1.起源
➢中本聪(Satoshi Nakamoto), 2008
➢比特币:一种点对点的电子现金系统
2.分布式账本技术原理
1.两个核心技术：
➢以链式区块组织账本数据实现账本数据的不可篡改
➢分布式的可信记账机制
2.共识机制：由谁记账
➢目的：
⚫ 解决记账权
➢ 场景：
➢ 开放系统，动态增减，海量节点
➢解决方案
⚫ 工作量证明（proof of work）：高强度哈希计算 (SHA256)进行算力竞争解决记账权，达成共识。
3.共识协议模型：
• 节点海量、动态增减
• 存在恶意节点
• PBFT算法要求节点集相对稳定，数量有限，不适用
• 工作量证明PoW共识
▫ 划定固定时间段（10分钟）
▫ 相同或相似输入数据（组装的区块）
▫ 算力竞争选出获胜节点，其它节点验证结果后不再发送消息
▫ 最长链原则，从短期共识扩展到长期共识
3.区块链宏观结构
➢区块链
⚫ 基于哈希值进行链接
➢特点
⚫ 区块链中数据无法篡改或删除
⚫ 区块链越长可信度越高
4.区块链微观结构
1.区块组成
➢每个区块包括区块头和交易数据两个部分
⚫ 区块头由当前区块的元数据和前一区块的Hash值构成
⚫ Merkle树用于对交易数据列表进行快速寻址
2.区块的结构
区块头的结构
3.区块头代码
class CBlockHeader {} //这是一个“类”，或数据机构，内含下面这些字段：
] int32_t nVersion //所采用Bitcoin协议的版本号
] uint256 hashPrevBlock //上一个块的（块头）Hash值。
] uint256 hashMerkleRoot //所记载交易记录的TxID，//即其Hash值所构成Merkle树的根
] uint32_t nTime //本块的发布时间
] uint32_t nBits //为挖矿过程设置的难度，Hash值中须有的前导零的位数。
] uint32_t nNonce //在挖矿过程中使Hash值达到nBits字段所//要求前导零位数的试凑值。4.区块标识符：区块头哈希值和区块高度
• 区块主标识符是它的加密哈希值，一个通过SHA256算法对区块头进行二次哈希计算而得到的数字指纹。例如 :000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f是第一个比特币区块的区块哈希值。
• 区块哈希值实际上并不包含在区块的数据结构
• 第二种识别区块的方式是通过该区块在区块链中的位置，即“区块高度（block height）”。例如：高度为0的区块就是创世区块。
• 和区块哈希值不同的是，区块高度并不是唯一的标识符，因为有可能出现区块链分叉。
5.Merkle树
• Merkle树是一种哈希二叉树，它是一种用作快速归纳和校验大规模数据完整性的数据结构。这种二叉树包含加密哈希值。
▫ 叶节点是数据块的哈希值。
▫ 非叶节点的哈希值是根据它下面子节点的值哈希计算得到。
• 在比特币网络中，Merkle树被用来归纳一个区块中的所有交易，同时生成整个交易集合的数字指纹，且提供了一种校验区块是否存在某交易的高效途径。
• Merkle树中使用两次SHA256算法计算结点的哈希值。
▫ H~A~ = SHA256(SHA256(交易A)) //两次SHA256是为了提高安全强度
• 当N个数据元素经过加密后插入Merkle树时，你至多计算log2(N)次就能检查出任意某数据元素是否在该树中，这使得该数据结构非常高效。
6.Merkle树的价值：简单支付验证
有了Merkle树，一个节点能够仅下载区块头（80字节/区块），然后通过从一个满节点回溯一条Merkle路径就能认证一笔交易的存在，而不需要存储或者传输区块链中大多数内容。
这种不需要维护一条完整区块链的节点，又被称作简单支付验证（SPV）节点，它不需要下载整个区块而通过Merkle路径去验证交易的存在。
7.比特币区块链中的节点
• 全节点 full client：存储着整个区块链，承但对交易请求进行验证和执行，可以通过挖矿争取发布区块，还承担着应别的节点之请向其发送区块和相关交易信息的义务，同时也承担转发交易请求和区块的义务。
▫ 矿工节点 ▫ 非矿工节点
• 轻节点 light client ：
① 简单支付验证（SPV）节点 ：只存储区块头，不存储区块块体，仍可以对到来的交易请求进行
验证。
②钱包 ：一个连接区块链的应用软件(app)，记录与所有者有关的信息：
区块链地址、私钥、账户余额、UTXO等，不存储账本。
8.SPV（钱包）验证过程
• 针对某个支付到自己比特币地址的交易建立布隆过滤器，限制只接收含有目标比特币地址的交易。
• 其他全节点探测到某个交易符合SPV节点设置的布隆过滤器条件时，以 Merkleblock消息的形式发送该区块，Merkleblock消息包含区块头和一条连接目标交易与Merkle根的Merkle路径。
• 交易的存在性验证：SPV节点通过该Merkle路径找到跟该交易相关的区
块，并验证对应区块中是否存在目标交易（Merkle Path Proof）。
• 交易是否双化验证：SPV节点检查这笔交易所在区块之后的区块个数，区块个数越多说明该区块被全网更多节点共识，一般来说，一笔交易所属区块之后的区块个数达到6个时，说明这笔交易是可信的。
5.区块链整体结构
区块头代码
class CBlockHeader {} //这是一个“类”，或数据机构，内含下面这些字段：
] int32_t nVersion //所采用Bitcoin协议的版本号
] uint256 hashPrevBlock //上一个块的（块头）Hash值。
] uint256 hashMerkleRoot //所记载交易记录的TxID，
//即其Hash值所构成Merkle树的根
] uint32_t nTime //本块的发布时间
] uint32_t nBits //为挖矿过程设置的难度，Hash值中须有的前导零的位数。
] uint32_t nNonce //在挖矿过程中使Hash值达到nBits字段所//要求前导零位数的试凑值。交易的数据结构
class CTransaction {} //一个交易请求或交易记录
] const std::vector<CTxIn> vin //本Tx的输入UTXO序列，即资金来源。
] const std::vector<CTxOut> vout //本Tx的输出UTXO序列，即资金去向。
] const int32_t nVersion // CURRENT_VERSION=2
] const uint32_t nLockTime //锁定时间，时间未到点之前本交易不入块
。
] const uint256 hash //本Tx的Hash值，只存储在内存中，//不作永久存储也不发送。6.挖矿：比特币的产生
挖矿通常指的是通过使用计算硬件（如ASIC矿机、GPU等）来解决数学难题，以验证加密货币网络上的交易并创建新的加密货币的过程。这是区块链技术中的一个关键环节，特别是对于工作量证明（Proof of Work, PoW）的加密货币，如比特币。
在挖矿过程中，矿工们竞争解决复杂的算法问题。当一个矿工成功找到一个区块的解决方案时，他们将这个区块添加到区块链上，并因此获得新生成的加密货币作为奖励。这个奖励机制是加密货币发行的一部分，也是维持网络安全和去中心化的一种方式。
• 挖矿节点必须有钱包功能
▫ 有自己的160位密码地址、私钥
• 打包生成区块时，区块中额外加一个交易coinbase
▫ 生成一个UTXO，包含当前奖励数量的比特币（现在是6.25)
▫ 这个UTXO的招领地址是自己的地址
▫ 如果记账成功，这个coinbase交易就生效，否则不在链上。
然而，挖矿需要大量的电力和计算资源，因此它也是一个能源密集型的过程。在中国，由于对能源消耗和金融稳定的考虑，已经对加密货币挖矿进行了严格的限制。
算力竞争：
电力消耗：
