对于区块链和比特币想请教一下问题

[Ficelle]

刚了解了下区块链，有问题想请教一下。

1，按照区块链竞争记账的权利，讲道理在一个节点里，只有算力最强的人才能赢得竞争，但是为什么有些算力不如最强的人也可以获得偶尔收益。仅仅是 hash 计算时的运气吗？

2，关于每个区块记账广播确认后获取记账奖励，12.5 个币。但是一个区块大小是 1m,里面会包含很多信息，所有记账过程是把其中所有的交易信息全部录入和计算？有看过相关代码的高人指点一下吗？或者告诉我有什么地方可以参考一下。

3,当比特币奖励完毕后，链还会继续吗？怎么继续。没有奖励了，还有人会记账吗？

有没有哪里有相关代码可以看看啊。

[frienmo]

1 。是，所以叫挖矿有运气成分，而不是伐木只看量。
2 。是。然后就是算一个随机值使得整体区块数量的 hash 值小于当前目标值。
3 。会。因为有手续费

[Ficelle]

非常感谢。但是还想请教一下，交易信息是谁发的？全球的 200 多个节点吗？
这个东西怎么称呼我好百度一下。

[frienmo]

@Ficelle google bitcoin utxo

[acess]

1.我怀疑你是不是把 51%攻击的概念和正常的挖矿混淆了。51%攻击是挖分叉链，让原本较短的分叉链反超之前的长链；而不是延长已知的最长链（严格来说是积累工作量最大链）。
正常情况下，所有矿工都会共同延长同一条区·块·链账本，“宏观”来看，有点像百家被，算力多的，挖出区块占比就多，算力少的，占比少；“微观”来看，当然是有运气成分了，算力多，挖到的概率就大，算力少，概率就小，但是并不是没有。
这里还有一点要注意，挖矿是无记忆性的（ memoryless ），无论全网在当前高度挖了多久、挖了“多少铲子”，是前一秒刚刚挖出一个新区块，还是等了一个小时也没挖出新区块，从此刻起下一个区块被挖出时间的数学期望都仍然是十分钟。
（还有，如果算力非常非常低，比如一般的电脑 CPU，跟专业 ASIC 矿机有好几个数量级的差距，而且全网还有数以万计的 ASIC 矿机参与竞争，那在现有难度下，独立（ solo ）挖出区块的时间几乎是天文数字；如果再考虑到全网算力不断增长，那甚至可以认为永远也不能独立（ solo ）挖出区块）

[acess]

2.最早定义的矿工=节点，节点会完整验证全网所有交易，这样才能确保账本里没有违规行为，比如打破 2100 万币总量上限凭空印 100 万币，再比如无视数字签名直接把别人的币抢过来划到自己头上。

这些违规行为并不是受什么数学定理或者自然定律而做不到，想要制造此类非法区块，并没有任何难度，顶多就是挖矿要消耗算力。

但是如果区块里有了这些违规行为，别的节点看到这样的区块，检验时就必定会发现违反规则，然后拒收，拒绝在这个非法区块上继续延长区·块·链账本。
这样一来，虽然非法区块被挖出来了，但是没人承认，会被抛弃掉，然后在这个非法区块上付出的算力就付之东流了，这样等于是惩罚了挖非法区块的行为。

每个节点都知道别人会这样验证，知道自己如果打破规则胡乱写交易，自己付出的算力（背后是货真价实的电费）会付之东流，所以最后的结果就是每个人都“老实”了。而且，这是通过博弈达成的，每个节点是出于自己利益的考虑而“老实”，而不是什么道德啦法律啦之类的原因。


后来，矿工和节点实质上分离了。这个原因也挺复杂，有技术层面的原因，比如网络延迟，现在比特币自然产生的孤块分叉少其实是因为用了中心化的 FIBRE 服务器；还有挖矿 /共识规则本身，对小算力 solo 矿工极不友好，所以才有提出 GHOST 之类的机制试图缓解这个问题；也有经济层面的原因，也就是规模经济，马太效应，最后垄断。

矿工加入矿池，甚至压根就不在乎矿池给他们发的任务是啥；
（全）节点则失去了算力，只能监视网络，虽然这样不会跟随非法链（因为全节点可以检验出来是否违反规则），但是如果算力搞事了（比如 51%攻击，注意，这里认为 51%攻击并不能打破规则、把非法的变成合法的），或者干脆跑路了、没算力挖矿延续区·块·链账本了，那从技术上讲全节点只能干瞪眼，或者就“耍流氓”改规则改挖矿 /共识算法。


还有，你应该也注意到了，“规则”这个东西本来就是中本聪钦定的，是人为的，所以某种程度上也是主观的。
这里其实就有争议，算是“政治话语权”上的争议吧。
有人认为只有跑了全节点的用户才是真正的用户，基于这个前提假设，51%攻击也是不能打破规则的（但攻击方看不爽的链，51%攻击可以扰乱其正常运作，使其停摆、陷入混乱），所以，持有比特币 /愿意接受比特币支付，同时又自己跑全节点验证交易的用户，也就是所谓的“经济上的大多数”，才是说话算数的；
有人就不同意，认为按照白皮书和中本聪本人的发言，用户不需要跑全节点，SPV （其实 SPV 并没有能力验证交易有效性，它是盲目跟随算力的）才是真正的用户，只有矿工 /算力才是真正说话算数的；全节点没有算力、不能出块，所以只能干瞪眼。

[acess]

第 2 个问题，还有一点，很显然，验证全网所有交易（尤其是历史交易）负担非常重，显得很浪费。
但是这个问题据我所知几乎无解。
众所周知区·块·链最鸡肋的地方，就是它对外部真实世界无能为力，如果输入了假数据，它无法明辨是非。
如果你觉得多条链就能解决问题，我想说，对于链 A 来说，只要它不去跑 B 全节点验证 B 链的内容，那 B 链对他来说就是“外部”，然后 B 链上发生违规行为，A 链就无能为力。

除此之外还有一个概念“欺诈证明”（ fraud proofs ），可以追溯到白皮书本身，白皮书描述 SPV 时，不是提到可以用警告机制，来引导 SPV 、让它们不要跟随非法链（哪怕非法链积累工作量更大）么？所以说，只要把非法链里面具体违反规则的证据亮出来，SPV 看到了，就可以自己得出毋庸置疑的结论，知道这条链是非法的，就不会跟随了。
比如一条链里如果把一个币花了两次，这样其实就是另一种形式的通胀、凭空造币，那只要把这两个交易的内容，还有 Merkle proof （还有区块头链）拿出来，SPV 看到这个证明就会确信这条链有非法内容，不能跟随。
但是这个概念在很多年前就被比特币核心开发者弃坑了，理由是如果制造非法链的人把违反规则的地方藏起来，那就拿不出对应的欺诈证明。如果要把类似于“某个高度的区块无法完整下载”这个消息本身作为欺诈证明 /警告消息，那也是没有意义的，因为收到这个警告消息的人，必须自己亲自去试试看那个区块能不能完整下载，然后，就产生了拒绝服务攻击，可以恶意生成假警告、让其他人去尝试下载本来完全能正常下载的区块，这样最终的、最坏的结果，就是 SPV 还是把整条区·块·链下载回来了，这样还叫什么轻量级客户端呢，还不如从一开始就老老实实跑全节点。

[acess]

关于 2 楼的问题，交易是谁发送的？

答案是任何人都可以发送，都可以转发，不需要是全节点（别人也没办法知道你是不是全节点），哪怕你就是调用 netcat 直接连接上比特币 P2P 网络的一个节点也可以，但是正常的全节点会检验交易是否合法，拒绝转发非法交易。但是很显然，只有掌控私钥的人能签名交易。

不过，给矿工发奖励的 coinbase 交易是特殊的，它没有输入，内容是矿工自己写的——当然，这里也必须符合规则，奖励总额不能超过新币（被叫做“区块补贴”block subsidy，当前是 6.25BTC ）+手续费。
奖励可以少于新币+手续费，但是正常情况下追求利益最大化的矿工很显然不会这样挖，只有偶尔软件出问题的时候会产生这种区块（仍然是合法区块），然后这样也等于是让对应量的比特币被永久销毁了。

另外，交易除了“合法性规则”之外，还有“标准性规则”（ standardness rule ），违反标准性规则的交易（也就是非标准交易），仍然可以是合法的，这种交易，全节点不会转发，（对于矿池或 solo 矿工来说）默认也不会打包进自己要挖的区块，但是如果别人打包进去了，也不会拒收相应的区块。

[acess]

3.上面已经说了，奖励不止是新币，还有交易手续费。
但是理论上（考虑矿工只是单纯逐利、甚至“不择手段”）貌似是只要有交易手续费参与，就不稳定，很多年前 Arvind Narayanan 有篇论文说了这个问题。我了解不多，只看了摘要图，简单说，如果内存池里可以被打包进区块赚到的交易手续费太少，而前一个区块里已经被别人打包赚走的交易手续费又很多，那逐利的矿工就可能把别人已经打包的交易重新拿出来，自己挖一条分叉链，把本属于别人的手续费收入据为己有，同时为了笼络其他矿工和自己同流合污，他可以只拿一部分手续费，另一部分分给愿意同流合污的其他矿工，由此让自己的分叉链获得算力支持。
这样一来，理论上，矿工就不会老老实实地正常延长区·块·链账本了，导致整个网络的动荡不稳。

[acess]

看到第 2 个问题，还有楼上说的 UTXO，感觉我可能说得很罗嗦、又没有 get 到你要问的点。

其实《精通比特币第二版》第十章“挖矿与共识”，尤其是“交易的独立检验”这一节应该就是你要找的答案。

[Ficelle]

@acess 大神，感谢！阅读过两遍，我需要多看两遍。
第 2 个问题我想问的应该是，你描述里提到的“内存池”是被什么东西操作和管理。
我刚才随便搜索了下你说的书，是一本英文，我水平低下，觉得我无法阅读，哈哈。
只是对这个东西很好奇，感谢你，一边自己巩固，一边帮助我探索到未知的内容。
不过我还有一个额外问题，是我阅读你们的帖子的时候我想问的。
utxo 是一个模型，他引用和存储的内容，都是关于区块验证后的奖励(比特里就奖励比特币?)，他的挖矿内容也是内存池里提供的交易信息。
那么发明中本聪的第一笔交易，第一个区块，第一次挖矿。他存了什么东西？ 因为这个时候“内存池”里没有内容供他上链不是吗。
还是我对比特币对某个基础概念仍然有错误认知。

[Ficelle]

@Ficelle 那么中本聪的第一笔交易，第一个区块，第一次挖矿。他存了什么东西？ 因为这个时候“内存池”里没有内容供他上链不是吗。
改了一句话少删两个字。

[acess]

@Ficelle
《精通比特币》第二版是有中文版的，随便一搜就能找到。

内存池里面是待打包的交易，虽然一般全节点没有对接算力、不能独立挖矿出块，但是默认也会接受、验证、转发网络上广播的交易，交易在（被矿工）打包进区块之前，就暂存在内存池里。（所以说实际上交易数据在网络上会被重复传播两遍，然后才有 compact block 之类的技术，只给其他节点传输一个“骨架”，让其他节点从内存池里自己把对应的交易找出来、把完整区块重新组装出来，这样就可以设法大幅省掉重复传播第二次的开销、加快区块传播、避免出现带宽占用峰值）

内存池是每个节点各自维护的，很显然全节点完全可以自由选择要让哪些交易进入内存池（当然，一般不会选择非法交易，原因楼上说过了）、还可以选择优先打包哪些交易（一般是按照矿工费率 sat/vB 排序，优先打包矿工费付得多的；有些矿池提供“加速”，就是在付费后专门把对应的交易“插队”到前面，不过对于用户来说，我觉得加速器价格太贵，还是直接用 RBF 来追加手续费比较好）；而且很显然不同节点的内存池内容完全可以不一样。
内存池里面的“零确认”交易不进链确认就是不作数的，只有进链确认了才算数。

内存池里面积压的交易，默认是有过期时间的，过期了就会丢弃出去。不过每一笔交易本身是没有过期时间的，所以即便因为长时间拥堵暂时被某些节点丢弃了，也随时可以重新广播出去，然后又会进入内存池、等待打包进链。

[acess]

没有供打包的交易，当然也可以挖矿出块，这个时候区块里只有一个给矿工自己发奖励的 coinbase 交易，一般被叫做空块。

创世区块比较特殊，它是直接硬编码写到全节点软件代码里的，而且创世 coinbase 交易生成的 50BTC 并没有进入 UTXO 集合，这 50BTC 等于不存在。

coinbase 交易实际上没有输入，它的输入内容是可以随便写的，中本聪就写了那句著名的报纸头版头条，有人说这是对金融危机的回应，也有人说这可能就是个时间戳而已，证明这个区块是那天之后才挖出来的，所以可以证明比特币挖矿是公平的、证明中本聪没有在发布比特币之前私自偷偷预挖币。

这里还有两个梗，都是关于创世地址。首先，有些比特币开发者认为 1A1z 开头的那个创世地址其实是一种误解，认为创世区块并没有地址，因为创世交易的输出是一个裸公钥 P2PK 输出，而不是现在常见的公钥哈希 P2PKH 输出，虽然这两种输出都是同一个私钥控制，币的所有权一模一样，但是技术细节并不一样。其次，创世区块里的 50BTC 等于不存在，不能被花掉，但是原则上创世地址如果用私钥签名交易，它收到的其他币都是可以花掉的。不过也有人猜测，创世区块里的那个公钥也许（只是也许）并不是从某个私钥推导出来的，所以没有对应私钥。

Sergio Demian Lerner 在这方面做过一些研究，可以去 bitcointalk 论坛搜搜他的帖子。

[acess]

实际上即便内存池里有交易，有的时候矿工仍然会挖空块。一般是因为 SPY mining，也就是 A 矿池假装成 B 矿池的矿工，从 B 矿池接收区块头、coinbase 交易等信息，这些信息不足以判断前一个区块是否合法，但是足够矿机暴力试错挖矿。然后 A 矿池的矿工就可以和 B 矿工站在同一个区块高度共同竞争挖下一个区块了。

完整下载、验证一个区块需要比较长的时间，只下载区块头等信息需要的时间就非常短，于是这里就有一个空当。这个时候，因为 A 矿池不知道前一个区块里有什么交易，所以不能更新 UTXO 集合、不知道内存池里哪些交易可以打包（要排除双花的情况，否则挖出来的区块就非法了），这个时候就只能挖空块了。

一般情况下这样不会出什么问题，如果 A 矿池不采取这个挖空块的策略，那他就不能在最新的区块后面延续挖新的区块，只能在同一个高度挖一个分叉，所以很显然 A 矿池还是采取挖空块的策略对自己更有利。
不过 2015 年的时候，BIP66 软分叉升级在部署时出了一点问题，SPY mining 因为没有完整验证上一个区块的内容就抢先挖，就放大了问题，导致网络出现比较长的分叉。

（ BitMEX 博客上有篇文章总结了比特币的软分叉、硬分叉历史。不过我觉得“软分叉”“硬分叉”的概念本来就很混乱，一般是从共识规则被放宽还是被收紧来定义的，但是也有从其他角度定义的，比如兼容性改变，或者是网络实际状况等等；甚至还有人认为“共识规则放宽 /收紧”这个定义是 Blockstream 公司 /比特币核心开发组为了维护自己的利益才刻意强调的说辞）

[acess]

回头看 4 楼的帖子，我感觉“51%攻击是挖分叉链，让原本较短的分叉链反超之前的长链”这个有点不严谨……实际上 51%攻击还可以隐蔽地进行，可以私下里偷偷先挖好，等到明面上的交易完成（攻击方完成付款），再把更长的分叉链（攻击链）公开放出去，然后别的节点就会被迫丢弃之前的链，接受攻击链（首先是因为攻击链也没有违反规则；其次，如果不接受，对于当时没有在线、后来才上线加入网络的节点来说，它们无从分辨哪条链才是诚实链、哪条链是攻击链），最后攻击方的付款被强制撤回，收款方钱货两空。

[acess]

提到 UTXO，我又想到白皮书里的 Merkle 树剪枝，实际上那个 Merkle 树剪枝是没意义的。

从根本上讲，比特币的区·块·链账本里只登记了“交易记录”，并没有登记“当前余额”，“当前余额”是从“交易记录”重放、推算出来的。中本聪的白皮书里把比特币的交易叫做“币”，听起来就好像与众不同了——“比特币没有账户！”
但是很显然，换一个名字叫，并不能绕过本质问题，比特币只是形式上没有账户而已，本质上并没有多大区别。全节点还是必须自己想办法把“当前余额”给重放、重建出来，也就是 UTXO 集合，这样才能对后续的交易进行验证。

从安全 /信任层面讲，如果新上线的节点不完整下载、验证整条区·块·链账本，那就可能受到恶意节点欺骗（回到白皮书本身去抠字眼，白皮书写的也只是“回收磁盘空间”，而不是“节约下载带宽”）。即使一个恶意节点没有挖矿算力，它也完全可以恶意地挑选 Merkle 树分支来进行恶意的裁剪，把本来没被花掉的币裁掉，或者把本来已经被花掉的币加回来（根据情况，可以直接加回来，也可以把当时直接花掉这个币的交易裁掉），等等，然后受骗的节点在验证交易时就会出错，和其他（没受骗的）节点出现不一致。如果恶意节点有挖矿算力，它还可以花掉从来就没存在过的币（实质上等于凭空造币，也就是通胀），然后这种交易也没有什么特征，因为有很多其他的交易也是来自于“不存在（整个分支都被裁掉）的交易”。

从效律上讲，很显然，维护一个独立的 UTXO 集合数据库，验证交易时就只需要对这个 UTXO 集合数据库进行查询、增删，不再需要回溯读取历史区块的内容。如果需要回溯读取历史区块内容，很显然效律相比而言就非常低下。（这里也可以看出来，UTXO 集合数据库在记录了区块高度的情况下，其实还是一个方便查询的索引，可以直接查到某个币 /交易是在哪个区块里面；只不过是在验证交易的时候，UTXO 集合本身就提供了需要的数据，所以就不太像是个索引了）