比特币挖矿的原理是什么？

比特币作为一个优秀的、目前最成功的区块链系统，非常值得我们去研究和学习。 通过上一篇文章，相信大家已经知道，比特币是一个大家共同维护的账本。 那么，这个账本究竟是如何运作的呢？

一般情况下，我们需要先有一个账户才能开始记账

比特币使用一种称为 UTXO 的模型而不是传统账户。 UTXO 是 Unspent Transaction Output 的缩写。 这是比特币的发明者中本聪的天才设计。 UTXO 本质上是一个流水帐。 学过一点会计，看过企业记账的同学都知道，我们现在的会计制度，大多采用一种叫做“借贷记账法”的方法。 账户分为借方和贷方，每次发生业务都要登记两个以上的科目。

简单来说，如果Alice转给Bob 1美元比特币的原理是什么，使用借记和贷记记账的方式，至少会产生两个账户。 Alice 的账户将减少 1 美元，Bob 的账户将增加 1 美元。 这种记账方式在企业经营和企业审计方面的好处数不胜数，这里不再赘述。 但是，这种会计方法也有一个最大的缺点，就是容易出现会计差错和会计差错。 一笔交易需要注册两个以上的账户比特币的原理是什么，本质上是记录交易的结果，而不是交易本身。

如果让程序员设计一个基于借记和贷记记账方式的账本，每个账户的变动和余额都记录在数据库中。 在数据库系统中，需要一系列的附加规则来保证事务的成功执行。 在When Alice transfers $1 to Bob时，系统首先需要检查Alice的账户余额是否大于等于$1，然后检查Bob的账户地址是否合法，最后Alice的账户减1，Bob的账户加1。

上面的过程是不是很复杂？ 事实上，会计师之所以如此忙碌，是因为他们每天都要将交易分成不同的科目进行记录。 不同的会计师对交易的理解不同，记录的科目可能不同（当然，在简单的转帐系统中，不存在这个问题），因此记账方式存在差异。

“中本聪”并没有采用这种复杂的记账方案，而是采用了一种日志记录的方式来追踪比特币——UTXO。 本质上，它只记录交易本身，不记录交易结果。 从金融系统设计的角度来看，这种做法有点像“交易与清算分离”。 区块链系统只处理所有交易，清算和余额检查等信息由区块链节点自行处理。

讲个故事理解UTXO：淘金者汤姆挖到了一块重100克的黄金，于是他先记录了一个挖矿记录，100克黄金进入了汤姆的口袋。 然后汤姆把这块金子给了爱丽丝，系统记录了一笔交易——100克黄金从汤姆的口袋里转到了爱丽丝的口袋里。 后来，Alice 把黄金切成两半卖给了 Bob 和 Charlie，于是系统记录了另一笔交易——100 克黄金从 Alice 的口袋里转了出来，50 克黄金转给了 Bob，50 克给了 Charlie。 上面的记录如下表所示：

用程序员最熟悉的树结构来描述可能会更清楚：

每个根节点都是一个CoinBase（挖矿交易），是每个比特币的原始来源。 然后随着交易的变化，树不断的增长，每一个叶子节点都是一个UTXO——Unspent Transaction Output——一个未花费的交易输出。 严格来说，比特币系统不是树状结构，而是单向图。 随着交易的复杂化，中间的分支会不断交织在一起，但这并不妨碍我们用树结构来理解它。

比特币的 UTXO 系统遵循两个规则：

1、除CoinBase（挖矿交易）外，所有资金来源必须来自之前一笔或多笔交易的UTXO；

2. 任何交易中的输入总量必须等于输出总量，且等式两边必须平衡。 （在比特币系统中，输出一般小于输入，差额就是转账手续费，属于矿工。）

这样记录交易不是更容易吗？ 规则越少，系统就越不容易出现问题。 多年来，比特币在这方面经受住了时间的考验。

UTXO 模型最大的优势在于它忠实地记录了交易。 我们的现实世界随着时间流逝，交易一件件发生。 比特币的区块链系统将这个世界上发生的事情一一忠实地记录下来，无法回滚或删除。 只要交易记录准确清晰，大家的爆仓结果就不会出错。

因此，“交易”是比特币区块链系统的核心，“记录交易”是区块链系统的设计原则，也是区块链设计思想的核心之一。

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