比特币？看这篇就够了（下）：记录即价值

前面两篇文章白皮哥已经为大家梳理了：

其实前两篇文章偏重于碎片化的知识，很多朋友读完之后感觉上基本理解了，哦，是这么回事，但是然后呢？矿工、钱包、全节点客户端是怎样在比特币系统中发挥作用的？椭圆曲线算法、哈希函数在比特币运行过程中到底是怎样发挥作用的？

1. 进入网络（以核心客户端为例，其他类型节点类似）

A听说比特币挖矿很来钱，就买了一台笔记本准备挖矿，又从 https://bitcoin.org/zh_CN/download 下载了比特币核心客户端准备挖矿。还记得这张图吗？

他按照说明启动了比特币核心程序，此时，A的笔记本就进入了比特币网络，成为了一个节点。此时，节点A开始在网络里寻找另一个比特币节点（通过网络路由），很快，它找到一个节点B，并且比特币核心的版本是兼容的。A就让这个在网络里比它资深的B给它介绍自己相连的节点地址。这样，通过一层层引荐，A就认识了很多节点，当A有消息需要广播的时候，它就会告诉认识的节点们。但A也不是那么喜新厌旧，它会记住第一个连接的节点B，当A重启之后，会直接去找B，这样就可以完成网络关系的获取。

因为比特币网络里的节点随时会退出，网络里的每一个节点都必须接受这个事实，因此没有消息广播的时候，A也会定时给其他节点发信，如果某个节点90分钟都没有反应，A就会认为它挂了，再去寻找新的节点以保持连接的节点数量。当然，网络里随时也会有新人来，A也会向找到它的新节点介绍它自己的通讯录，帮助新节点启动。

这样，比特币网络中的节点同时连接到多个节点，构成了一个网状结构，任何节点的退出和进入都不会影响整个比特币网络的稳定，它的意义请看这篇文章：区块链是劳动人民对银行家的宣战。

找到朋友们之后，A作为一个比特币核心客户端，属于全节点客户端的一种，需要构建一份完整的区块链，但之前从网上下的客户端软件里只有第一个区块（创世区块），因此A需要同步链上后面所有的区块。其实在任何两个节点见面时，他们都会互相比较自己的区块链长度（区块高度）。

既然A只有一个区块，肯定是不如网络里的这些老资格们的，所以B会把它前500个区块的哈希发给A，A验证（区块结构请见下面）后将向它所有的连接节点请求区块内容，一个区块一个区块地构建整个区块链，一直到追上最新的区块为止。当区块链构建完成，A就是一个真正的全节点客户端了，当然，如果A下线过，当它再上线的时候它还是要再像前面讲的一样“补一次课”。

2. 付款

而图中交易1则是区块链上C从矿工E那买比特币这笔交易：

3. 挖矿

A加入比特币网络后终于完成了区块链的同步，假设目前总共有1001个区块，其中上面的交易1就在第999个区块里，现在A开始挖矿，它收到了上面C向网络里发的买咖啡的交易，验证：

交易1的第一个输出是交易2的输入（C），

交易1输出（1个）大于交易2的输出（0.005+0.994），

锁定脚本可被交易2解锁，因此它是有效交易，加入待打包的交易池。注意交易2的输出（0.005+0.994）小于其输入（1），这个差值就是手续费，手续费越高矿工会越早把这笔交易从待打包的池子提出来打包。

这时第1002个区块的争夺刚刚结束，A没有成功，因此，它接受了网络同步过来的第1002个区块，开始自己打包1003区块：其中第一个交易是coinbase交易，输入为空，输出为自己，数量是12.5个：

这是对矿工的奖励。然后A又打包了4000个交易（不能无限打包，区块大小要小于1M），其中就有上面的交易2。这些交易中的手续费都归A所有。然后，A需要为这些打包好的交易加一个区块头，形成一个完整区块：

（绿色为区块头，蓝色为区块内容）

总之，假设目前系统挖矿难度是要求区块头的Hash值前6位要是0。A不断修改区块头的nonce值，计算每个区块头的Hash，最终算出了区块头的Hash值为0000002a7bb274121cbd…. 符合了难度要求，这时A还没有收到广播来的区块（如果收到了则挖矿失败，放弃，重新打包1004区块），因此它赶快把这个包含有交易2区块广播到比特币网络中。

比特币网络中的其他矿工节点（比如B），收到了A发来的1003区块，验算（Hash算法只能遍历，但是知道输入易于验算输出是否正确）发现确实区块头的Hash符合难度要求，就把1003区块加入自己的区块链，放弃他们自己的打包，重新打包开挖1004区块。并把A的1003区块广播给其他节点。

4. 验证

5. 小问题

上面的一切非常完美，但是有一个小问题。矿工A打包好区块1003（如下图正三角）向B和其他人发的时候，万一千里之外的另一个矿工F也同时挖出了一个区块1003（如下图倒三角）向网络广播怎么办（虽然概率不大）？现实中网络传输是有延迟的：

这时候A和F分别告诉他们的邻居们他们的新块，而他们的邻居也都认可加入了链。这时全网就分成了两个阵营，三角派和倒三角派，这种情况就叫分叉：

当某个阵营的节点收到对面节点的新块时，他们不会丢弃，而是默默存下来。但还是以原有的为准。等下一个区块1004被挖出来时：

因为挖出1004块的人是三角派，所以当这个1004块传递到倒三角派时，倒三角派会因为有这个绿色的菱形的链更长而叛变到三角派的链。当菱形传播到全网，则全网的认识就又统一了：

这就解决了同时挖出不一样区块的问题，也就是解决了一笔钱花两次（类似你和你爸同时在两个ATM机取钱）的问题。那爱抬杠的你就要说了，如果第二个区块（区块1004）也是同时挖出来两个不一样的怎么办？当然是等区块1005了。实际上，1个区块的分叉几乎每天都发生，2个区块的分叉好几周才发生一次，目前最多的一次分叉为5个区块的分叉：2015年7月4日，因为区块版本升级（2至3），导致倒三角派（版本2）不接受三角派（版本3）的新块，一定要等自己派系的新块挖出才接受，这样就形成了5区块分叉。最终通过代码升级解决了上面的问题才消灭了分叉。

分叉会造成交易回退的问题，比如假设C买咖啡的交易2是被矿工F挖出的，且存在于倒三角那个区块里，但是倒三角的区块最终因为分叉被抛弃了，这时候D看到钱到账就给了咖啡，过了一段时间分叉消失钱就又没了。所以一般来说，钱包应用会等待倒三角区块上面新增6-8个区块之后再确认到账，因为有6-8个区块是基于倒三角区块时，基本已经不存在回退的可能了（如果存在回退，对比特币系统将会是一个大事件）。

好了，大家搞清楚区块链的运作流程了吗？本篇着重介绍了实现交易这一部分，可以看到比特币的优越性在于，每一笔交易都是互相链接的，如果我要花一笔钱（在交易中添加“输入”），我必须要提供一笔交易的“输出”，且证明这笔交易的输出是给我的。而交易也就是所谓的“帐”。而比特币中也没有“余额”的概念，大家在比特币钱包中看到的所谓的钱包余额，其实是钱包筛选出交易“输出”为本钱包地址的交易，其中没有被列为任何交易输入的（没有被花过的）就称为UTXO（unspent transaction outputs），未花费输出，他们的和就是余额。

不同于目前的银行系统，区块链系统把“账”和“资金”合二为一了，不存在记账、清算、结算的过程，也不存在账不平，因为这本账绝对可靠，账户上的钱就应该根据账上的交易来计算。

「因此，区块链上的每一笔记录就是价值，每一笔交易就是资产。」