08年经典论文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》
我一直在研究一种完全对等的，没有可信赖的第三方的新型电子现金系统… —— 中本聪
关键词：点对点，去中心化，防篡改，无可信第三方，多方互不信任，数据存证
平时用微信/支付宝给朋友转钱，或者银行转账，是怎么保证钱真的转过去了？答：有银行/支付宝这些大公司记录着呢。
银行、支付宝这些就是中间人，我们信任它们来帮我们记账、保管钱。但是，如果世界上没有银行、没有支付宝、没有微信支付，我们怎么在网上安全地把钱转给别人，并且保证对方收到了，钱不会被乱花（比如‘双花’问题，同一笔钱花两次）？怎么保证记账的人不作弊？
区块链就是一个能制约参与者的公共记账本。注意关键词：链，公共，制约。
链，约等于链表，顺着链，要能找到普天之下所有的历史交易。这是设计区块链的根本目的。（解决双花问题，要能知道这笔钱以前有没有花过）。
公共，所有人都能访问链且有机会新增一个链节（叫区块）。记账操作是，从内存池（里面都是待确认（待上链）的交易条目）中选择一些个条目，把这些作为新区块，寻找一个nonce值，寻找的过程是机械的、消耗巨大算力的，这个过程被称为工作量证明（Proof-of-Work）。当将这个nonce与当前区块所有数据结合并进行整体哈希运算后，生成的哈希值必须满足特定条件（如以若干个零位开头）。找到产生这种哈希的nonce需要大量计算资源，闷头算就好了。但nonce的验证非常简单。一旦某个矿机算好了，就把nonce值和区块头告诉其他矿机。大多数矿机验证无误后，新区块创建成功，成为公共的。算出nonce的矿机得到一些奖励（比特币），其他矿机放弃掉原先没算完的数，在新链的基础上，重新挑选一些待确认的交易条目进行计算。
不可篡改： 一旦一个区块被大家确认并加到链上，想改它就非常非常难！为什么？因为每个区块都像连环锁，包含了前一个区块的特殊哈希值。如果你想偷偷改掉很早以前的一个交易，你就必须把从那以后的所有区块都重新算一遍，而且要在所有矿机都还没更新到新账本之前，让超过一半的矿机都认可你改过的账本。这几乎是不可能的任务。
分叉问题：节点始终以最长链为正确版本。如果两个有效区块几乎同时到达形成临时分叉，节点通常会先处理最先收到的区块，但保留另一个分支。任何节点发现工作量证明后，会扩展其中一个分支，哪个分支被延长就会变得更长，而处理较短分支的节点只需切换，放弃较短的分支，转而处理更长的获胜链。
节省磁盘空间：使用默克尔树这种高效的数据结构，将交易成对哈希，构建类似树状结构，直到顶部得到单一哈希（默克尔根）。只有默克尔根哈希被包含在区块头中并与工作量证明链接，允许从后续区块中丢弃大部分旧交易数据，只需保留根部的区块头，节省磁盘空间。
简化支付验证（SPV）：SPV客户端只需下载最长工作量证明链的区块头，通过获取将交易链接到区块的默克尔分支，从全节点获取时间戳，并使用区块头和该分支，可确认交易包含在被接受的链中，无需整个区块链。
总之，在比特币网络中，作弊在计算上不可行，实现点对点的直接交易，且交易难以被计算逆转，保护卖家免受欺诈，也方便买家实施托管服务。
Q & A
区块的粒度
一次交易就是一个区块吗？
答：不是。有三个层次：1）交易是最小单位（比如单笔转账）2）区块是容器，里面包含了多个交易。3）区块链是区块串成的链条。把一段时间内（比如10分钟）发生的很多笔交易（几十笔、几百笔甚至更多）收集起来，像打包一样，计算出nonce后，就形成了一个新的 ‘区块’。
矿工之间的竞争
所有矿工算同一个数据包吗？
答：不是。矿工的选择权是区块链去中心化特性的体现。 允许矿工自由选择高手续费交易，激励他们优先处理用户愿意多付钱的交易，提高了网络处理交易的效率（用户可以通过提高手续费让交易更快被确认）
假如一串交易的发生顺序是1，2，3，4，5，6，那么矿工可以选择4，5，6而跳过1，2，3。此时交易1、2、3只是暂时留在全网共享的“待确认池”（内存池/Mempool）里，后续的矿工在打包下一个区块时，依然能看到这些交易，并可能选择打包它们。区块链不记录交易的“自然发生时间”，只记录它们被打包进哪个区块。如果交易4、5、6先被打包进区块N，而交易1、2、3被打包进区块N+1，那么在账本上：交易4、5、6 的确认时间早于 交易1、2、3
矿工之间的竞争2
有没有矿工为了每次都抢在所有人前面算出nonce值，而选择每次只挑出一个交易进行区块的创建？这是否算作弊？
答：技术上矿工可以这样做（只打包1笔交易甚至空区块），但这通常不是作弊，而是极不划算的愚蠢策略。因为很多人以为打包交易越多，计算nonce越慢。但实际计算nonce的速度与区块中的交易数量几乎无关。矿工在解题时，实际反复计算的是区块头的哈希值。
关于什么是区块头，约等于整个区块的校验值。包含了这个区块：前一区块哈希值，本区块打包了哪些交易（叫Merkle根）、区块创建时间（时间戳）、nonce等。矿工反复、疯狂的做一件事：改变Nonce → 计算区块头哈希值 → 是否等于某个特殊值，比如前18位都是0
所以无论打包1笔或4000笔交易，矿工要计算的哈希值都是80字节区块头，所以没人打空包创建空区块。
经济模型问题
奖励与货币必须一致吗？
答：是。在比特币系统中，矿工创建新区块获得的奖励必须是比特币本身，不能是别的钱。这是精心设计的：新比特币只能这样产生、矿工需要被激励、系统完全自循环
补充：代码规定：区块奖励每4年减半（如2009年奖励50 BTC → 现在6.25 BTC → 2024年后3.125 BTC）2140年左右全部挖完，之后矿工只赚交易手续费。
论文翻译：https://zhuanlan.zhihu.com/p/180315198
