比特币交易全网广播 中国比特币交易中心

一、比特币如何避免广播风暴

比特币几乎是即时接收付款的。然而，在网络开始将你的交易加入一个区块来确认该交易以及你可以使用接收到的比特币之前，有一个平均10分钟的延迟。确认的意思是在网络上达成了一个共识，即你收到的比特币没有用来支付给别人因此被认定是你的财产。一旦你的交易被包含进一个区块，则之后的所有区块都会包含它，这将极大地巩固这个共识并减小交易撤销的风险。每一个用户都可以自行判断交易被确认的时间点，但通常来说，收到6个确认就如同在信用卡交易后等待6个月那样安全。

只有像Bitcoin Core这样的完全节点型客户端才需要较长的同步时间。从技术上来说，同步是一个下载并核实网络上所有以往比特币交易的过程。某些比特币客户端需要知道所有以往的交易才能计算你比特币钱包的可用余额并完成新的交易。这一步骤非常消耗资源，需要有足够的带宽以及能存放整个块链的空间。为了保持比特币的安全性，需要有足够的用户使用完全节点型客户端，因为他们起着确认和中继交易的作用。

二、比特币怎么转账

很多人只知道比特币可以用来投资，却不知道比特币可以像银行卡一样转账。

生活中我们都有自己的银行账户，转账是在银行账户之间进行的。同样，比特币转账就是把比特币从一个比特币地址转移到另一个比特币地址上的过程。

如果你想要转账比特币给别人，你需要在比特币交易平台、比特币钱包或者比特币客户端中，输入你的比特币地址、接收方地址、转账金额和手续费金额。

确定支付后交易信息会在比特币网络进行全网广播。矿工每隔10分钟会将比特币网络中未被记账的交易打包进一个区块，这就完成了一次确认，此时比特币已转到对方账户。

通常需要经过6次确认，确保交易记录不能被任何人窜改，转账才算真正完成。

三、比特币是什么

比特币的概念——

比特币（Bitcoin，缩写BTC）是一种总量恒定2100万的数字货币，和互联网一样具有去中心化、全球化、匿名性等特性。向地球另一端转账比特币，就像发送电子邮件一样简单，低成本，无任何限制。比特币因此被用于跨境贸易、支付、汇款等领域。

比特币的作用和价值——

支付汇款：

众所周知，资金跨越空间流动是有成本的，资金流动成本以刷卡手续费，跨行费，异地/跨国汇款费，货币转换费等方式体现出来。成本的本质是政府和银行臃肿的人员、场地、设备等成本。更重要的是，政府往往还会以外汇管制的方式，限制禁止资金跨越国境流动，而比特币则丝毫不受外汇管制的影响。比特币作为互联网货币，只要有网络的地方，都可以像收发电子邮件一样，极低成本地收发比特币。

智能合约：

所谓的智能合约是一套以编程形式定义的合同，无需人为介入即可自动执行。智能合约能操纵真实世界的资产，当一个预先编好的条件被触发时，智能合约执行相应的合同条款，以此实现“可编程的经济”，例如去中心化的股票、保险、赌博等等功能，并在物联网、供应链等领域得到广泛应用。可编程的经济将能显著解决经济运行中的透明和可信问题，降低社会运行成本。

信息公开：

比特币的每一个交易都经过全网广播，所有交易都是人人可见的，也就是说人人都可查看某一比特币地址的所有历史交易，并且这些交易是绝对无法伪造的，这在某些情况下成为特别有用的特性。

炒作标的：

比特币由于巨大的遐想空间，极大的争议，因此显示出现了远远超其它投资品的波动幅度，天然地适合热钱炒作。在股票市场要达到数倍甚至数十倍盈利，就需要冒着爆仓的风险用杠杆；但在比特币市场无需用杠杆，无需冒着爆仓风险，单靠比特币本身的波动，就可能达到数倍甚至数十倍盈利。

相关国家对比特币的法律约束——

美国商品期货交易委员会（CFTC）将比特币定义为大宗商品，与黄金原油小麦的归类一样。

中国人民银行等五部委联合发布的《关于防范比特币风险的通知》中，禁止金融机构介入比特币。

美国纽约金融管理局（NYDFS）颁布BitLicense（比特币许可证），对开展比特币金融交易的企业实行监管。

英国海关税务总署（HMRC）认为比特币是一种货币，对比特币交易免征增值税。但瑞典和德国等国家政府则一直都认为，比特币应该作为一种商品来加以对待。

欧洲法院（European Court of Justice）作出裁决，认为比特币应作为货币加以对待，而不是被视为一种商品，交易比特币不必像交易商品一样缴纳增值税。

四、比特币的价值在哪里

BTC价格从零开始，到最高等值一盎司黄金，虽有炒作和泡沫的成分，但价格长期围绕着价值上下波动，比特币价格的根本来源是比特币的价值，价值又来源于用途，目前比特币的主要用途有：

1、支付汇款

众所周知，资金跨越空间流动是有成本的，资金流动成本以刷卡手续费，跨行费，异地/跨国汇款费，货币转换费等方式体现出来。成本的本质是政府和银行臃肿的人员、场地、设备等成本。更重要的是，政府往往还会以外汇管制的方式，限制禁止资金跨越国境流动，而比特币则丝毫不受外汇管制的影响。（更好的数字货币交易平台尽在“币汇”）

比特币作为互联网货币，只要有网络的地方，都可以像收发电子邮件一样，极低成本地收发比特币。目前比特币的最低手续费标准是1000聪/KB（聪是比特币的最小单位，1比特币=1亿聪），一笔交易的最低手续费为250聪（数据大小0.25KB），按目前汇率约合0.4分人民币，付款可在数秒内经P2P全网广播到达任何一个国家。而跨国刷卡，跨国汇款的手续费往往高达3%~10%，并且资金往往需要数天的时间才能到达。

2、比特币支付

比特币支付的极低成本，吸引了全球数万商家接受比特币支付，包括微软、戴尔、新蛋等巨头（凤凰财经《戴尔正式接受比特币支付》）。信用卡跨国支付的商家手续费成本为3%-4%，而使用比特币支付的成本仅为0.5%~1%（包括转换为法币的费用），因此商家往往也给出一定的优惠折扣，以吸引买家使用比特币支付，例如戴尔就给出了10%（最高不超过150美元）的优惠。

五、比特币机制研究

现今世界的电子支付系统已经十分发达，我们平时的各种消费基本上在支付宝和微信上都可以轻松解决。但是无论是支付宝、微信，其实本质上都依赖于一个中心化的金融系统，即使在大多数情况这个系统运行得很好，但是由于信任模型的存在，还是会存在着仲裁纠纷，有仲裁纠纷就意味着不存在不可撤销的交易，这样对于不可撤销的服务来说，一定比例的欺诈是不可避免的。在比特币出来之前，不存在一个不引入中心化的可信任方就能解决在通信通道上支付的方案。

比特币的强大之处就在于：它是一个基于密码学原理而不是依赖于中心化机构的电子支付系统，它能够允许任何有交易意愿的双方能直接交易而不需要一个可信任的第三方。交易在数学计算上的不可撤销将保护提供不可撤销服务的商家不被欺诈，而用来保护买家的程序化合约机制也比较容易实现。

假设网络中有A, B,C三个人。

A付给B 1比特币，B付给C 2比特币，C付给A 3比特币。

如下图所示：

为了刺激比特币系统中的用户进行记账，记账是有奖励的。奖励来源主要有两方面：

比特币中每一笔交易都会有手续费，手续费会给记账者

记账会有打包区块的奖励，中本聪在08年设计的方案是：每10分钟打一个包，每打一个包奖励50个比特币，每4年单次打包的奖励数减半，即4年后每打一个包奖励25个比特币，再过四年后就奖励12.5个比特币...这样我们其实可以算出比特币的总量：

要说明打包的记录以谁为准的问题，我们需要引入一个知名的拜占庭将军问题（Byzantine failures）。拜占庭将军问题是由莱斯利·兰伯特提出的点对点通信中的基本问题。含义是在存在消息丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的方式达到一致性是不可能的。

假设有9个互相远离的将军包围了拜占庭帝国，除非有5个及以上的将军一起攻打，拜占庭帝国才能被打下来。而这9个将军之间是互不信任的，他们并不知道这其中是否有叛徒，那么如何通过远距离协商来让他们赢取战斗呢？

口头协议有3个默认规则：

1.每个信息都能够被准确接收

2.接收者知道是谁发送给他的

3.谁没有发送消息大家都知道

4.接受者不知道转发信息的转发者是谁

将军们遵循口头规则的话，那就是下面的场景：将军1对其他8个将军发送了信息，然后将军2~9将消息进行转达（广播），每个将军都是消息的接受者和转发者，这样一轮下来，总共就会有9×8=72次发送。这样将军就可以根据自己手中的信息，选择多数人的投票结果行动即可，这个时候即便有间谍，因为少数服从多数的原则，只要大部分将军同意攻打拜占庭，自己就去行动。

这个方案有很多缺点：

1.首先是发送量大，9个将军之间要发送72次，随着节点数的增加，工作量呈现几何增长。

2.再者是无法找出谁是叛徒，因为是口头协议，接受者不知道转发信息的转发者是谁，每个将军手里的数据仅仅只是一个数量的对比：

这里我们假设有3个叛徒，在一种最极端的情况下即叛徒转发信息时总是篡改为“不进攻”，那么我们最坏的结果就如上图所示。将军1根据手里的信息可以推出要进攻的结论，却无法获知将军里面谁是叛徒。

这样我们就有了方案二：书面协议。

书面协议即将军在接受到信息后可以进行签字，并且大家都能够识别出这个签字是否是本人，换种说法就是如果有人篡改签字大家可以知道。书面协议相对比口头协议就是增加了一个认证机制，所有的消息都有记录。一旦发现有人所给出的信息不一致，就是追查间谍。

有了书面协议，那么将军1手里的信息就是这样的：

可以很明显得看出，在最坏的一种情况——叛徒总是转发“不进攻”的消息之下，将军7、8、9是团队里的叛徒。

这个方案解决了口头协议里历史信息不可追溯的问题，但是在发送量方面并没有做到任何改进。

在我们的示例中，比特币系统里的每个用户发起了一笔交易，都会通过自己的私钥进行签名，用数学公式表示就是：

所以之前的区块就变成了这样：

这样每一笔交易都由交易发起者通过私钥进行数字签名，由于私钥是不公开的，所以交易信息也就无法被伪造了。

如书面协议末尾所说的那样，书面协议未能解决信息交流过多的问题。当比特币系统中存在上千万节点的时候，如果要互相广播验证，请求响应的次数那将是一个非常庞大的数字，显然势必会造成网络拥堵、节点处理变慢。为了解决这个问题，中本聪干脆让整个10分钟出一个区块，这个区块由谁来打包发出呢？这里就采用了工作量证明机制(PoW)。工作量证明，说白了就是解一个数学题，谁先解出来数学题，谁就能有打包区块的权力。换在拜占庭将军的例子中就是，谁先做出数学题，谁就成为将军们里面的总司令，其他将军听从他发号的命令。

首先，矿工会将区块头所占用的128字节的字符串进行两次sha256求值，即：

这样求得一个值Hash，将其与目标值相比对，如果符合条件，则视为工作量证明成功。

工作量证明成功的条件写在了区块链头部的难度数字段，它要求了最后进行两次sha256运算的Hash值必须小于定下的目标值；如果不是的话，那就改变区块头的随机数（nonce），通过一次次地重复计算检验，直到符合条件为止。

此外，比特币有自己的一套难度控制系统，使得比特币系统要在全网不同的算力条件下，都保持10分钟生成一个区块的速率。这也就意味着：难度值必须根据全网算力的变化进行调整。难度调整的策略是由最新2016个区块的花费时长与期望时长（期望时长为20160分钟即两周，是按每10分钟一个区块的产生速率计算出的总时长）比较得出的，根据实际时长与期望时长的比值，进行相应调整（或变难或变易）。也就是说，如果区块产生的速率比10分钟快则增加难度，比10分钟慢则降低难度。

PoW其实在比特币中是做了以下的三件事情。

这样可以防止一台高性能机器同时跑上万个节点，因为每完成一个工作都要有足够的算力。

有经济奖励就会加速整个系统的去中心化，也鼓励大家不要去作恶，要积极地按照协议本来的执行方式去执行。(所以说，无币区块链其实是不可行的，无币区块链一定导致中心化。)

也就是说，每个节点都不能以自身硬件条件去控制出快速度。现在的比特币上平均10分钟出一个块，性能再好的机器也无法打破这个规则，这就能够保证区块链是可以收敛到共同的主链上的，也就是我们所说的共识。

综上，共识只是PoW三个作用中的一点，事实上PoW设计的作用有点至少有这么三种。

默克尔树的概念其实很简单，如图所示

这样，我们区块的结构就大致完整了，这里分成了区块头和区块体两部分。

区块链的每个节点，都保存着区块链从创世到现在的每一区块，即每一笔交易都被保存在节点上，现在已经有几百个GB了。

每当比特币系统中有一笔新的交易生成，就会将新交易广播到所有的节点。每个节点都把新交易收集起来，并生成对应的默克尔根，拼接完区块头后，就开始调整区块头里的随机数值，然后就开始算数学题

将算出的result和网络中的目标值进行比对，如果是结果是小于的话，就全网广播答案。其他矿工收到了这个信息后，就会立马放下手里的运算，开始下一个区块的计算。

举个例子，当前A节点在挖38936个区块，A挖矿节点一旦完成计算，立刻将这个区块发给它的所有相邻节点。这些节点在接收并验证这个新区块后，也会继续传播此区块。当这个新区块在网络中扩散时，每个节点都会将它作为第38936个区块(前一个区块为38935)加到自身节点的区块链副本中。当挖矿节点收到并验证了这个新区块后，它们会放弃之前对构建这个相同高度区块的计算，并立即开始计算区块链中下一个区块的工作。

整个流程就像下一张图所展示的这样：

简单来说，双花问题是一笔钱重复花了两次。具体来讲，双花问题可分为两种情况：

1.同一笔钱被多次使用；

2.一笔钱只被使用过一次，但是通过黑客攻击或造假等方式，将这笔钱复制了一份，再次使用。

在我们生活的数字系统中，由于数据的可复制性，使得系统可能存在同一笔数字资产因不当操作被重复使用的情况，为了解决双花问题，日常生活中是依赖于第三方的信任机构的。这类机构对数据进行中心化管理，并通过实时修改账户余额的方法来防止双重支付的出现。而作为去中心化的点对点价值传输系统，比特币通过UTXO、时间戳等技术的整合来解决双花问题。

UTXO的英文全称是 unspent transaction outputs，意为未使用的交易输出。UTXO是一种有别于传统记账方式的新的记账模型。

银行里传统的记账方式是基于账户的，主要是记录某个用户的账户余额。而UTXO的交易方式，是基于交易本身的，甚至没有账户的概念。在UTXO的记账机制里，除了货币发行外，所有的资金来源都必须来自于前面某一个或几个交易。任何一笔的交易总量必须等于交易输出总量。UTXO的记账机制使得比特币网络中的每一笔转账，都能够追溯到它前面一笔交易。

比特币的挖矿节点获得新区块的挖矿奖励，比如 12.5个比特币，这时，它的钱包地址得到的就是一个 UTXO，即这个新区块的币基交易（也称创币交易）的输出。币基交易是一个特殊的交易，它没有输入，只有输出。

当甲要把一笔比特币转给乙时，这个过程是把甲的钱包地址中之前的一个 UTXO，用私钥进行签名，发送到乙的地址。这个过程是一个新的交易，而乙得到的是一个新的 UTXO。

这就是为什么有人说在这个世界上根本没有比特币，只有 UTXO，你的地址中的比特币是指没花掉的交易输出。

以Alice向Bob进行转账的过程举例的话：

UTXO与我们熟悉的账户概念的差别很大。我们日常接触最多的是账户，比如，我在银行开设一个账户，账户里的余额就是我的钱。

但在比特币网络中没有账户的概念，你可以有多个钱包地址，每个钱包地址中都有着多个 UTXO，你的钱是所有这些地址中的 UTXO加起来的总和。

中本聪发明比特币的目标是创建一个点对点的电子现金，UTXO的设计正可以看成是借鉴了现金的思路：我们可能在这个口袋里装点现金，在那个柜子角落里放点现金，在这种情况下不存在一个账户，你放在各处的现金加起来就是你所有的钱。

采用 UTXO设计还有一个技术上的理由，这种特别的数据结构可以让双重花费更容易验证。对比一下：