1. 交易的傳播和驗(yàn)證
交易包含兩部分：n個(gè)輸入個(gè)m個(gè)輸出，其中n>=0征懈，m>0
輸入=要花費(fèi)的UTXO+解鎖腳本
輸出=UTXO（幣的數(shù)量+鎖定腳本）錢包生成交易，并向鄰近節(jié)點(diǎn)傳播揩悄。節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的交易進(jìn)行驗(yàn)證卖哎，并丟棄不合法的交易。節(jié)點(diǎn)對(duì)交易的驗(yàn)證主要包括以下幾方面：
交易的size要小于區(qū)塊的size的上限
交易輸入U(xiǎn)TXO是存在的
交易輸入U(xiǎn)TXO沒有被其它交易引用-防止雙花（Double Spending）
輸入總金額>輸出總金額（多出來的錢是給曠工的小費(fèi)）
解鎖腳本驗(yàn)證成功
驗(yàn)證合格后將交易加入到本地的Transaction數(shù)據(jù)庫中删性，并轉(zhuǎn)給鄰近節(jié)點(diǎn)亏娜，鄰近節(jié)點(diǎn)再做一遍驗(yàn)證然后再轉(zhuǎn)給鄰近的節(jié)點(diǎn)。
2.區(qū)塊的生成與驗(yàn)證
區(qū)塊是區(qū)塊鏈的基本結(jié)構(gòu)單元蹬挺，由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體構(gòu)成维贺。區(qū)塊體包括交易數(shù)量和交易詳情。
- 挖礦之前需要先構(gòu)造區(qū)塊巴帮，首先將coinbase交易打包進(jìn)區(qū)塊 溯泣，然后將交易池中高優(yōu)先級(jí)的交易打包進(jìn)區(qū)塊。
- 優(yōu)先級(jí)=交易額度*UTXO深度/交易size（防止粉塵攻擊）榕茧，粉塵攻擊是大量低額度垃沦、低交易費(fèi)的交易以至網(wǎng)絡(luò)擁堵。從理論上說一個(gè)交易如果交易費(fèi)為零用押，隨著UTXO深度的增加肢簿，優(yōu)先級(jí)也會(huì)變高，但事實(shí)上很多曠工會(huì)直接拒絕零交易費(fèi)的交易蜻拨。
- 創(chuàng)建區(qū)塊的頭部池充，區(qū)塊頭包括版本號(hào) 、父區(qū)塊哈希（實(shí)際上是父區(qū)塊的區(qū)塊頭哈希值缎讼，用來回溯父區(qū)塊和保證父區(qū)塊不被篡改）收夸、Merkle樹根、時(shí)間戳休涤、難度目標(biāo)值咱圆、Nonce笛辟。
- 挖礦成功后，將計(jì)算出來的隨機(jī)數(shù)Nonce填入?yún)^(qū)塊頭部序苏，向鄰近節(jié)點(diǎn)傳播手幢。
相鄰區(qū)塊收到新區(qū)快后，立即做以下驗(yàn)證：
驗(yàn)證POW的nonce值是否符合難度值
檢查時(shí)間戳是否小于當(dāng)前時(shí)間2小時(shí)
檢查Merkle樹根是否正確
檢查區(qū)塊size是否小于區(qū)塊size的上限
第一個(gè)交易必須是coinbase交易
驗(yàn)證每個(gè)交易
時(shí)間戳
- 礦工們在挖礦的過程中忱详，對(duì)收集到的交易記錄加蓋數(shù)字時(shí)間戳围来，并將其打包到區(qū)塊中。而時(shí)間又不能從某個(gè)中心服務(wù)器獲取匈睁，這樣會(huì)違背去中心化思想监透。其實(shí)方法也很簡單，還是利用“多數(shù)人的正義”航唆，時(shí)間來自于連接的其他節(jié)點(diǎn)時(shí)間的中位數(shù)（比平均值更不受極端數(shù)字影響）胀蛮，要求連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量至少為5，中位數(shù)和本地系統(tǒng)時(shí)間差別不超過70分鐘糯钙，否則會(huì)提醒你更新本機(jī)的時(shí)間粪狼。
Merkle樹
這里Merkle樹其實(shí)就是一顆二叉樹，首先對(duì)交易進(jìn)行兩次SHA256運(yùn)算得到相應(yīng)的哈希值任岸，然后對(duì)哈希值兩兩組隊(duì)再進(jìn)行兩次SHA256運(yùn)算再榄，如果交易數(shù)量為奇數(shù)，則對(duì)最后一個(gè)哈希值進(jìn)行復(fù)制然后再做哈希運(yùn)算享潜。比如上圖如果再有個(gè)交易9困鸥，Hash9 = SHA256(SHA256(Transaction9))，Hash99 = SHA256(SHA256(Hash9 + Hash9))剑按。以此類推最后會(huì)得到一個(gè)Merkle root存入?yún)^(qū)塊頭中疾就。這樣任何一個(gè)交易被篡改，Merkle root必然發(fā)生改變吕座，區(qū)塊頭哈希值也就隨之改變虐译，之后所有的區(qū)塊都將是無效區(qū)塊。因此Merkle樹能夠校驗(yàn)數(shù)據(jù)完整性吴趴，防止數(shù)據(jù)被篡改漆诽。
通過對(duì)一個(gè)區(qū)塊頭的所有信息進(jìn)行哈希運(yùn)算得出一個(gè)哈希值，此哈希值可以唯一并且準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)這個(gè)區(qū)塊锣枝，只要其哈希值不發(fā)生變化厢拭，就代表區(qū)塊中的信息沒有被篡改。每個(gè)區(qū)塊頭都包含上一個(gè)區(qū)塊的區(qū)塊頭哈希值撇叁，這使得每一個(gè)區(qū)塊都能找到前一個(gè)區(qū)塊供鸠，這樣一直倒推就能形成一條完整的區(qū)塊鏈。
3.挖礦
為什么要挖礦陨闹？
當(dāng)用戶發(fā)布交易后楞捂，需要有人將交易進(jìn)行確認(rèn)薄坏，寫到區(qū)塊鏈中，形成新的區(qū)塊寨闹。在一個(gè)互相不信任的系統(tǒng)中胶坠，有誰來完成這件事情呢？怎么保證這個(gè)記賬的人不作惡呢繁堡？什么是挖礦沈善？
就是對(duì)區(qū)塊頭進(jìn)行哈希運(yùn)算，通過不斷改變區(qū)塊頭中的nonce值來得出不同的哈希值椭蹄，如果哈希值小于系統(tǒng)給定的難度目標(biāo)值闻牡，就算挖礦成功，就能獲得記賬權(quán)绳矩，同時(shí)也能獲得獎(jiǎng)勵(lì)和這個(gè)區(qū)塊內(nèi)的所有交易費(fèi)罩润。因此如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)作惡，那么別的節(jié)點(diǎn)將不會(huì)認(rèn)可這個(gè)區(qū)塊埋酬，這個(gè)區(qū)塊將會(huì)是白挖了哨啃，而且還白白浪費(fèi)了大量的算力。因此通過挖礦來保證節(jié)點(diǎn)不作惡写妥。比特幣系統(tǒng)規(guī)定每挖21萬個(gè)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)減半，到2140年比特幣將全部被挖出审姓，礦工挖礦將沒有獎(jiǎng)勵(lì)珍特，完全靠手續(xù)費(fèi)為生。有沒有可能找不到對(duì)應(yīng)的nonce值
nonce占4個(gè)字節(jié)魔吐，就是32位扎筒，如果遍歷整個(gè)2^32后還沒算出來，可以通過改變交易的順序來改變Merkle root酬姆，再重新遍歷nonce嗜桌。難度調(diào)整
比特幣平均每隔10分鐘出一個(gè)區(qū)塊，而算力是不斷增大的辞色。比特幣系統(tǒng)會(huì)每隔2016個(gè)區(qū)塊調(diào)整一次難度骨宠，新目標(biāo) = 當(dāng)前目標(biāo)值*過去2016個(gè)區(qū)塊用時(shí)分鐘 / 2016分鐘，難度值越大相满，目標(biāo)值越小层亿，挖礦也就越難。礦池
由于全網(wǎng)算力越來越大立美，挖礦難度也越來越大匿又，單個(gè)曠工挖出礦的概率越來越小，因此收入就非常不穩(wěn)定〗ㄌ悖現(xiàn)在已經(jīng)很少有個(gè)人礦工了碌更，而是很多礦工一起組成礦池裕偿。礦池管理員維護(hù)全節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)打包區(qū)塊痛单，并將任務(wù)分段击费，給礦工布置挖礦任務(wù)。比如A礦工負(fù)責(zé)0到10萬的nonce值的哈希運(yùn)算桦他，B負(fù)責(zé)10萬到20萬蔫巩，這樣挖礦速度就會(huì)大大提升。同時(shí)礦池內(nèi)部也會(huì)有一個(gè)難度值快压，通過計(jì)算每個(gè)礦工找到符合礦池難度值得數(shù)量來衡量礦工的算力圆仔。
比如礦池一天挖出100個(gè)比特幣，A礦工有10次nonce值計(jì)算的哈希值小于礦池難度目標(biāo)值蔫劣，而礦池所有礦工共有1000次符合的nonce值坪郭，則A礦工提供的算力占礦池的百分之一，應(yīng)獲得1個(gè)比特幣脉幢。至于交易費(fèi)歪沃，不同的礦池有不同的分發(fā)。
