Bitcoin網絡如何運行？

了解Bitcoin網絡基礎架構

Bitcoin網絡是一個分散的點對點系統，可實現價值的轉移，而無需依賴銀行或政府等中介機構。從本質上講，它是由一個被稱為節點的全局計算機網絡維護的，該計算機彼此通信以驗證和中繼交易。每個節點都存儲一個完整的區塊鏈副本，該副本是一個記錄Bitcoin中每筆交易的公共分類帳。當用戶啟動交易時，它會廣播到網絡並由節點收集以進行驗證。這些節點檢查數字簽名，確認發件人有足夠的資金，並確保尚未花費交易 - 可預留雙支出。

節點在整個網絡上傳播有效的交易，形成一個稱為Mempool的池。從這裡，礦工選擇將交易包括在下一個區塊中。網絡的分散性質確保沒有單個實體控制信息流。取而代之的是，通過獨立執行的一個預定義的規則來達成共識。該體系結構可確保針對審查制度或失敗的透明度，安全性和彈性。

採礦和工作證明的作用

挖掘是將新區塊添加到Bitcoin區塊鏈中的過程。礦工競爭基於SHA-256算法解決複雜的加密難題。這個難題需要顯著的計算能力和能量，這構成了Bitcoin的工作證明（POW）共識機制的基礎。第一個找到有效解決方案的礦工將新塊廣播到網絡。然後，其他節點在接受塊之前驗證解決方案和交易。

拼圖的難度大約每兩週（特別是每2,016個街區）自動調整一次，以保持平均塊時間為10分鐘。這種調整可確保網絡穩定性，而不管有多少礦工活躍。礦工通過兩種機制激勵礦工：新近鑄造Bitcoin（截至2024年，目前為6.25 btc）的區塊獎勵，以及用戶支付的交易費用以優先考慮其交易。這種組合鼓勵誠實的參與並確保對惡意演員的網絡。

交易驗證和區塊鏈結構

每個Bitcoin事務都由輸入和輸出組成。輸入引用發件人擁有的先前事務輸出，而輸出指定收件人的地址和已發送的金額。每筆交易都用發件人的私鑰簽名，證明所有權。節點使用相應的公鑰驗證這些簽名。經過驗證後，礦工將交易分為塊。

每個塊包含：

• 帶有元數據的塊標頭，包括時間戳，NONCE和上一個塊的哈希
• 交易列表
• 默克爾根部，塊中所有交易的加密摘要

前一個塊的哈希創建了時間順序的鏈，因此很難改變過去的交易。先前塊中的任何變化都需要重新計算所有後續的塊哈希 - 鑑於網絡的累積哈希功率，在計算上是不可行的。這種不變性對於Bitcoin的信任模型至關重要。

錢包和鑰匙管理

用戶通過管理私鑰和公共密鑰的錢包，軟件或硬件工具與Bitcoin網絡進行交互。公共密鑰會生成一個Bitcoin地址，該地址的作用像是用於接收資金的帳號。保密的私鑰允許所有者簽署交易並花費Bitcoin。失去對私鑰的訪問意味著失去對資金的訪問權。

錢包有多種形式：

• 熱錢包（連接到互聯網），例如移動或桌面應用
• 冷錢包（離線），例如硬件或紙錢包，提供更高的安全性

發送Bitcoin時，錢包使用收件人的地址，金額和費用構建交易。然後，它用私鑰簽名交易，並通過節點將其廣播到網絡。該交易一直未經證實，直到包含在一個塊中。用戶可以通過搜索交易ID（TXID）來使用Block Explorer監視事務狀態。

網絡共識和分叉處理

當大多數節點就區塊鏈的有效性一致時，就達到了Bitcoin網絡中的共識。有時，兩個礦工幾乎可以同時解決POW難題，從而導致臨時叉子- 兩個競爭性版本的區塊鏈。節點繼續在他們首先收到的哪個版本上構建。當一個鏈變長時間時，叉子可以解決。網絡會自動接受最長的有效鏈，另一個分支被放棄。不包括在較短的鏈中的交易將返回到孟買進行重新處理。

節點執行嚴格的共識規則，例如2100萬BTC供應上限和塊大小限制。即使具有有效的工作證明，違反這些規則的任何區塊也將被拒絕。該規則執行防止未經授權的通貨膨脹或協議偏差。該協議的更新（稱為軟叉或硬叉）需要廣泛的節點和礦工支持，以避免網絡中的永久分配。

設置完整節點：逐步指南

運行完整的節點可以增強網絡安全性並允許獨立的交易驗證。這是設置一個方法：

• 從官方網站（ https：// bitcoin .org ）下載Bitcoin核心
• 在具有至少350 GB的免費磁盤空間和穩定的互聯網連接的計算機上安裝該軟件
• 啟動應用程序；它將開始下載整個區塊鏈，這可能需要幾天
• 配置設置，例如在路由器上轉發端口以接受傳入連接（端口8333）
• 如果磁盤空間有限，則啟用修剪，允許節點丟棄舊塊，同時仍驗證新塊
• 保持軟件的更新並確保節點始終運行以有效地為網絡做出貢獻

一旦同步，該節點將獨立驗證所有交易和封鎖，從而在不信任第三方的情況下執行共識規則。

常見問題

是什麼阻止某人更改區塊鏈中的過去交易？更改交易將需要更改其所在的塊和所有後續塊。這需要重新計算每種工作證明，這在計算上是由於網絡的巨大哈希功率而不可行的。此外，如果節點不遵守共識規則，則會拒絕更改的鏈。

如何確定交易費用？費用基於字節和網絡擁塞中的交易規模。用戶可以手動設置費用；較高的費用增加了將快速包含在塊中的可能性。錢包通常會根據當前的MEMPOOL條件提出最佳費用。

Bitcoin可以在沒有礦工的情況下運行嗎？否。礦工通過驗證交易並創建新塊來保護網絡。沒有礦工，無法確認新的交易，並且區塊鏈將停止。激勵結構可確保繼續礦工參與。

如果我的交易很長一段時間一直未經證實，會發生什麼？低收費交易可能會在Mempool中停留數小時。一些錢包支持by-Fee替換（RBF） ，允許以更高的費用重新提交。否則，交易最終可能會從MEMPOOL下降，並且可以進行重新播放。