比特币如何利用区块链技术构建安全的电子虚拟货币系统？

从图中可以看出，矩形是区块头，里面包含了前一个节点的哈希值（Prev Hash），用于工作量证明的随机值（Nonce），区块时间戳（Timestamp），以及默克尔树。根节点（Merkle Root）。

根据比特币的设计，它为所有交易生成一棵默克尔树，然后节点可以根据自己的条件选择是否保存整棵树。对于矿工来说，如果保存了整个区块链的数据，那将是一笔可观的，因此可以选择只保存块头，即只保存 Merkle 树的每个节点，而丢弃其他子节点，从而减少存储容量。

在默克尔树和哈希算法的基础上，还涉及到比特币的最后一个核心范畴“数字签名技术”，它依靠公钥加密技术实现信息加解密两个过程。发送者使用自己的私钥加密信息并将其传输给接收者。接收方只能使用发送方的公钥解密加密信息。整个过程受到离散对数问题的保护（对于 ECC 算法）。所以每一笔交易都很难在网上被打乱。

在这样的比特币网络集群中，想要篡改数据，就需要盗取别人的密钥，掌握时效性。如果把数据库表比作账本，区块链就是让系统每 10 分钟自动生成一个新的账本，新的交易记录在新的账本中。新的账本是如何创建的？就是上面提到的默克尔树结构和区块链链结构相结合，生成一个哈希值，一个系统时间戳（10分钟一维），然后找到一个随机值。将几条数据加在一起后，满足一定条件，系统就会收到这个新的账本。生成的新账本通过账本序号（Prev Hash）链接在前一个账本之后，形成账本的链式结构。新的账本依赖于前一个账本的数据和当前系统时间戳，所以一旦新的账本产生，历史账本的数据就不能被篡改，因为一旦被篡改，就不会匹配后续的账本，账本将被销毁。在P2P网络结构中，系统会按照少数服从多数。原则上会自动更新到网络集群中大部分节点维护的同一个账本上，这也增加了数据篡改的难度和成本。系统会按照少数服从多数。原则上会自动更新到网络集群中大部分节点维护的同一个账本上，这也增加了数据篡改的难度和成本。系统会按照少数服从多数。原则上会自动更新到网络集群中大部分节点维护的同一个账本上，这也增加了数据篡改的难度和成本。

篡改数据的反面是维护数据。这涉及到比特币的一个核心词，“挖矿”。什么是挖矿？挖矿是指比特币矿工将收集到的交易文件整合到自己在比特币网络上生成的区块中，并将该区块链接到唯一的区块链上。并且只有交易清单被纳入区块链后，才具有可信性和安全性，才会产生价值，矿工将获得一定的比特币奖励。

即在数据维护层面，交易者生成文件并将其传播到整个网络。为了首先得到矿工的服务，他希望自己的交易文件能够被确认并优先上链，给矿工一些比特币小费也是情理之中的事。它应该是。比特币系统规定，一张交易单的所有输入和所有输出之间的差异就是小费。矿工出块后，该区块中包含的所有交易单的小费就是交易费，属于矿工。

在这个比较中，很明显维护数据比篡改数据更简单、更有效！只要遵守规则，低成本、简单的行动就可以双赢，而高成本的破坏则可能导致双输。如果是你，你会选择哪一个？根据社会心理学的理论，正常人会选择第一个，也就是我们上面提到的“博弈论”。

话虽如此比特币用什么技术，它也解释了比特币系统中数据的不变性和最终一致性。接下来我们来说说比特币是如何实现货币发行和货币交易的。

l 货币发行

在比特币系统中，电子货币的发行实际上就是账本记录的生成。在寻找账本的过程中，矿工需要消耗大量的算力才能找到一个区块链系统可以接受的随机值，而一旦新的账本被系统接收到，新的账本就会生成系统自动增加。将一定数量的比特币转给他的记录，从而完成了货币的发行。

比特币的这种运行机制不断激励矿工投资挖矿，不断挖掘新的账本，增加区块记录来支持比特币系统的运行。

l 货币交易

在比特币的世界里，没有属于个人的账户的概念。只有一个比特币钱包。所谓比特币钱包，其实可以理解为一个公众号地址。它的基本含义是“任何人都可以把钱放进去，但只有你可以把钱拿出来”。就像你的银行账户，任何人都可以给你汇款，但只有你可以从中取款，因为你手里有取款密码。换句话说比特币用什么技术，钱包就像一个公钥，你持有公钥对应的私钥。

在没有账户只有钱包的情况下，所有可以花的钱都统一表示为UTXO（即Unspent Transaction Output）。UTXO 是比特币世界的基本消费单位，与钱包地址相关联。如果您想查看您总共可以花费多少钱，您只能通过将与您所有钱包关联的 UTXO 相加来计算您的“账户余额”。

一般来说，获取UTXO有两种方式：

1.别人转给自己

2.自有挖矿收益

“挖矿”前面已经简单提到过，现在我们来讨论第一个来源，也就是别人转给我们的UTXO。这涉及到交易层面。为了准确验证交易双方的身份，保证交易的真实性，比特币系统采用非对称密码技术，使用A的公钥锁定A钱包的比特币输出，只有A拥有的私钥可以解锁。

在非对称密码学层面，用户消费比特币时，需要使用私钥进行签名。系统会使用钱包地址即公钥来验证签名的真实性，并根据用户的钱包地址从历史交易中计算出当前用户。确保用户操作的资金在真实金额范围内，从而保证交易的合法性。

因此，比特币系统的成功落地不仅依赖于区块链等技术方面，还融合了金融、社会学、心理学等多种科学知识，这也是它的亮点所在。

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