Bitcoin 的基本原理

因为是 p2p 网络，可能有许多人都在同时制造新的 block ，但有一个排序机制保证只有最优（最难，花费最大计算时间的）的那个新 block 被网络群体接受，挂在全局的 block 链上。重复一次，整个 BTC 网络只有一个全局帐单表，每个节点都完整的保存有一份。

这个全局帐单表会越来越大，block 链越来越长，在最新的部分，必然有许多分茬。这是因为 p2p 网络的 mining 过程是分开并行进行的，每条新帐单也不能立刻广播给所有的节点。每个 mining 的节点都有责任把他新收到的，在他认可的老的全局帐单上不存在的帐单，合在他准备制造的新 block 中。一旦新 block 被制造出来，就立刻广播出去，争取得到更多人的认可。主要是得到那些想 mining 的人的认可，这些人会在这个 block 的基础上制造新的 block 。

如果 p2p 网络过大，交易帐单不能尽量的迅速的广播到全网络。就会出来 p2p 的网络的局部保持有小群体共同认可的一份全局帐单。多个全局帐单的分支同时发展是有可能的。因为每个小群体都可能认为他们看见的那部分更长更有效。但是， 只有有人发现另一条分支更长，它就会转换阵营。所以，有一定的可能性，你的帐单被一个小群体接受，但在一段时间后，被更大的阵营抛弃。

不过，算法参数决定了，新的 block 产生速度很慢，如果你的帐单被多达 6 个人确认，基本上就保证了它合并到的那份全局帐单，就是 p2p 网络全体认可的。

既然生成新 block 费时费力，制造出新 block 的几率好象买彩票中大奖，还有那么多人去执行程序计算出新 block 呢？答案是，每个制造出新 block 的人，都有权利构造一条帐单声明老天给了我 50 BTC 。这个规则是被所有 BTC 用户共同承认的。把制造 block 等同于成挖金矿 (mining) 只是一个形象上的比喻。实际上，没有人可以把金子挖出来囤积。每个新 block 必须包含全局表上的上一个 block 的 hash 值，BTC 网络自我调节难度，让每 10 分钟大约产生一个新 block 。如果你 10 分钟内没制造出新的 block ，差不多就是说你前面 10 分钟干的活白干了。从最新版的 block 继续演算。

所以更恰当的比喻是买彩票。一个每 10 分钟开一次的彩票。你不停的花钱买，10 分钟内开中了就是你的，开不中先买的都作废，然后下一轮。

数学上怎样保证 mining 的过程需要消耗大量的 CPU 时间？并只有很小的几率成功？

这里用到一个叫做 Hashcash 的系统。它最早是为了改善 email spam 的问题被发明出来的。

就是给一段特定信息（比如这封 email 是从谁发给谁）加一个特定的 hash 头。这个 hash 头需要大量的 CPU 时间计算出来。发 spam 的人没有那么多 CPU 时间为群发的每一封 email 计算一个符合要求的 hash 头，所以认为有这个合法 hash 头的 email 不太可能是 spam （花了 CPU 时间在上面）

这个算法就是，为你想保护的信息，找到一串数字，附加上去后，使用某种公认的 hash 算法，比如 SHA-2 ，算出一个 hash 值。如果 hash 值由一长串 0 打头（具体多少个决定了难度），那么就成功了。

为一段信息，找到这串数字，在目前来说，除了暴力尝试没有什么好的方法。也就是随机更换数字，换一次就 hash 一次比对。在一个可以预期的尝试次数后，一般都能找到想找的数字。

每个想 mining 赚 BTC 的人，不停的从 BTC 网络上监听信息。如果有人发布了新的合法的 block ，他就合并到本地的全局表里。并重置自己的计算过程，从新得到的 block 开始。如果有新发布的交易单，也记录下来。不断的把最新的 block 的 hash 值、新收到的交易单，自己获得 50 BTC 的那条奖励单合并在一起，计算 SHA-256 ，看看结果是否满足条件。一旦满足，就把这个新的 block 广播出去。

当足够的人认可它，（以它为基础计算后面的 block ），他也就获得了那 50 BTC 。为了匹配 BTC 的经济规模。所有的 Bitcoin client 都被设置成，每 210000 个 block ，生产新 block 的人被认可凭空获得的 BTC 数量比之前的少一半（如果这个时候他还在包内写上自己获得 50 BTC ，其他人不会确认他的这个 block ）。这会让 BTC 的总量增速变缓。新的 block 产生的速度是由难度来调节的。这个难度会由 p2p 网络根据最近生产 block 的速度自动调节。所以即使日后计算能力增加，也能保证大约 10 分钟一个的速度。

而且，随着生产新 block 的收益减少，愿意贡献自己的 CPU 来 mining 的节点也会变少。（如果减少太多，只需要减少难度即可）

最终，p2p 网络不再凭空制造出新的 BTC ，这个时候制造新的 block 的动力是什么呢？那就是交易税。因为没有什么人愿意生产新的 block ，发起交易就变的困难。（没有 block 可以容纳交易单）希望交易被确认的人可以声明，如果有人制造出新的 block 接纳他的交易单，他会支付一小笔交易税给他。当许多人都这么做的时候，制造 block 又变的有利可图了。只不过，直接上不再有新的 BTC 诞生，只是在这些 BTC 用户之间流通。

总有一些 BTC 会消失，主要是那些帐号的私匙丢失了，没有任何人可以转移走帐户上的钱。不能流通的货币就不是货币了。但最终 BTC 总体会达到一个比较大的规模，准确说是两千一百万个。但 BTC 本身是可以切割的，比如你可以支付给别人 0.01 个 BTC 。所以 BTC 本身会升值，总数也一直够用。