第三课【金马带你投资区块链】第一作业：详解比特币的交易流程

比特币交易

比特币交易不同于目前大多数交易形式。 目前的交易形式大多需要第三方权威机构（支付宝、微信支付、软银、银行）为想要达成交易的双方背书。 大家去淘宝买东西的时候，不能直接把钱汇给商家，以免丢了货。 你的钱会先打到支付宝，你确认收到货后，第三方支付宝会把钱打给商家。

你看，传统互联网就是信息互联网。 我们只能在上面发送文字、图片和视频。 如果没有第三方做背书，我现在不能给你发红包； 随着价值互联网的发展，相信在不久的将来，我们所有的资产都会转移到价值互联网上。

与传统的银行和支付系统不同，比特币系统基于去中心化的信任。 不受任何第三方监管，在这里你就是你自己的上帝。

交易是点对点的，没有中间商做差价； 那么比特币系统是如何进行交易的呢？

比特币系统的组成部分

图片来自 Mastering Bitcoin

为了理解比特币的交易过程，我们需要比特币系统的组成。

如图：我们可以看到比特币系统由用户（用户通过密钥控制钱包）、交易（每笔交易都会广播到整个比特币网络）和矿工（通过求解一个SHA256数学问题来获取释放）组成区域块的权利）组成。

比特币网络：比特币网络是一个 P2P 网络，由连接到其他几个比特币客户端的参与比特币客户端组成。 比特币网络的目的是向所有参与者传播交易和区块。 （说白了就是我们的手机钱包，只要你的钱包联网，这一步就会自动完成）

基本概念的理解

对于一笔交易，有交易输入和交易输出，在输入和输出之间会有一个桥梁——矿工； 矿工自然会收取费用来帮助你工作； 收款人在收到比特币后将再次开始消费。

交易：交易是货币从输入到输出的转移； 该交易还包含每个转移的比特币（输入）的所有权证明（所以它根本不是比特币的转移，而是比特币所有权的转移，即你可以证明这些比特币是你的），存在以所有者数字签名的形式出现，任何人都可以独立验证。

交易输入：交易消耗的UTXO称为交易输入（暂且UTXO可以直接理解为“余额”）； 输入指代币的来源，通常是前一笔交易的输出。

交易输出：交易创建的UTXO称为交易输出； 交易的输出是通过关联密钥将钱交给新所有者。

矿工费：交易输入和输出的差额是矿工收取的比特币费用（这也是比特币系统运行最重要的激励机制，矿工费将是未来唯一与完成比特币挖矿。驱动矿工工作的因素）

花费：将先前的比特币交易转移给由比特币地址标识的新持有人。 （张三把钱转给了李四，而张三的钱是王五转给他的，那么王五转给张三的钱相对于张三和李四现在的交易就是“之前交易的比特币” ，李四是“比特币确定的新持有人”）

比特币世界也有常见的交易形式：一般交易（一入两出）、集体交易（多入一出）、去中心化交易（一入多出）。

故事背景

2017年的一天，张三无意中在网上了解到比特币，并被它深深吸引。 经过一周的研究，他决定亲自试一试，于是他通过网络找到了比特币持有者王五，并花掉了一些比特币的钱。 王五在那里买了0.3个BTC； 那天张三下班后去了理发店，理发店老板李四也是技术爱好者，店内提供比特币支付。

理发后，张三需要支付给李四 0.1 BTC。 店主李四指着柜台的二维码说：有微信、支付宝、比特币支付，随便选； 张三来了精神，因为他还没有尝试过用比特币支付过任何费用； 于是张三用比特币打开了钱包应用，扫了码。 扫码后会出现李四的钱包地址，输入0.1BTC的数量，然后发送。 几秒后李四就能看到交易并完成交易（小交易默认可以被区块确认）。 神奇的交易方式都是由钱包客户端自己完成的，我们的任务是探索交易过程是如何构建并传播给接收方的。

钱包内部交易流程

张三扫码后，直接录入0.1 BTC的金额，后续流程完全委托给钱包完成。

1.1 钱包需要获取正确的输入

张三的手指点了“确定”之后，张三的钱包立刻开始行动。 首先，钱包会在他过去的交易记录中查找是否有“未消费的交易输出”（看他是否有余额）；

[大多数钱包应用程序维护一个小型数据库，其中包含用钱包自己的密钥锁定的“未花费的交易输出”。 所以约翰的钱包将包含他用现金从吴先生那里购买的比特币的交易输出副本]

查找钱包后，找到了张三从王五处购买的0.3个BTC比特币第一笔交易，于是将这0.3个BTC作为交易输入。

1.2 创建交易输出

钱包已经构建了输入，那么钱包接下来要做的就是构建交易的输出，那么构建的交易输出到底是什么呢？

其实就是：张三的钱包会用李四的公网地址（官方声明：张三会用李四的签名打包一个输出，这个签名就是李四的私钥，还记得我前面说的吗？交易的输出就是通过关联一个key，把钱分配给新的拥有者）锁定0.1BTC，谁拥有公网地址的私钥，谁就拥有0.1BTC；

然后还剩下0.2个BTC，这0.2个BTC会作为另外一个输出（找零比特币第一笔交易，这0.2个BTC会锁在张三的钱包地址）给张三。 这实际上就是交易的类型——一般交易。

最后，张三发现钱包里没有0.BTC，因为有一小部分BTC被矿工收取了手续费。

1.3 交易传播

张三钱包里的东西都准备好了。 输入输出完成后，就等着向比特币网络广播，通知全网：张三给李四发了0.1BTC。

那么交易究竟是如何传播的呢？

张三的钱包应用程序可以将这笔交易发送给连接到互联网的任何其他比特币客户端，任何比特币网络节点（其他客户端）在收到之前未见过的有效交易时会立即将其转发给连接到自身的其他节点。 因此，这笔交易从P2P网络迅速传播开来，在几秒钟内到达大多数节点，甚至是整个比特币网络。

通过网络节点，李四的钱包被告知：有人转了一笔钱给你； 于是李斯收到消息，尝试打开这笔钱，因为这笔钱关联了李斯的密钥，所以只有李斯才能打开这笔钱，也就是说李斯拥有比特币。

P2P网络：网络节点与网络节点之间的互联

1.4 比特币挖矿

虽然这笔钱被全网广播，所有人都知道张三给李四转了0.1个BTC，但是如果没人承认，你的交易就作废了。

那么你如何让这笔交易成功呢？ 这必须经过一个挖矿过程。 矿工将这笔交易和其他交易（自上一个区块以来产生的交易）放入他构建的区块中作为工作证明，直到矿工将这笔交易包含在内。 只有当交易的区块被发布到区块链上时，交易才会被确认为有效。

这种工作量证明算法是指使用SHA256加密算法对区块头和一个随机数不断进行哈希计算，直到出现与预设值匹配的解。 第一个找到这个解决方案的矿工赢得了比赛并将区块发布到区块链。

挖矿就是创建一个区块，并将区块发布到区块链上。 挖矿可以获得比特币网络的奖励。 挖出一个区块后，系统会将挖矿软件中留下的比特币地址发给你。 发送奖励，区块中的所有交易手续费也都是能找到解决方案的矿工； 未来，当比特币挖得差不多的时候，交易费将是矿工工作的巨大推动力，届时交易费将是一笔巨大的收入； 挖矿可以为区块创造信任。

我们来看看这个过程：

新交易不断从用户钱包和应用程序流入比特币网络。 当比特币网络上的矿工节点看到这些交易时，它们首先被放入由各自节点维护的未经验证交易的临时池中。 当矿工构建一个新区块时，他们会将这些交易从交易池中取出并放入这个新区块中，然后尝试解决一个非常困难的问题（也称为工作量证明）来证明这个新区块的合法性。

最后一个叫王二麻子的矿工得到了这个区块的正解【算力越大，找到解的概率就越大】，所以王二麻子才能够把这个区块发布到区里，一旦区块链上线，其他矿工对区块进行验证，验证后的所有网络节点（客户端）将包含交易的区块更新到现有的大账本（区块链）中。

这个区块在区块链上发布后，所有矿工都将致力于解决下一个区块。 随着矿工的逐渐增多，算力也会逐渐增加。 为了保证10分钟左右出块的速度，网络会调整难度，以现有网络算力保证得到当前块的解的时间为10分钟。

随着越来越多的新区块产生，基于张三交易区块的计算量会越来越大，等价性和可信性会再次得到保证。 按照惯例，当一个区块被“证明”超过六次时，它就被认为是不可撤销的，因为逆转和重建六个区块需要大量的计算。

嗯，比特币的交易过程是这样的，是不是很神奇？