共识协议
比特币本质是去中心化的数字货币。
数字货币
一种基于数字形式存在的货币，它可以通过电子方式进行存储、转移和交易。
与传统的纸币或硬币不同，数字货币只存在于计算机网络或电子设备中。
它通过密码学技术来确保交易安全和防止伪造。
数字货币可以分为两大类：中央银行数字货币（CBDC）和加密货币。
数字货币突破传统货币交易的天然实体壁障，给交易带来了巨大的便利。 但凡事皆有两面，数字货币也有其需要处理的问题
双花攻击 （Double-Spending Attack）
双花攻击是指在数字货币或加密货币系统中，一个人试图使用相同的一笔货币在不同的交易中进行多次支付。
举例：攻击者试图利用网络延迟或其他系统特性，使同一笔加密货币同时在两笔交易中被使用。简单来说，攻击者创建两笔交易，并希望它们都被验证和记账，达到用一笔钱支付两次的效果。
与假钞的制造难度不同，数字货币本身为带有签名的数据文件，可以随时进行复制。
如果是CBDC，则需要依赖于中央银行的信用系统来确保货币的流通和交易。 中央银行印证该笔货币的真实性，并将其上链，确保其不可伪造。是一个典型的第三方中心化方式
如果是加密货币，则需要依赖于密码学的安全机制来确保货币的安全。 加密货币的交易需要通过数字签名来验证，确保交易双方的身份和交易内容的真实性。
去中心化需要解决的问题
- 既是货币，那就牵扯到发行。 货币该由谁发行，如何发行，发行多少？ 何时发行？
中心化系统中这是央行需要考虑的问题。 而在比特币系统中，由挖矿来决定货币发行权和发行量。 - 如何验证交易有效？如何防止双花攻击？
同样在中心化的系统中，这依旧是需要中央银行来解决。 而在比特币系统中，交易的有效性验证依赖于系统中维护的一个数据结构，记录货币的使用情况（是否被花过？被谁花过？）。该数据结构由系统中全体用户共同维护，保证了交易的有效性。该数据结构，便是区块链。
比特币系统依靠名为工作量证明（Proof of Work，PoW）的共识协议来处理如上问题。
共识协议
共识协议是分布式系统中用来确保多个节点（参与者）就某个状态或决策达成一致的机制。 除了比特币所使用的 PoW 算法，还有其他共识协议，如 PBFT、Raft、ZAB、ViewStamped Replication 等。
工作量证明（Proof of Work，PoW）
简单讲就是通过计算来证明你有能力解决某个问题。比特币系统中，通过挖矿来获得记账权。
挖矿的过程：
- 选择一个随机数（nonce）
- 在交易池中挑选交易，将这些交易列表放入
block body中。 - 计算
Hash（block header + nonce） - 如果
Hash（block header + nonce）< target，则证明你有能力解决这个问题，可以获得记账权。 - 否则，重复上述过程，直到找到符合条件的 nonce。
挖矿的目标值：
- 目标值越大，挖矿难度越小
- 目标值越小，挖矿难度越大
- 目标值根据网络的总算力和区块生成时间动态调整，以保持平均每 10 分钟生成一个新区块。
挖矿的奖励：记账权 + Block Reward
- 矿工将获得一定数量的比特币作为奖励。起始为 50 BTC，每 210,000 （大约 4 年）个区块减半。
- 在挖矿开始前，矿工会在交易池中挑选交易，将这些交易打包成区块。 除了区块奖励，还有这些交易的交易费用作为奖励。
- 这个激励机制鼓励矿工们积极打包交易，并帮助网络的运行。
行使记账权
- 所谓记账权，其实就是候选区块转正的过程。
- 一旦成功挖矿成功将拥有记账权，矿工将完整的新区块（包括其哈希值和所有打包的交易）提交给区块链网络。
- 其他节点将验证该区块，并将其添加到自身节点维护的区块链中
提示
- 挖矿的过程不具有可预测性，即前一次的结果与后一次计算没有任何因果关系，每次都是独立重复。
- 挖矿的过程需要消耗大量的计算资源。
- 这些计算本身毫无意义。
// 区块的大致结构
{
"block Header": {
// 区块头
"Hash of previous block header": "", // （指向前一个区块指针）
"target": "", // （挖矿难度目标阈值）
"nonce": "", // （随机数）
"Merkle root hash": "" //（默克尔树根哈希）
},
"block body": {
"transactions": [] //（交易列表）
}
}防止双花举例
比特币要求每笔交易都表明该币的来源。
比如，假定 A 获得铸币权，新发布了 10 个比特币（该交易称为铸币交易）。
A 将 10 个比特币转给了 B(5 个)和 C(5 个)，A 对该交易进行签名，同时该交易需要说明所花掉 10 个比特币来源（来自铸币交易）。
之后，B 将自己的 5 个比特币转给 C(2 个)和 D(3 个)，该交易需要 B 的签名，该交易需要说明所花掉的 5 个比特币来自于第二个交易中。
然后，C 将自己所拥有的全部 7 个比特币都转给 E，并对该交易签名，可以发现该交易中 C 的比特币来源于两个交易中。
这样，就构成了一个简单的区块链。【红色部分为比特币来源】
这里面有两种哈希指针。
第一种为指向前面的区块（白色），使得各个区块形成链；
第二种则是为了说明比特币的来源（红色）。说明比特币的来源并非凭空捏造，可以防止双花攻击。
在进行交易时，需要付款人的签名和收款人的地址，在比特币系统中，该地址即为收款人的公钥的哈希。可以将其视为银行账户，根据此进行转账交易。（虽然公钥可以公开，但实际中更多公开的是公钥的哈希）
在交易中，收款方需要知道付款方的公钥，从而验证 A 签名是否有效。即 A 需要提供自己的公钥。 该公钥需要和铸币交易中公钥对的上，这样就防止了恶意节点伪造 A 的公钥来“偷”走 A 的比特币。
在比特币系统中，通过执行脚本实现上述验证过程。将当前交易输入脚本与前一个交易输出脚本（说明币的来源的交易）拼接执行，如果可以正确执行，说明交易合法。