「币姐解读区块链04」上帝视角看区块链系统是如何运转的
上期回顾：币姐解读区块链03：区块链的发展历史
币姐开场
关于区块链，局部的东西大家听很多了：分布式、非对称加密、UTXO、挖矿之类的名词。这些名词是如何结合在一起的呢？
币姐将从上帝视角（宏观）来看看区块链到底是如何运转起来的。
本文以比特币的技术为案例，请注意：比特币 ≠ 区块链
作者 | 币姐
用群众的力量解决基础建设问题
不用服务器，而用广大群众的电脑
对于电子支付来说，总是需要完成“计算、存储、传输”这3大任务。
以前是银行、支付宝、微信提供的服务器来处理的，这也是中本聪最希望改变的地方：去掉第三方机构，降低交易成本，提高交易效率。（币姐解读区块链02：中本聪为什么要做比特币（最早的区块链）？）
所以中本聪采用了分布式（什么是分布式？）的结构，让用户的电脑来代替中心服务器的作用，解决计算，存储，网络传输这3大任务。
那么问题来了：用户凭什么把自己的电脑资源贡献出来？
用比特币做激励
电脑不能白用，贡献电脑资源（现在都是矿机）的人是有机会获得比特币的奖励！
这个过程也就是大家常说的“挖矿”。
想要挖矿需要满足2个条件：
同步所有数据——解决了数据存储的问题
保持联网，成为网络中的一个节点——解决了数据传输的问题
满足上面2个条件后，就可以开始挖矿了。
挖矿过程就好像一个拼图比赛，系统给出一个拼图，大家开始拼，第一个拼好的展示出来，由于拼图验证起来很简单，所以大家一看就知道有没有拼对。
一旦有人完成了大家就开始竞争下一个拼图。
这个拼图比赛就是大家常说的——pow工作量证明（什么是pow？）
第一个拼好的人就要记录一个区块里的所有交易，并打包同步给其他人。
这么做可以获得2部分的奖励：新产出的比特币、这个区块所有的交易手续费（矿工费）。
大家通过“拼图比赛”，贡献了计算资源。
就是在比特币的激励下，用户将自己的电脑（现在都是矿机）贡献出来，为整个系统提供计算，存储，数据传输3大基础建设。
在不依赖任何第三方机构的情况下，解决了基础设施。
没有了第三方，谁来判断交易是有效的？
假如币姐想通过银行给老王转账，银行处理这笔交易的同时也证明了这笔交易的有效性。
比特币没有类似银行的第三方机构，他是如何证明一笔交易的真实性呢？
下面举个例子说明一下比特币的交易是如何判断的 ：
币姐举栗
币姐给老王转了10个BTC，然后扯着嗓门给网络中的其他人喊：我给老王转了10个BTC啊，大家都记一下。
大家听到之后会验证币姐的身份是否真实，如果有人想冒充币姐把币转走肯定是不行。
然后再看看币姐是否拥有10个BTC，不够10个BTC也是不能交易的。
如果币姐的身份没问题，余额也足够，大家就拿出小本本，记上“币姐给老王转了10个BTC”，同时通知给其他人。
虽然记到了小本本上，但是并不意味这个交易已经确认了。这个小本本上都是待确认的交易。只有打包进入区块才算确认。（打包区块会在下文中说）
到了这里，已经完成了几步重要工作：
交易发起方发起了一笔交易，并通知给其他用户
收到通知的用户对交易进行了初步验证（身份是否正确，余额是否足够）
验证没问题的交易会继续广播，直到传遍整个网络（整个过程只需要几秒时间）
这些经过了初步验证的交易记录会进入一个“待确认的交易池”中
这个过程中，大家可能会有2个疑问：
大家是如何验证币姐的身份呢？
大家是如何验证币姐拥有超过10个BTC呢？
大家是如何验证币姐的身份呢？
好比有3个人说自己是老干妈，自己有绝密的配方。
但是配方太宝贵，不能告诉任何人。如何判断哪个是真正的老干妈呢？
让3个人都做出来尝尝，味道最正宗的那个就是真正的老干妈了！
这就是非对称加密，不需要把密码（配方）告诉别人，别人也能很快知道你拥有这个密码（配方）。
（关注币姐，未来会详细讲解其原理）
大家是如何验证币姐拥有超过10个BTC呢？
传统的银行，如果你想交易，是银行来验证你的余额是否足够，其他人是不知道你有多少余额的。
而比特币的系统中，余额是公开的，不过不用担心隐私问题。因为大家只能看到地址（什么是地址？），而并不知道这个地址是谁的。
就好像大家知道卡号为888888888的卡里有1个亿存款，但大家并不知道这个卡是谁的。
真实有效的交易记录又是如何做到不可篡改的呢？
牵一发而动全身
接着上面的继续说：
当币姐通知大家“我给老王转了10个BTC”之后，大家已经将这些等待处理的交易都记下来了。
这个时候，总有一个矿工第一个完成了拼图（上面提到的拼图竞赛），他就拥有了这个区块的记账权。矿工会优先记录手续费高的交易，因为这样矿工就能赚的更多。
当他打包好（也就是记账）这个区块后，他会接上之前的区块。这样就形成了一个跟时间轴一样的区块链了。
这个链条随着时间不短延长，一直延续下去。
在这个链条中想要修改一笔交易，是十分困难的，因为修改后，他会跟其他区块产生冲突。
除非你拼图6到飞起，每次拼图都你赢！
如果钱能追溯到“印钞机”
还有一个精妙的设计也防止了数据被篡改，那就是：UTXO 未花费余额（什么是UTXO？）。
大致逻辑是说你手上的所有比特币，都可以不停追溯直到源头（挖矿产出）。
举个栗子
比如币姐现在有5元现金，这5元现金是昨天买可乐给了10元，找我的5元。而我买可乐的10元是帮老王画画赚来的，老王的10元是用100元买菜找回来的…以此类推，就可以追溯到是哪一台印钞机印出来的。
基于UTXO，每一笔比特币都有完整的流通记录，如果你随便改一下数字，凭空冒出来新的比特币，其他人是不认的。
总结
比特币（最早的区块链）是一套很精妙的设计！
他借助每一个用户的资源搭建起来了一套去中心化（什么是去中心化？）的基础设施。矿工们在比特币的激励下愿意主动的贡献自己的计算资源。
利用密码学和计算机学等技术方案，每一笔交易都能快速被大家验证和处理，不再需要银行这种第三方机构来处理。
时间轴一样的区块链结合UTXO（什么是UTXO？）阻止了黑客的恶意修改。
以比特币为例，你会发现整个系统环环相扣，了解越多你会越觉得中本聪实在太聪明了，能做出这么巧妙的东西。
比特币系统从2009年正常运转至今，不断发展壮大，已经充分证明了这个系统是经得起时间的考验的。
后续还会有更多更细致的讲解，持续关注币姐，了解最前沿的区块链技术。
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