然后使用自己的私钥加密生成密码（加密后的字符串）。

然后A广播这个交易记录，公钥和密码，所有的记账人（矿工）都会收到这个交易，他们会验证交易的真实性。这个过程包括对交易信息进行哈希运算，计算数字摘要（digest1)，然后使用公钥和密码解密数字摘要（digest2)）。@>，验证摘要1和2是否正确一样，从而保证了交易的安全。

06 交易生成后，如何记账？谁会来？记账？

我们做交易的时候，最重要的是记账，我付给你多少钱，付款后卡里还剩多少钱，这个交易记录目前是银行在记账，不管是信用卡、支付宝、微信等，都是银行做的。我们信任银行，因为银行的背后是国家的信用。但是现在在区块链系统中，系统中的每个人都可以有机会参与记账。为什么要做簿记？因为记账是有回报的。

假设有四个人，A、B 和 C，他们彼此进行交易。 A支付B 5比特币，B支付3比特币给C，支付2比特币给D。

这些交易会广播给所有想参与记账的人（矿工），因为很多人可以记账，但谁占优势？

比特币系统必须每 10 分钟生成一个区块。如果计算最好最快，那么 Ta 将拥有记账权，因此会获得一定的比特币奖励和手续费。 2100 万比特币是通过复杂的分时分配的。在这个时间段内发生的交易被打包成一个区块，称为一个区块，大小约为1M，可存储约4000条交易记录，然后将这个区块链接到其他区块，形成一条链。 ，所以叫区块链。

⭐️谁会占上风？

中本聪想到了一种称为工作量证明的方法。这意味着每个参与记账的用户都需要做一道难题。一旦你这样做了，你就有权保留账户并将其打包成块。这个问题有多难？难度太大，没有人可以通过大脑直接计算出来。一定是你要一一数数，直到和结果相符。就算算出来了，谁先算谁就有预定的权利。

⭐️奖励如何计算？

奖励包括系统发行的比特币和每笔交易的手续费。 A转账给B，A会多付一点手续费。记账人的奖励不固定，每10分钟就会产生一笔新的交易。一开始，第一个区块的奖励是 50 BTC。四年后，每个生成的区块将仅获得 25 BTC 的奖励。再过4年，就是12.5，也就是每四年，奖励减半，最后总共有2100 BTC。

07 究竟什么是挖矿？

在了解挖矿之前，先了解一下什么是哈希函数？

字符串可以通过一定的运算转换成汇总形式，比较容易计算，但是逆向计算比较困难

哈希算法中一个非常重要的算法是SHA256，它是美国国家安全局发明的算法

给这个算法输入一个字符串，它会输出一个二进制数，一个256位的二进制数。

SHA256(“BTC”) = 00000010…SHA256(“BTC,”) = 00000110…

输入略有不同比特币到底能不能挖到，输出可能完全不同，虽然是一个由1和0组成的字符串一个256位的数字，但结果可能完全不同。难点在于前向计算容易，通过输出很难将输入向后推。

挖矿是基于SHA256算法的计算过程。

在这个计算过程中，SHA256算法的输入字符串包括什么？主要包括前一个区块的头部信息（区块N-1)的头部hash，要打包成区块的交易记录账单（Transactions），时间戳等，最重要的是是一个随机数。对这个组合字符串执行两次 SHA256 操作将得到一个 256 位的二进制数。

SHA256(SHA256("string")) = "0101010101...";//一个256位二进制数二进制数

这个值必须满足前N位必须为0。如何计算前N位为0？您只能更改随机数并一一尝试，只有在满足要求的情况下才有资格预订和包装。这个新计算出来的值作为新区块的头部，然后打包成一个新的区块，然后链接到后面，链接成功后，你会收到奖励和手续费，这就是挖矿的过程背景 一般来说，计算机（矿机）的计算能力越强，计算成功的可能性就越大。

前 N 位必须为 0。这 N 是如何设置的？ N值不同。显然，前面的0越多，问题就越难。 0出现的概率是1/2。如果前面的N为0，那么概率是(1/2)@>的N次幂。如果需要保证每10分钟必须产生一个新块，则需要调整N来实现。

参考资料：

YouTube 视频 - 李永乐老师谈比特币：

Think Tank.Wiki：%E5%8C%BA%E5%9D%97%E9%93%BE#.E5.8C.BA.E5.9D.9< @7.E9.93.BE.E7.9A.84.E8.B5.B7.E< @6.BA.90

维基百科：

还有很多内容没有涉及到，不过整理一下，对于我这个区块链新手来说，费了很多时间，希望这篇文章能帮助大家对比特币有所了解、区块链和挖矿。