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知乎问答：比特币系统是如何运行的？
来自: 知乎
& & 本人从2011年开始关注，给山寨币贡献过代码，yacoin-p2pool的作者，比特币协议基本上全都研究过一遍，写过交易网站，长期跟踪过silkroad，几乎见证了大半个比特币的历史。&正如《战争之王》开头尤里所说“I'm&just&gonna&tell&you&what&happened.”本篇会用大量的干货来描述到底在发生什么。&比特币原理下面开始用简练的话来介绍比特币原理：1.首先你要知道公钥和私钥的概念（已经懂的不用看这部分了）&公钥私钥是现代密码学分支非对称性加密里面的名词，通常都是用公钥加密信息，用私钥解密信息，为什么要这样？&因为你看电视剧的时候，发电报那种都是对称性加密，这种加密方式缺点是显而易见的，如果被人知道了密钥和加密方法，于是按照加密方法反着来就能解密。&一直到非对称性加密这种情况才有所改观，公钥就是可以对全世界公开的密钥，比如你和google通讯，用google给的1024位的公钥加密，送到google那里只有他有对应的私钥，只有他能解密，于是就保证了通讯安全2.比特币主要用了ECDSA，也就是椭圆曲线签名算法，这个算法有两个特性，注意这两点对下面至关重要a.只要知道私钥，可以算出相应的公钥；b.你用私钥签名过的东西，可以用公钥算一下是不是你签的；3.知识准备完了，下面开始讲比特币的交易，比特币其实没有钱包，只有交易账单，整个比特币就是一大堆交易账单比如：账单1&从A转到B&转了XXX比特币账单2&从B转到C和D&转了XXX比特币账单3&从C转到E&转了XXX比特币。。。。任何人只要下载了客户端都能接收到从比特币成立那一天起的所有账单，所以，只要把所有账单都下载全了自然知道每个账户上应该剩多少钱（这里仔细思考下）4.比特币的账户，就是刚才讲的一段公钥5.下面我开始贴一个比特币的账单，这里是核心部分了！！！&每个账单都是一段数据，你签完了以后会发送到全网，把数据结构逆向成易懂的中文解释如下：FROM（谁发送的，包括两部分）Previous&tx:&你要花的这笔钱的那个账单的id，&也就是说，你花的任何一笔钱都应该有人转给你过，需要出示那个账单的idscriptSig:&你对这笔交易的签名，就是把单子用你的私钥做hash，只有你能做这个hashTO（谁接受，包括两部分）Value:&要发多少scriptPubKey:&对方的公钥，比特币账户就是一段公钥6.等你签完单子以后，开始往全网发送，怎么发呢？&比特币通讯没那么复杂，你可以类比成IRC频道，但和普通的“IRC”不同的是，任何一个客户端都是一台“IRC”服务器，当你启动客户端的时候，会接收到周围的有公网IP的客户端地址，就是“服务器”列表，这个列表也不断的刷新，都是其他的比特币用户，于是你在这个“IRC”喊一句话的时候，周围的人会听到，进而扩散的全世界。7.把签单发送到全世界以后，所有收到这个单子的客户端会效验你这个单子对不对，比如会效验你的签名，是不是你发的，会效验你是否有那么多钱（根据历史交易可以推算出你有多少钱可以花）如果这个交易大家算过没问题了，基本上就算转账成功了。8.实际上现在对方已经接受了比特币，但是要想花的话，他得有那个地址（公钥）对应的私钥。于是他就能填下一个单子的&FROM头部，Previous&tx就是刚才这笔交易的序号，scriptSig填用他私钥签名过的hash如此往复。。。挖矿然后再解释挖矿部分，我在极力的简化整个过程，以方便大家理解，所以上面特地去掉了挖矿、双花问题（伪造货币、同一笔钱花两次）这些其实上面那个解释读完了就会有个疑问，既然都是交易记录，那最初的钱是哪里来的？交易得有原始的那部分钱，那笔钱就是挖矿进来的挖到矿以后也会得到一个交易记录的东西，但是FROM那边很特殊，整个体系也认可这个FROM另外实际上，账单是要附着到块（block）上的&，账单发到全网以后，需要全网去计算正不正确刚才不是说全网一块算么，比特币规定，第一个算出来的有奖励，就是挖矿所得，现在这个奖励数额是25比特币，那么。。。。。我只用一台pc算是不是太弱了，于是就有了矿机，挖矿这东西的作用就是核算比特币的交易是不是正确，矿机就是为了比别人算的快洗钱很多谈论比特币的人如果不是真的资深，都无法解释洗钱的问题，而这个问题才是关系到比特币的本质。&比特币为什么能洗钱，这个也是比特币的特性决定的，在上面我解释过比特币的账单，那个只是1个进（FROM），一个出（TO），实际上比特币的协议允许无数个进，无数个出，只要FROM的总额等于TO的总额就可以，为了大家更加形象的了解我特地从实际的比特币交易记录里面找了一笔多个FROM多个TO的交易，截图如下，链接见这里这些都了解了以后，我们来看这样一个交易：如果一个从事毒品交易的人A要想卖家B付款，可以搞一个这样的交易，左边无数个无辜的人，就一个毒品买家，右边无数个无辜的人，就一个卖家。当FBI知道毒品卖家账户的时候，要想查源头，需要追溯无数个无辜的人，挨个去核实他是不是买家，实际情况下，楼上这种交易可以重复几百次，于是最后想回溯金钱来源变的很困难，因为可能涉及几万几十万人，这些人又有可能分部在全世界各个国家.............那有人会疑问，你光在这儿空说，有真的提供洗钱服务的网站吗？&有！&并且很有名，就是这家网站提供的钱包服务的其中一项——shared&address（顾名思义，共享地址，公共地址，让比特币在公共地址转一圈，黑的白的搅合一块）具体可以见他网站的说明：&&中文的报告见：截止目前为止上累计转账金额有400多亿美金吧，至于这里面有多少是黑的有多少是白的，其实分不清了，从某种意义上说，投资比特币的人炒作比特币的人，就是上面说的“白“的，无辜的人，他们的钱和毒品、军火、恐怖分子的钱混合一块再出来，他们其实是其中的一份子。关于洗钱更多的可以看这篇。作者也是我，里面有FBI关于比特币洗钱的PDF，还举了一个典型的例子——毒品交易网站丝绸之路（前两天已经被FBI关闭），以及这网站是具体如何做到匿名的。赌博赌博是比特币的第二大支柱，主要是因为一个网站，&翻译成中文叫“中本聪色子”，这个网站跟彩票类似，但是与以前各种彩票都不一样的是，他利用比特币的blockchain研制了一种算法，使得去他网站下注站方一定是无法作弊的，从算法上保证了公正性，一定不会出现双色球黑幕那种事情，所以深受赌徒们的欢迎，而他只收取交易提成。&6月份的数据显示，这个网站的交易金额占比特币所有交易的51%。小结因为有洗钱和赌博这两个“刚需”在里面支撑着，比特币一时半会很难死掉，或者说二级市场上是崩溃了再拉起来，因为里面有A股庄家，他们是利益集团，会让比特币一直活跃，比特币又能做空，操控起来如鱼得水，证监会又管不到他们，所以同样的伎俩会他们可以一直玩下去。而真正使用比特币洗黑钱的人根本就是把钱兑换到比特币黑箱里面洗完了马上再兑换出来，整个过程大概不超过几分钟吧。中国人在其中的角色·&第一类人，制作矿机，卖矿机的。基本上世界上所有的矿机不管是洋牌子，还是中国牌子，全部是中国制造，比如著名的蝴蝶矿机（BFL）他们就是在中国生产，南瓜张博士更不必说，更有华强北做手机的人，有一阵山寨机没利润，手机行业差能过剩，所以很多做手机的把板子一改挖矿去了。·&第二类人，矿工。世界上最大的一个矿团在中国，中国区的矿机运算量占了全世界很大一部分，中国人挖矿有得天独厚的条件——公家电，还有的人用单位的集群挖矿。·&第三类人，做交易网站的。以（比特币中国）老板杨林科为代表，迄今为止，btcchina的交易量已经跃居世界第一，中国区三大兑换商+一家期货交易商已经垄断了世界比特币交易，每天的总交易额大概得有10亿到15亿，A股工商银行一天才1-2亿人民币交易额·&第四类人，庄家。最近以中国为首的这波比特币上涨就是他们的作品，这些人来自于A股，他们在A股市场被称为涨停敢死队，如此一帮疯狂的人进入了一个不受监管的市场，后果可想而知，有消息称·&第五类人，黑客。其中的代表是这家网站，11月初此网站开始按条数出售个人信息，基本上输入你常用的id，马上能搜出身份证甚至支付宝账户信息，此网站就是采用比特币支付，不过网站开了两天以后站长可能吓破了胆，关门大吉。口说无凭，具体可以看：&里面大量干货、截图&·&第六类人，比特币长线投资者，以李笑来和神鱼为代表，他们长期看多，也不怎么交易，入场很早，基本都发财了·&第七类人，比特币短线投机者，表现是每天在各大交易网站买入卖出，我在btc-e的交易频道和这些人交流过一段时间，不过还是无法理解为什么会有人选择风险如此大的市场。未来崩溃问题比特币因为和黑色相关的东西很多，而这些黑色的东西往往因为人性固有的黑暗无法彻底消灭，所以比特币会长期存在的。比如庄家会靠这个长期盈利，他们的伎俩无非是拉高派发的同时高杠杆做空，比特币涨他们挣钱跌也挣钱，跌下来收集筹码再来一轮，一直这么持续下去，仅此而已（到A股操纵股价会被抓，到这里如鱼得水呵呵），&长期的疯涨疯跌又会引来各路媒体的关注，于是又有更多的人入场。&比特币中国交易平台不知道比特币是被操控的吗？&国外最大的交易平台MTGOX不知道比特币是被操控的吗？&里面操盘的庄家会乖乖的退出不再干预吗？&一些收了钱的媒体会停止报道吗？&中国的疯狂投机者会在可以预见的将来变的理性吗？&这些问题只能呵呵，监管部门不作为才是奇怪的。暴涨暴跌问题比特币的波动问题，原因有几个：·&用户增加。比如从最近开始，一个是本来非常小非常小圈子里面的东西突然曝光给几十亿人，任何一个东西耗费了如此多的媒体资源曝光，本身就给比特币带来了大量资金。·&媒体带来的新人里面基本上大部分是投机客，投机客的特点是过分高估比特币的升值潜力，假如比特币的真正使用者（比如上面提到的黑市）平均每年增长100%的话，投机客蜂拥而入，有可能会把以后几年比特币的增长前景全部透支，吹成10000%，也就是格林斯潘说的泡沫。&在股票市场里面这叫提前消化利好，等于说现在的比特币价格已经算进了一段时间以后的增值潜力。这就比如贷款买房透支了今后20年的工资，如果工资稍微断顿的话会发生什么？&·&庄家。这个长期存在，大家都知道有庄，尤其是这波上涨与庄家更是密不可分。·&政府的政策影响，尤其是中国，因为中国的比特币交易量占世界比例很大，所以自然中国政府的政策对比特币有重大影响。我经历过的比特币从历史上从5美元到30美元，再跌到2美元左右，再到90美元，再跌下来，再后来曾经有段时间在横盘过好几个月，因为这几个月实在是新用户没增加，新进场也都疲倦了，老用户一看横盘也懒得交易，庄家在里面做波段。再后来的暴涨是媒体大肆渲染、新人大量涌入、庄家操作的几方面的结果。所以比特币不是没有稳定过，稳定状态下洗钱的人兑换进去再兑换出来时间应该很短，价格波动影响不是太大。比特币稳定的前提是：·&盘子足够大，大到没有任何庄家、任何交易所能够垄断住交易，&一个庄家做空，另一个大户可能持恰恰相反的意见，当盘子足够大的时候波动1%，其实影响就很大了（例如黄金、外汇、股票、期货），盘子大1%的波动和盘子小一天30%其实一个味儿；&·&媒体不会像最近这样大惊小怪，比特币的用户趋于稳定，每天的交易额也维持在一个相对固定的规模上，而不是像现在这样扔在指数级增长。要想重新达到一种稳态，目前来说短期内是不可能的：·&仅仅是在2011年比特币中国一天交易量也就是1w人民币，去年一天也就3000w，而今年一天到过四五亿，明年交易量到多少不清楚，明年盘子多大也难以预言；·&持有大量比特币的人仍然很多，可以说比特币里面严重财富不均，这些人都是潜在的可以让比特币暴涨暴跌的人。不过话又说回来了，他们一旦抛出了筹码，虽然一方面赚到了钱，另一方面也失去了控制权，他们要想继续炒作，也只能自己去市场上买筹码，那也有被套的风险；·&比特币冲击了国家秩序，必然会遭到打压，在他成熟之前恐怕最大的风险来源于各国政府，而政府采取的策略就很多了，可以禁止交易、可以用大量计算资源攻击、可以qiang掉比特币协议，可以让国家队进场操控，面对一个国家，比特币还是很弱的。通缩问题你无法阻止更多从A股来的投机者入场，再加上比特币总量是有限的，长期通缩，所以放在”年“这个时间尺度上来看，比特币是会涨的，短期则是巨幅波动。&至于要不要投资？&这个看个人喜好了，有的人不喜欢风险，那就余额宝国债逆回购奏起，有的人实在闲的钱没地方投资了，可以买一两顿饭钱的玩玩，但是也得等到市场低迷的时候（和股票一样，大街小巷都在谈的时候，都认为不会跌的时候，都想买的时候，往往是最后的疯狂）。可能的藏匿财产问题由于天朝众所周知的官员财产问题，比特币有可能成为藏匿财产的工具，目前但是目前还没有这个先例，我们拭目以待了。为什么我会有这个担忧？&因为有脑钱包这个东西，具体可以自己搜这个关键词，也可以看&简单的说脑钱包有如下特性：只要你记住一个特有的字符串（一句诗词+你的id，你最喜欢的一句话+电话号码，随便怎么写都行），或者知道一个特殊的文件（比如windows安装盘最后一个文件），按照这个字符串或者特定的文件的hash值就能生成一个比特币钱包（一对公钥和私钥），这个钱包只有你知道只有你能用。于是对那些携款逃跑的人来说，再也不用担心钱放了家里被抄，&埋了地里被人挖到，携带黄金偷渡被地头蛇敲诈，携带钻石不易兑换，一切只需要记住一句话，于是到世界任何一个角落都兑换出来花掉，你说可不可怕？被极端势力运用的问题最后比特币最大的疑问是是否会成为恐怖分子的资金来源，一旦此物被新疆的一些极端势力运用后果不堪设想，所以国家应该长期跟踪这个东西，尽早拟定监管方案，否则不仅会对金融秩序造成冲击，恐怕还会引起政治问题。附录很多人关心做空问题，为了大家更直观的了解比特币的金融衍生品发展到什么地步了，截几个图。买多，10倍左右杠杆卖空，也是10被左右杠杆卖空，也是10被左右杠杆比特币买卖上证指数的股指期货比特币买卖上证指数的股指期货买卖IPO发行的比特币股票买卖IPO发行的比特币股票融资融券融资融券据称该交易所最近打算开展直接的现金汇兑（等于绕过了香港金管局），所以比特币的问题很复杂，更像是一种不受监管的、高度投机的、带有洗钱功能的金融衍生品。更新：时隔半年基本上此文写的东西很多得到了印证，包括央行对比特币的管制措施进一步严厉，比特币价格在无人问津之后又涨到680美元（bitstamp价格，如果mtgox还在的话溢价会更高），这是一个高度投机的游戏，涨涨跌跌会一直持续下去的，我们拭目以待。&&来自：知乎
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比特币通俗解释
这篇文章不会涉及算法和协议中比较细节的部分，打算后面会再写一篇程序员视角下的比特币原理，那里会从技术人员的视角对比特币系统中较为关键的数据结构、算法和协议进行一些讲解。
在这篇文章中我会给出一个虚拟的村庄叫“比特村”，整个文章会以讲故事的方式，逐步告诉大家比特币提出的动机、解决了什么问题以及一些关键组件的目标和设计方案。
问题的提出
我们先从比特币产生的动机开始。
以物易物的比特村
话说在这个世界上，有一个叫比特村的小村庄，村庄共有几百户人家。这个村庄几乎与世隔绝，过着自给自足的生活。由于没有大规模贸易，比特村村民一直过着以物易物的生活，也就是说村民之间并没有使用统一的货币，互相间的贸易基本上就是老张家拿一袋面粉换老李家一只羊，王大嫂拿一筐野果换刘大婶两尺布。村民们一直就这么纯朴的生活着。
终于有一天，村民觉得一直这样以物易物实在太不方便了，于是村子全员开会，讨论如何解决这个问题。有人提议，以便于分割且稀有的东西，例如黄金，作为一般等价物，把其它物品和黄金的对应关系编成一张表格，例如一克黄金对应一只羊，一克黄金对应一袋面粉等等，此时老张再也不用扛着一袋面粉气喘吁吁的去老李家换羊了，他只要从家里摸出一克金子，就可以去老李家牵回一只羊，而老李拿着这一克黄金可以从任何愿意出让面粉的人那里换回一袋面粉，当然也可以换取任何和一克黄金等值的物品。
此时比特村进入了实物货币时代。
好景不长，过了一段时间，实物货币的弊端也出现了。因为比特村附近金矿并不多，开采和冶炼金子太费时费力了。而随着使用，金子总是不断会因为磨损、丢失或有人故意囤积而发生损耗。全村人又一次坐在了一起，开始商讨对策。此时有人说，其实大家也不必一定要真的用黄金啊，随便找张纸，写上“一克黄金”，只要全村人都认同这张纸就等于一克黄金，问题不就解决了。其他人纷纷表示认同，但同时也有了新的问题：真实的黄金是需要开采和冶炼的，金矿有限，开采和冶炼也需要成本，所以没有人可以短期凭空制造大量的黄金，可写字就不同了，只要我纸够笔够，随便像写多少写多少，那这就变成拼谁家里纸多了，搞不好到时一万张纸才能换一只羊（实际上这就发生了经济学上的通货膨胀）。
大家一想也是啊。不过此时又有人提出了解决方案：这个纸不是谁写都有效，我们只认村里德高望重的老村长写得，大家都认识老村长的字。老村长写一些纸，同时按照各家黄金存量发给大家等量的纸，例如老张家有二百克黄金，老村长就发给老张二百张写着“一克黄金”的纸，同时将老张家的黄金拿走作为抵押。就这样，老村长将村里所有黄金收归到自己的家里，并按各家上交的黄金数量发给等值的写有字的纸。此时村民就可以拿着这些纸当黄金进行贸易了，而且大家都认得老村长的字，其他人伪造不出来。另外，如果谁的纸磨损太严重，也可拿到老村长那里兑换新的等值的纸，另外老村长承诺任何人如果想要换成真黄金，只要拿纸回来，老村长就会把等值的黄金还给那人。因为老村长写得纸的黄金量和真实放在家里的黄金量是一样的，所以只要严格按照销毁多少纸新写多少纸的原则，每一张有效的纸总能换回相应的真黄金。
此时，比特村进入了符号货币（纸币）时代。而老村长就承担了政府和银行的角色。
中央系统虚拟货币
又过了几年，老村长由于每天都要核对大量的旧纸币，写新的纸币，还要把各种账目仔细做好记录。一来二去，老村长操劳过度不幸驾鹤西去了。
比特村再次召开全体大会，讨论应该怎么办。此时老村长的儿子二狗子自告奋勇接过了父亲的笔，承担起货币发行的责任。这个年轻的村长二狗子很聪明，他做了几天，发现好像也不用真的写那么多纸。完全可以这样：村民把纸币都交上来，销毁，但是二狗子会记录下每户上交的纸币数量。以后如果要进行付钱，例如老张要拿一克金子向老李换一只羊，就一起给二狗子打个电话，说明要将老张名下的一克金子划归老李名下，二狗子拿出账本，看看老张名下是否有一克金子，如果有就在老张的名下减掉一克，在老李的名下加上一克，这样就完成了支付，此时老李在电话中听到二狗子确认转账完成，就可以放心让老张把羊牵走了。
此时比特村进入了中央系统虚拟货币时代。每个村民都不需要用实物支付，支付过程变成了二狗子那边维护的账本上数字的变更。
分布式虚拟货币
这新上任的二狗子是聪明，不过这人有时候是聪明反被聪明误。有一天二狗子盯着这账本，心想这全村各户谁有多少钱就是我说的算，那我岂不是……。于是他头脑一热，私自从老张帐下划了十克金子到自己名下。
本以为天衣无缝，但没想到老张也有记账的习惯，有一天他正要付钱却被二狗子告知账户没钱了。老张核对了一下自己的账本，明明还有十克啊，于是拿着账本去找二狗子理论，这一核对发现了那笔未经老张同意的转账。
东窗事发！比特村炸开锅了。二狗子被弹劾是不可避免了，不过通过这件事，大家发现了账本集中在一个人手里的弊端：
这个体系完全依赖于账本持有人的个人信用，如果这个人不守规矩，随意篡改账本，那么整个货币系统就会崩溃
如果这个人家里失火或者账本失窃，同样也会为整个体系带来毁灭性的打击
正当人们不知所措时，村里一个叫中本聪的宅男科学家走上了台，告诉大家他已经设计了一套不依赖任何中央处理人的叫比特币的虚拟货币系统，可以解决上述问题。然后他缓缓讲述了自己的方案。
下面我们就来看看中本聪同学是如何设计这套系统的。
基础设施搭建
账簿公开机制
中本聪首先说明，要对现有账簿进行如下改造：
账簿上不再记载每户村民的余额，而只记载每一笔交易。即记载每一笔交易的付款人、收款人和付款金额。只要账簿的初始状态确定，每一笔交易记录可靠并有时序，当前每个人持有多少钱是可以推算出来的。
账簿由私有改为公开，只要任何村民需要，都可以获得当前完整的账簿，账簿上记录了从账簿创建开始到当前所有的交易记录。
此言一出，下面立刻炸锅了。第一条还无所谓，但是第二条简直无法接受，因为账簿可是记录了所有村民的交易，这样大家的隐私不全暴露了吗。
中本聪倒是不慌不忙，拿出了一对奇怪的东西。
身份与签名机制（公钥加密系统）
中本聪说，大家不要慌。在他的这套机制下，任何人都不使用真实身份交易，而是使用一个唯一的代号交易。
他展示了手里神奇的东西，说这两件东西分别叫保密印章和印章扫描器。后面他会给村里每一户发一个保密印章和一个印章扫描器。两者的作用如下：
保密印章可以在纸上盖一个章，每个印章盖出的章都隐含了一个全村唯一的一串字符，但是凭肉眼是看不出来的。也无法通过观察来制造出相应的印章。
印章扫描器可以扫描某个已经盖好的章，读出隐含的信息，并在液晶屏上显示出一串字符。
有了这两个神奇的东西，大家就可以在不暴露真实身份的情况下进行交易了，而印章隐含的那一串字符就是这户人家的代号。具体如何巧妙利用保密印章和印章扫描器进行交易，会在下文详述。
成立虚拟矿工组织（挖矿群体）
下一步，中本聪面向全村招募虚拟矿工，招募要求如下：
矿工以组为单位，一组可以是单独的一户，也可以是几户联合为一组
成为矿工不影响正常使用货币
矿工每天要花费一定时间从事比特币“挖矿”活动，但是不同于挖金矿，虚拟矿工不需要拿着工具去野外作业，在家里就可以完成工作
矿工有一定可能性获得报酬，在挖矿活动中付出的努力越多，获得报酬的可能性越大
矿工可以随时退出，也可以随时有新的矿工加进来
很快，大约有五分之一的村民加入比特币矿工组织，共分成了7个组。
建立初始账簿（创世块）
下面，中本聪宣布，先根据二狗子手里的账簿，把抵押的所有黄金按账簿记录的余额退还给每位村民，然后彻底销毁这本账簿。
然后，中本聪拿出一本新账簿，在账簿的第一页上记录了一些交易记录，特别的是，这些记录的付款人一栏全都是“系统”，而收款人分别是每个印章对应的隐含字符，代表初始时刻，系统为每一户默认分配了一定数量比特币，但是数量非常少，都只有几枚，甚至有些不幸的村户没有获得比特币。
接着中本聪说，由于目前市面上比特币非常少，大家可以先回到用黄金做货币的时代，由于我不是村长，我也没有权利强迫大家一定要承认比特币，大家可以自行决定要不要接受比特币。不过随着比特币的流动和矿工的活动，比特币会慢慢多起来。
支付与交易
做了这么多铺垫，终于说到重点了，下面说一下在这样一个体系下如何完成支付。以老张付给老李10个比特币为例。
付款人签署交易单
为了支付10个比特币，老张首先要询问老李的标识字符串，例如是“ABCDEFG”，同时老张也有一个标识字符串例如是“HIJKLMN”，然后老张写一张单子，内容为“HILKLMN支付10比特币给ABCDEFG”，然后用自己的保密印章改一个章，将这张单子交给老李。另外为了便于追溯这笔钱的来源，还要在单子里注明这笔钱的来源记在哪一页，例如这个单子里，老张的10比特币来自建立账簿时系统的赠送，记录在账簿第一页。
收款人确认单据签署人
老李拿到这个单子后，需要确认这个单子确实是来自“HIJKLMN”这个人（也就是老张）签署的，这个并不困难。因为单子上必须有保密章，老李拿出印章扫描器，扫一下章，如果液晶屏显示出的字符和付款人字符是一致的（这里是“HIJKLMN”），就可以确认单子确实是付款人签署的。这是因为根据保密印章的机制，没有其他人可以伪造印章，任何一个人只要扫描一下印章，都可以确认单子的付款人和盖章人是否一致。
收款人确认付款人余额
这个系统到目前还是很有问题。通过保密印章，收款人虽然可以确认付款人确实签署了这份单子，但是无法自行确认付款人是否有足够的余额支付。之前的中央虚拟货币系统中，二狗子负责检查付款人的余额，并通知收款人交易是否有效，现在把二狗子开了，谁来负责记账和确认每笔交易的有效性呢？
之前说过，中本聪设计的这个系统是分布式货币系统，不依赖任何中央人物，所以不会有一个或少数几个人负责这件事，最终承担这份工作的是之前所提到的矿工组织。老张、老李和全村其他任何使用比特币进行交易的村民都依赖矿工组织的工作才能完成交易。
矿工的工作
矿工的工作是整个系统的核心，也是最复杂性最高的地方。下面逐步介绍矿工的工作内容和目的。
矿工的工具
俗话说，工欲善其事，必先利其器。比特币矿工虽然不用铁撅、铁锨和探照灯等工具，不过也要有一些必备的东西。
初始账簿。每个组首先自己复制一份初始账簿，初始账簿只有一页，记录了系统的第一次赠送
空账簿纸。每个小组有若干账簿纸，每一页纸上仅有账簿结构，没有填内容，具体内容的书写规则后面讲述。下面是一张空账簿纸的样子，各个字段的意义后面会说到
编码生成器（哈希函数）。中本聪又向矿工组织的每个组分发了若干编码生成器，这个东西很神奇，将一页账簿填好内容的账簿纸放入这个机器，机器会在账簿纸的“本账单编号”一栏自动打印一串由“0”和“1”组成的编号，共256个。最神奇的是，编号生成器有如下功能：
生成的编号仅与账簿纸上填入的内容有关，与填写人、字体、填写时间等因素均无关
内容相同的账簿纸生成的编号总是相同，但是如果内容哪怕只改一个字符，编号就会面目全非
编码生成器在打印编码时还需要将所有填入账簿纸的交易单放入，机器会扫描交易单和填入交易单的一致性，尤其是保密印章，如果发现保密印章和付款人不一致，会拒绝打印编码
将一张已打印的账簿纸放入，机器会判定编号是否是有效的机器打印，并且判定编号和内容是否一致，这个编号无法伪造
交易单收件箱。每个矿工小组需要在门口挂一个箱子用于收集交易单。 公告板。每个矿工小组同样需要一个公告板公示一些信息。
有了上面的工具，矿工组织就可以开工了！
收集交易单
中本聪规定，每笔交易的发起人，不但要将交易单给到收款人，还要同时复制若干份一模一样的交易单投递到每个矿工小组的收件箱里。
矿工小组的人定期到自己的收件箱里把收集到的交易单一并取出来。
此时小组的人拿出一张空的账簿纸，把这些交易填写到“交易清单”一栏，同时找到当前账簿最后一页，将最后一页的编号抄写到“上一张账单编号一栏”。 注意还有个“幸运数字”，可以随便填上一个数字，如12345。然后，将这样账簿纸放入编号生成器，打印好编号，一张账簿就算完成了。
如果你以为矿工的工作就这么简单，那就大错特错了，中本聪有个变态的规定：只有编号的前10个数均为0，这页账簿纸才算有效。
根据之前对编号生成器的描述，要修改编号，只能修改账簿纸的内容，而“交易清单”和“上一张账簿纸编号”是不能随便改的，那么只能改幸运数字了。于是为了生成有效的账簿纸，小组里的矿工就不断抄写账簿纸，但每张纸的幸运数字都不同，然后不断的重复将纸放入编码器，如果生成的编号不符合规定，这张纸就算废了，重复这个过程直到生成一串有效的编号。
我们知道，如果编号的每一个数字都是随机的，那么平均写1000多张幸运数字不同的纸才能获得一个有效的编号。
这就奇怪了，这些矿工为什么要拼命干这看似无意义的事情呢？还记得之前说过矿工有报酬吧，这就是矿工的动力了。中本聪规定：每一张账簿纸的交易清单第一条交易为“系统给这个小组支付50个比特币”。也就是说，如果你生成了一张有意义的账簿纸，并且被所有挖矿小组接受了，那么就意味着这条交易也被接受了，你的挖矿小组获得了50个比特币。
这就是矿工被叫做矿工的原因，也是为什么之前说随着交易和矿工的活动，比特币的数量会不断增多。例如下面是一个挖矿过程，这个小组的公共比特币帐号为“UVWXYZ”。
在幸运数字尝试到“533”时，系统生成了一页有效账簿。
当某挖矿小组幸运的生成了一张有意义的账簿，为了得到奖励，必须立刻请其它小组确认自己的工作。前面说过，当前村里有7个挖矿组，所以这个小组必须将有效账簿纸誊抄6份快马加鞭送到其他6个小组请求确认。
中本聪规定，当某个小组接到其他小组送来的账簿纸时，必须立即停下手里的挖矿工作进行账簿确认。
需要确认的信息有三个：
账簿的编号有效
账簿的前一页账簿有效
交易清单有效
首先看第一个，这个确认比较简单。只要将送来的账簿纸放入编码生成器进行验证，如果验证通过，则编号有效。
第二部分需要将账簿页上的“上一页账簿纸编号”和这个小组目前保存的有效账簿最后一页编号比对，如果相同则确认，如果不同，需要顺着已有账簿向前比对，直到找到这个编号的页。如果没有找到指定的“上一页账簿纸编号”对应的页，这个小组会将此页丢掉。不予确认。
注意，由上面的机制可以保证，如果各个小组手里的账簿纸是相同的，那么他们都能按同样的顺序装订成相同的账簿。因为后面一张纸的编号总是依赖前面的纸的编号，编码生成器的机制保证了所有合法账簿纸的相对先后顺序在每个小组那里都是相同的（可能会有分支，但不会出现环，后面细讲）。
最后是如何确认交易清单有效，其实也就是要确认当前每笔交易的付款人有足够的余额支付这笔钱。由于交易信息里包含这笔钱是如何来的，还包含了记录来源交易的账单编号。例如，HIJKLMN要给ABCDEFG10个比特币，并注明了这10个比特币来自之前OPQRST支付给HIJKLMN的一笔交易，确认时首先要确认之前这笔交易是否存在，同时还要检查HIJKLMN在这之前没有将这10个比特币支付给别人。这一切确认后，这笔交易有效性就被确认了。
其中第一笔是系统奖励给生成这页账簿的小组的50个，这笔交易大家都默认承认，后面的只要按照上述方法追溯，就可以确认HIJKLMN是否当前真有10个比特币支付给ABCDEFG。
如果完成了所有了上述验证并全部通过，这个小组就认可了上述账簿纸有效，然后将这张账簿纸并入小组的主账簿，舍弃目前正在进行的工作，后面的挖矿工作会基于这本更新后的主账本进行。
账簿确认反馈
对于挖矿小组来说，当账簿纸送出去后，如果后面有收到其他小组送来的账簿纸，其“上一页账簿纸编号”为自己之前送出去的账簿纸，那么就表示他们的工作成功被其他小组认可了，因为已经有小组基于他们的账簿纸继续工作了。此时，可以粗略的说可以认为已经得到了50个比特币。
另外，任何一个小组当新生成有效账簿纸或确认了别的小组的账簿纸时，就将最新被这个小组承认的交易写到公告牌上，那么收款人只要发现相关交易被各个小组认可了，基本就可以认为这笔钱已经到了自己的账上，后面他就可以在付款时将钱的来源指向这笔交易了。
以上就是整个比特币的支付体系。下面我们来分析一下，这个体系为什么可以工作下去，以及这个体系可能面临的风险。
工作机制分析
虽然上面阐述了比特币的基本运作规则，但是村民们还是有不少疑问。所以中本聪同学专门开了个答疑会，解答常见问题。下面总结一下村民最集中关心的问题。
核心问题答疑
如果同时收到两份合法的账簿页怎么办？
注意在上面的运行机制中，各个挖矿小组是并行工作的，因此完全可能出现这样的情况：某小组收到两份不一样的账簿页，它们都基于当前这个小组的主账簿的最后一页，并且内容也都完全合法，怎么办？
关于这个问题，中本聪同学说，小组不应该以线性方式组织账簿，而应该以树状组织账簿，任何时刻，都以当前最长分支作为主账簿，但是保留其它分支。举个例子，某小组同时收到A、B两份账簿页，经核算都是合法的，此时小组应该将两页以分叉的形式组织起来，如下图所示：
黑色表示当前账簿主干。此时，可以随便选择一个页作为当前主分支，例如选择A：
此时如果有一个新的账簿页是基于A的，那么这个主干就延续下去：
如果这个主干一直这么延续下去，表示大家基本都以A为主干，B就会被遗忘。但是也有可能忽然B变成更长了：
那么我们就需要将B分支作为当前主干，基于这个分支进行后续工作。
从局部来看，虽然在某一时刻各个小组的账簿主干可能存在不一致，但大方向是一致的，那些偶尔由于不同步产生的小分支，会很快被淹没在历史中。
如果挖矿小组有人伪造账簿怎么办
关于这个问题，中本聪同学说，只要挖矿组织中大多数人是诚实的，这个系统就可靠，具体分几个方面给予答复。
首先，基于保密印章机制，没有人能伪造他人身份进行付款，因为编码生成器在打印编码时会核对所有交易单的保密印章，印章和付款人不一致会拒绝打印。
而且诚实的矿工也不会承认不合法的交易（如某笔交易付款方余额不够）。
所以只有一种可能的攻击行为，即在收款人确认收款后，从另一条分支上建立另外的交易单，取消之前的付款，而将同一笔钱再次付款给另一个人（即所谓的double-spending问题）。下面同样用一个例子说明这个问题。
先假设有一个攻击者拥有10个比特币，他准备将这笔钱同时支付给两名受害者A和B，并都得到承认。
第一步，攻击者准备从受害者A手里买10比特币的黄金，他签署交易单给受害者A，转10个比特币给受害者A。
第二步，这笔交易在最新的账簿页中被确认，并被各个挖矿小组公告出来。受害人A看到公告，确认比特币到账，给了攻击者10个比特币等值的黄金。
第三步，攻击者找到账簿，从包含刚才交易的账簿页的前一页做出一个分支，生成更多的账单页，超过刚才的分支。由于此时刚才攻击者制造的分支变成了主干分支，而包含受害者A得到钱的分支变成了旁支，因此挖矿组织不再承认刚才的转账，受害者A得到的10比特币被取消了。
第四步，攻击者可以再次签署交易单，将同一笔钱支付给受害者B。受害者B确认钱到账后，支付给攻击者等值黄金。
至此，攻击者将10个比特币花了两次，从两名受害者那里各购得等值黄金。攻击者还可以如法炮制，取消与受害者B的转账，将同一笔钱再支付给其他人……
关于这种攻击，中本聪给出的解决方案是，建议收款人不要在公告挂出时立即确认交易完成，而是应该再看一段时间，等待各个挖矿小组再挂出6张确认账簿，并且之前的账簿没有被取消，才确认钱已到账。
中本聪解释道，之前设定变态的编号规则，正是为了防御这一点。根据前面所述，生成有效账簿页不是那么简单的，要花费大量的人力反复试不同的幸运数字，而且过程完全是碰运气。如果某账簿页包含你收到钱的确认，并且在后面又延续了6个，那么攻击者想要在落后6页的情况下从另一个分支赶超当前主分支是非常困难的，除非攻击者拥有非常多的人力，超过其他所有诚实矿工的人力之和。
而且，如果攻击者有如此多人力，与其花这么大力气搞这种攻击，还不如做良民挖矿来的收益大。这就从动机上杜绝了攻击的形成。
比特币会一直增加下去，岂不是会严重通货膨胀
中本聪说，这一点我也想到了。前面忘了说了，我给矿工组织的操作细则手册会说明，刚开始我们协议每生成一页账簿，奖励小组50个比特币，后面，每当账簿增加21,000页，奖励就减半，例如当达到210,000页后，每生成一页账簿奖励25个比特币，420,000页后，每生成一页奖励12.5个，依次类推，等账簿达到6,930,000页后，新生成账簿页就没有奖励了。此时比特币全量约为21,000,000个，这就是比特币的总量，所以不会无限增加下去。
没有奖励后，就没人做矿工了，岂不是没人帮忙确认交易了
到时，矿工的收益会由挖矿所得变为收取手续费。例如，你在转账时可以指定其中1%作为手续费支付给生成账簿页的小组，各个小组会挑选手续费高的交易单优先确认。
矿工如果越来越多，比特币生成速度会变快吗
不会。中本聪解释，虽然可以任意加入和退出矿工组织，导致矿工人数变化，每个矿工也会拿到一个编码生成器，不过我已经在编码生成器中加入了调控机制，当前工作的编码生成器越多，每个机器的效率就越低，保证新账簿页生成速率不变。
虽然每个人的代号是匿名的，但如果泄露了某个人的代号，账簿又是公开的，岂不是他的所有账目都查出来了
确实是这样的。例如你要和某人交易，必然要要到他的代号才能填写交易单。因为收款人一栏要填入那人的代号。不过中本聪说可以提供无限制的保密印章，建议每一次交易用不同的保密印章，这样查账簿就追查不到同一个人的所有账目了。
答疑完毕。
本文用通俗比喻的方式讲解了比特币的运行机制。有几点需要说明：
为了便于理解，我做了很多简化，因此有些机制细节和实际的比特币可能不完全相同。但总体思想和关键原理是一致的。
由于很多计算机世界的东西（如公钥体系、网络传输）在现实世界中并没有特别好的对等物，所以故事里难免有一些生硬和不合常理的细节。
本文描述的是比特币网络本身的技术原理和运作机制，当在如Mtgox这种买卖市场中进行比特币交易时，市场做了中间代理，并不遵从上述机制