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比特币是如何运作的
比特币可以发送交易，并将其合并到一个公共区块链中作为分类账。比特币之所以有价值，是因为我们可以确定账本中包含的交易是合法的，而不是欺诈性的。由于比特币网络的规模，我们可以肯定它们不是欺诈性的。本章将解释分散网络如何鼓励独立参与者在区块链组织和创建合法交易。
分散软件
计算机由内存和处理能力组成。有些计算机比其他计算机有更多的内存来存储信息。处理能力是将输入转化为输出的能力。有些计算机的处理速度比其他计算机快。软件包含计算机被告知要遵循的规则，计算机接受输入并应用给定的规则，产生输出。
比特币是软件，但它的性质和我们熟悉的不一样，因为它是去中心化的。我们熟悉的大多数软件都运行在一个集中的网络上。想想脸书及其运作方式。当您登录创建帐户时，您的信息将被上传到脸书用来存储用户信息的多台计算机中的一台。每次你发帖或者评论，这些信息都会被添加到电脑里。如果CEO想删除或更改你的信息，他可以打电话给管理电脑的人，告诉他你的名字。所有这些都是可能的，因为脸书是一个中央集权的公司。
事实上，我们所熟悉的大多数公司都是有原因的。CEO只需一个电话就能做出这些改变，这一事实使得公司能够有效运作。作为这种效率的回报，公司的利益相关者(员工、股东和客户)必须相信首席执行官同时为他们所有人做出了最好的决定。粗略地说，公司的CEO不需要利益相关者的共识来实施变革，这使得公司能够在竞争激烈的市场中保持敏捷。
另一个极端是一个分散的小组，通过在一组参与者中达成共识来做出决策。在其最纯粹的形式中，系统不需要信任一个中心组织，因为利益相关者的愿望总是会实现的。这个过程是低效的，但需要制定行动，这些行动受道德风险的影响很大。
美国的开国元勋们在建立权力平衡和我们选举官员的民主程序时就知道这一点。它使社会能够对他们选出的负责人保持高度的控制。简而言之，一个纯粹的去中心化的系统是缓慢而低效的，但有必要消除有利益冲突的制度问题。
计算时代使得去中心化系统成为可能，因为以接近光速的速度传输信息的能力使得去中心化的要求变得不那么复杂。软件已经成为去中心化的理想媒介。随着计算机技术的进步，出现了一个新的思路，现在可以去中心化，在操作上还是可行的。
去中心化的软件是足够自动化的代码，所以不需要中心化的所有者(比如CEO)。相反，它是每个与软件交互的人都必须遵守的一套规则。规则一旦制定，就不能更改，除非大多数网络参与者同意进行更改。
协议是通过行动达成的，因为软件是开源的，每个人都有自己的代码副本，可以根据自己的意愿修改。然而，如果一个人过多地修改他们的代码，他们可能不再能够与其他人的代码进行交互。每个人都可以随意更改自己的代码，但他们遵循的规则是大多数网络选择遵循的规则。任何不想遵循这些规则的人都可以更改他们的代码，但这意味着他们只能与做出这种更改的其他人进行交互。简单来说，如果有人想改变比特币软件，他们需要说服大多数参与者也这样做。如果他们不能，比特币就不会改变。
分散系统遵循一套规则。当大多数参与者下载有规则变化的软件时，规则也会发生变化。如果他们不这么做，规则依然存在，必须有少数人决定去留。
比特币网络
比特币网络是所有网络参与者的总和。参与者称为节点。一台装有兼容比特币软件的计算机连接到网络上，网络中的每个节点都可以以多种方式参与，这取决于它使用的软件，并受其内存和处理能力的限制。目前，全球已知的比特币节点约有1万个。
节点通过三个主要功能参与网络：路由、验证和挖掘。当一个节点感知到一笔交易时，它会通过检查发送者是否有足够的比特币来消费，他们是否在其他地方消费了这些比特币，以及他们的签名是否与他们的地址匹配来验证交易。如果所有检查都成功，该节点将事务路由到其他节点，但如果没有，它将被遗忘。挖掘节点不仅验证和路由，还将事务添加到其内存池中，并通过解决计算问题(工作量证明)尝试在区块链中记录其内存池的副本。
采矿过程
对于被挖掘并包含在区块链中的新块，挖掘节点必须解决工作量证明(PoW)的计算问题，工作量证明算法通过生成低于难度目标的块头哈希值来解决。因为哈希函数的输出是随机的，所以生成足够低的数字的唯一方法是猜测。难度目标用于增加或减少矿工解决工作许可证量化算法的机会。难度目标越低，越难解决，因为可能答案的范围越小。
回顾前一篇文章中的块头：
时间戳、难度目标和块头随机数
以下公式将这些项目组合在一起并进行哈希运算：
块头哈希=
哈希函数(merkle root哈希前一个块哈希版本号时间戳难度目标随机数)
矿工可以通过改变他们放入随机数字段的内容来改变块头。因此，如果块头哈希小于目标难度，则块被成功挖出。之所以不能只选一个低的数，是因为哈希函数的输出是随机的(没有办法让它产生一个低的数)。
矿工们通过迭代随机数字段来解决工作量证明的计算问题，直到它产生比难度目标更小的块头哈希。
最长链原则：解决分歧
一旦矿工找到了解决方案，他们会立即广播给他们的同伴(即他们所连接的节点)。然后，这些节点验证该解决方案是否正确，如果正确，则向其对等节点广播该解决方案。下图显示，95%的区块链人将在平均约40秒内实现这一点。
块传播时间的概率密度函数
节点通过将这个新块合并到它们的区块链副本中来接受它。矿工接受这个新的区块，并开始挖掘下一个区块，将最新的区块添加到他们的区块链中，从而再次开始这个过程。这个循环平均每10分钟发生一次，难度目标会自动调整达到这个目标。
因为难度目标平均每10分钟调整一次找块，所以我们知道矿工每成功挖到一块，平均每10分钟就会得到一块奖励。块奖励包括节点为交易支付的费用，coinbase交易创造了更多新的比特币。
批量奖励=coinbase交易批量费用
2008年，coinbase奖励了50个比特币，并计划每4年减少一半，直到2140年达到2100万个比特币的最大供应量。
如果同时解决来自不同节点的区块链的不同副本会怎样？如果节点之间存在差异，它们将遵循最长链原则：
1.他们在收到的第一块积木上工作，但是保存区块链的另一个分支以防它变得更长。
2.一旦找到下一块，一条链会变长，短链的节点会转而去挖最长的链。
节点遵循最长链原则，以便随着时间的推移解决所有差异。
激励机制：幂算法
一个需要回答的重要问题：为什么有些矿工区块不是每10分钟随机抽取一次？为什么我们要消耗所有这些能量来运行计算机来解决这个问题？
好吧，我们知道权力会导致数字匮乏，但还有另一个目：安全。区块链是解决算法的人延伸出来的。如果矿商解决了这个问题，他们可能会合并欺诈交易。但是这些欺诈交易会因为没有通过验证而被其他节点拒绝。因此，为了扩大有欺诈交易的区块链，必须由有兴趣这样做的矿工来扩大，这将需要整个网络50%以上的计算能力。所以，挖矿成本越高，坏人越难得逞。
这样做不符合坏人的最大利益。用中本聪的话说：
他应该会发现遵守规则更有利可图，这将帮助他获得比其他人加起来更多的比特币，而不是破坏系统。
换句话说，如果有人成功攻击了比特币，也就摧毁了比特币的价值(因为网络不再安全，没有人会愿意持有比特币)，攻击也就一文不值了。这种博弈论激励是比特币对不良行为者的主要防御。
工作负载证明算法就像一个测试。学生花费大量的时间和精力参加考试，除了证明自己的知识之外，没有任何有形的价值。学校这样做，可以从毕业生的表现中获得公信力，让他们放心毕业，因为他们证明了自己的知识。
同样的比特币通过其网络的安全性获得可信度。它的安全性在于，人们必须知道，永远只会有2100万个比特币，而挖矿的成本就是造成这种情况的原因。确保比特币网络的安全意味着保护一个不受信任和分散的货币媒介免受道德风险。货币体系是经济的基础，其安全性也至关重要。法币更像是没有考试的学校。
比特币的规则
在了解了比特币的功能和工作原理之后，我们现在可以总结出比特币网络节点遵循的最重要的规则。比特币是软件，所以如果你想知道规则，最好的办法就是看代码。如果你不知道该怎么做，这里有一个最重要规则的总结。这些规则对于掌握比特币软件如何形成交易、将其编译成块、将块固定成链以及确保新比特币的固定供应时间表是必要的。为了便于理解，下面的规则分为事务级和块级，尽管有些规则并不相互排斥，可以包含在任何类别中。
这些规则存在于共识中，因为网络参与者愿意接受它们。参与者通过下载和使用比特币软件来接受比特币软件。在法定货币体系中，规则不是由共识产生的，而是由法律产生的(法定货币这个词的定义)。我们不对我们的货币政策投票。相反，货币政策受到政治家的影响，并被这些人所控制：
2019年4月的美联储董事会会议
比特币为什么有价值？
人们购买比特币是因为它具有优越的货币属性，从而抬高了其价格。价格上涨吸引了更多的矿工，扩大了网络的计算能力，使网络更安全，更有价值。随着时间的推移，这进一步提高了价格。随着比特币价格的上涨，它创造了一个正反馈循环，参与者相信它会继续上涨。这就是应用于价值标准网络效应的力量。这个反馈回路是基于比特币的货币属性(由规则决定)，因为没有这些属性，人们一开始就不会去投机比特币。
规则怎么变？
比特币软件被称为比特币核心，可以在bitcoin.org下载。它是使用最广泛的比特币软件，但也有其他有效版本的比特币软件。其他版本必须与比特币核心保持最低程度的相似性，才能参与比特币网络。这个最低级别是一个节点需要以与其他节点相同的方式检查事务和块的有效性。如果它不这样做，它创建和转发的事务/块可能不会被其他节点接受，反之亦然。比特币核心是这些规则的标准，所以它是比特币事实上的规则手册。
为了改变规则，有必要在三个主要利益相关者群体之间达成共识：
你可以看到每个群体都有一种权力形式，但没有一个群体拥有完全的控制权。请注意，少数开发人员实际上可以更新代码(称为提交权限)，而社区的其他成员则公开建议更改。
如果有人试图控制这一小部分有提交权的开发者怎么办？他们有能力为社区制作新的软件，让社区成员自愿下载，但不能强制下载。此外，对软件的所有更改都由社区成员进行审查，因为它是开源的，所以任何更改都会很快被发现。
比特币规则由社区创建，由拥有提交权限的开发者实施。节点(矿工)必须下载更新后的软件才能让网络接受，投资者必须继续持有和购买比特币才能让软件改动生效。
比特币规则的改变需要主要利益相关群体的共识。
我们的合法金融系统被一个高度集中的集团所控制。你可以选择是遵守比特币体系的民主，还是遵守现行法律体系不断变化的规则。随着越来越多的人采用比特币系统，这个决定将变得更加容易。然而，这种采用需要当前支持它的生态系统的重大发展。
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