区块链知识总结——比特币的共识协议_比特币共识协议

工作量证明介绍：

工作量证明（Proof of Work，简称PoW）是一种用于验证和确认区块链上交易有效性的机制，最常见的应用是在比特币和许多其他加密货币的区块链中。

1. 基本原理： 工作量证明的基本原理是通过解决一个复杂的数学难题来证明计算机进行了一定量的工作。这个难题通常是一个哈希函数的碰撞问题，即找到一个输入，使得经过哈希函数运算后得到的结果满足特定的条件，如小于某个目标值。在比特币中，这个难题就是找到一个符合特定条件的区块头的哈希值，这个条件就是使得该哈希值小于目标值，这样的区块被称为“有效区块”。

2. 挖矿过程： 在工作量证明机制下，参与者通过进行所谓的“挖矿”来尝试解决这个数学难题。挖矿过程包括选择一组待确认的交易，并且计算一个特定格式的区块头，该区块头包含了这些待确认交易的摘要以及一些其他信息。挖矿的目标是找到一个符合要求的区块头，也就是找到一个合适的哈希值，使得该区块被网络接受。为了获得这个哈希值，矿工需要不断尝试不同的区块头，即不断进行哈希运算，直到找到符合条件的结果。

3. 难度调整： 为了保持区块产出的平均时间稳定，在比特币和其他使用工作量证明机制的区块链中，存在一个动态调整难度的机制。这个难度会根据网络的总算力进行调整，使得平均每个区块的挖掘时间大约是固定的，通常是约10分钟。

4. 竞争与奖励： 由于挖矿是基于竞争的，只有第一个找到有效区块的矿工才能获得奖励。在比特币中，挖出有效区块的矿工会获得一定数量的比特币作为奖励（平均每四年会减半），同时还会获得区块中包含的交易手续费。

5. 安全性： 工作量证明机制的安全性建立在假设大多数算力控制在诚实节点手中的基础上。如果一个攻击者想要篡改区块链上的交易记录，他们需要控制超过50%的网络算力，才有可能在短时间内构建出比整个网络更长的分支。这种攻击被称为51%攻击，是一种非常困难和昂贵的攻击方式。

工作量证明机制在保证了区块链的安全性和去中心化的同时，也面临着能源消耗高、扩展性差等问题。因此，一些新的共识机制如权益证明（Proof of Stake）等也在被提出和应用，以解决这些问题。

问题如果两个矿工A与B挖矿的时候，选取的交易记录有重叠，并且A率先挖出，那么这是不是意味着B就白挖了？

answer:并不是的，由于解决这个数学难题是具有无记忆性的，也就是说矿工无法预测下一个正确的解，因此他们只能不断尝试。如果矿工A率先解出了这个难题并添加了新的区块，那么矿工B的工作虽然没有直接成功，但并不算是白挖，因为B的努力也有可能会成为下一个区块的解。因此并不会。

数字货币发行需要解决的两个主要问题是：

1. 权威问题： 即确定谁有权发行和管理数字货币。在中央化的体系中，通常是由政府、央行或其他中央机构负责发行货币。而在去中心化的加密货币世界中，这个问题可能更加复杂，因为没有一个中心机构来掌控货币的发行。因此，需要一种机制来确保货币的发行是公平和透明的。

2. 双花攻击问题： 这是指如何防止同一笔数字货币在不同的交易中被多次使用，即确保交易的有效性和不可逆转性。在传统的中心化系统中，这通常由中央机构来验证和记录交易，如银行或支付处理公司。而在去中心化的数字货币系统中，需要一种机制来确保交易的有效性，而不需要信任中介方。

比特币的解决办法：

1. 权威问题： 比特币的发行是通过挖矿来完成的，而不是由中央机构控制。挖矿是一种竞争性的过程，通过解决复杂的数学问题来验证和记录交易，并生成新的比特币。任何人都可以成为比特币网络的一部分，参与挖矿，但只有成功解决问题的矿工才能获得新的比特币奖励。这种机制确保了比特币的发行是公平和透明的。

2. 双花攻击问题： 比特币通过区块链技术来解决双花攻击问题。区块链是一个不断增长的交易记录数据库，其中的每个区块都包含了一定数量的交易信息，并通过密码学的方式链接在一起，形成一个不可篡改的链条。当一笔交易被确认并添加到区块链上后，就不可逆转，其他节点会验证该交易的有效性，从而防止双花攻击的发生。

在数字货币交易中，通常会包含输入（input）和输出（output）信息，这些信息用于确保交易的有效性和安全性。这种结构在比特币和其他加密货币的交易中都很常见。

1. Input（输入）： Input指的是之前交易的输出（或称为未花费的交易输出，UTXO），它们作为本次交易的输入。每个输入都包含两部分信息：

   • 交易ID：指向之前一笔交易的唯一标识符。
   • 签名：由发送者用私钥签名的数据，证明了发送者对之前的输出拥有权利。

2. Output（输出）： Output则定义了交易的接收者以及他们的公钥哈希（或脚本）。每个输出包含两部分信息：

   • 金额：指定接收者将收到的货币数量。
   • 收款人地址（公钥哈希）：这是接收者的公钥的哈希值，它确保只有私钥对应的公钥能够解锁这笔交易，并且可以使用这笔交易的输出作为未来交易的输入。

在比特币的交易中，一个交易可以有多个输入和输出，这使得复杂的交易和多方参与成为可能。每个输出的金额总和必须等于输入的金额总和，这确保了交易的平衡性。同时，每个输出只能被使用一次，这确保了交易的安全性和不可逆性。

几个小问题：

1.转账交易中，A(支付人)需要知道收款人B(收款人)什么信息吗？

answer:A需要知道B的地址（公钥经过哈希函数处理而生成的）。

2.转账交易中，B（收款人）需要知道A（支付人）什么消息吗？

 answer：B需要知道A的公钥，即知道A的身份，所有节点都需要知道A的公钥（用于验证）