Bitcoin网络如何运行？

了解Bitcoin网络基础架构

Bitcoin网络是一个分散的点对点系统，可实现价值的转移，而无需依赖银行或政府等中介机构。从本质上讲，它是由一个被称为节点的全局计算机网络维护的，该计算机彼此通信以验证和中继交易。每个节点都存储一个完整的区块链副本，该副本是一个记录Bitcoin中每笔交易的公共分类帐。当用户启动交易时，它会广播到网络并由节点收集以进行验证。这些节点检查数字签名，确认发件人有足够的资金，并确保尚未花费交易 - 可预留双支出。

节点在整个网络上传播有效的交易，形成一个称为Mempool的池。从这里，矿工选择将交易包括在下一个区块中。网络的分散性质确保没有单个实体控制信息流。取而代之的是，通过独立执行的一个预定义的规则来达成共识。该体系结构可确保针对审查制度或失败的透明度，安全性和弹性。

采矿和工作证明的作用

挖掘是将新区块添加到Bitcoin区块链中的过程。矿工竞争基于SHA-256算法解决复杂的加密难题。这个难题需要显着的计算能力和能量，这构成了Bitcoin的工作证明（POW）共识机制的基础。第一个找到有效解决方案的矿工将新块广播到网络。然后，其他节点在接受块之前验证解决方案和交易。

拼图的难度大约每两周（特别是每2,016个街区）自动调整一次，以保持平均块时间为10分钟。这种调整可确保网络稳定性，而不管有多少矿工活跃。矿工通过两种机制激励矿工：新近铸造Bitcoin（截至2024年，目前为6.25 btc）的区块奖励，以及用户支付的交易费用以优先考虑其交易。这种组合鼓励诚实的参与并确保对恶意演员的网络。

交易验证和区块链结构

每个Bitcoin事务都由输入和输出组成。输入引用发件人拥有的先前事务输出，而输出指定收件人的地址和已发送的金额。每笔交易都用发件人的私钥签名，证明所有权。节点使用相应的公钥验证这些签名。经过验证后，矿工将交易分为块。

每个块包含：

• 带有元数据的块标头，包括时间戳，NONCE和上一个块的哈希
• 交易列表
• 默克尔根部，块中所有交易的加密摘要

前一个块的哈希创建了时间顺序的链，因此很难改变过去的交易。先前块中的任何变化都需要重新计算所有后续的块哈希 - 鉴于网络的累积哈希功率，在计算上是不可行的。这种不变性对于Bitcoin的信任模型至关重要。

钱包和钥匙管理

用户通过管理私钥和公共密钥的钱包，软件或硬件工具与Bitcoin网络进行交互。公共密钥会生成一个Bitcoin地址，该地址的作用像是用于接收资金的帐号。保密的私钥允许所有者签署交易并花费Bitcoin。失去对私钥的访问意味着失去对资金的访问权。

钱包有多种形式：

• 热钱包（连接到互联网），例如移动或桌面应用
• 冷钱包（离线），例如硬件或纸钱包，提供更高的安全性

发送Bitcoin时，钱包使用收件人的地址，金额和费用构建交易。然后，它用私钥签名交易，并通过节点将其广播到网络。该交易一直未经证实，直到包含在一个块中。用户可以通过搜索交易ID（TXID）来使用Block Explorer监视事务状态。

网络共识和分叉处理

当大多数节点就区块链的有效性一致时，就达到了Bitcoin网络中的共识。有时，两个矿工几乎可以同时解决POW难题，从而导致临时叉子- 两个竞争性版本的区块链。节点继续在他们首先收到的哪个版本上构建。当一个链变长时间时，叉子可以解决。网络会自动接受最长的有效链，另一个分支被放弃。不包括在较短的链中的交易将返回到孟买进行重新处理。

节点执行严格的共识规则，例如2100万BTC供应上限和块大小限制。即使具有有效的工作证明，违反这些规则的任何区块也将被拒绝。该规则执行防止未经授权的通货膨胀或协议偏差。该协议的更新（称为软叉或硬叉）需要广泛的节点和矿工支持，以避免网络中的永久分配。

设置完整节点：逐步指南

运行完整的节点可以增强网络安全性并允许独立的交易验证。这是设置一个方法：

• 从官方网站（ https：// bitcoin .org ）下载Bitcoin核心
• 在具有至少350 GB的免费磁盘空间和稳定的互联网连接的计算机上安装该软件
• 启动应用程序；它将开始下载整个区块链，这可能需要几天
• 配置设置，例如在路由器上转发端口以接受传入连接（端口8333）
• 如果磁盘空间有限，则启用修剪，允许节点丢弃旧块，同时仍验证新块
• 保持软件的更新并确保节点始终运行以有效地为网络做出贡献

一旦同步，该节点将独立验证所有交易和封锁，从而在不信任第三方的情况下执行共识规则。

常见问题

是什么阻止某人更改区块链中的过去交易？更改交易将需要更改其所在的块和所有后续块。这需要重新计算每种工作证明，这在计算上是由于网络的巨大哈希功率而不可行的。此外，如果节点不遵守共识规则，则会拒绝更改的链。

如何确定交易费用？费用基于字节和网络拥塞中的交易规模。用户可以手动设置费用；较高的费用增加了将快速包含在块中的可能性。钱包通常会根据当前的MEMPOOL条件提出最佳费用。

Bitcoin可以在没有矿工的情况下运行吗？否。矿工通过验证交易并创建新块来保护网络。没有矿工，无法确认新的交易，并且区块链将停止。激励结构可确保继续矿工参与。

如果我的交易很长一段时间一直未经证实，会发生什么？低收费交易可能会在Mempool中停留数小时。一些钱包支持by-Fee替换（RBF） ，允许以更高的费用重新提交。否则，交易最终可能会从MEMPOOL下降，并且可以进行重新播放。