一、比特币架构
二、区块结构
区块是比特币存储交易的结构，一个区块总是指向其父节点。一个区块包含三 个字段：区块头、区块交易数量、交易列表。交易数量收到区块大小限制，输入、 输出数量和脚本都会占用区块空间，矿工往往喜欢获得最高费用的交易列表。
1、区块头
比特币区块头包含了当前区块和上一个区块的元信息，我们可以通过这些信息 来验证区块体的正确性。比特币区块头定义中虽然只包含 6 个字段，但每一个字段对于当前区块链的运行都必不可少。
比特币区块头长度为 80 字节，数据结构包含 nVersion、hashPrevBlock、 hashMerkleRoot、nTime、nBits、nNonce 字段。区块哈希可以由区块头进行两次 Sha256 运算获得。
2、区块体
比特币区块体用于存储真实的交易记录。区块体包含有序的交易列表，这些交易列表通过默克尔树算法生成的根哈希存储到区块头中，这样可以通过区块头中的少量信息对区块体中的交易进行验证。
三、比特币钱包
比特币的钱包在此指用于存储和管理用户密钥的数据结构，同时在比特币语境 中钱包还指用于管理密钥、比特币地址、地址余额、创建和签名交易的应用程序。
比特币钱包中不含有“加密货币”，只含有私钥/公钥对的密钥链，“加密货币” 则被以 UTXO 的形式存储在区块链中。比特币钱包不和用户身份绑定，可以随时创 建，一个用户可以拥有一个或多个比特币钱包。
比特币含有两种类型的钱包：
- 非确定性钱包（Nondeterministic wallet）
- 确定性钱包（deterministic wallet）
两者主要的区别为钱包内密钥是否是相互关联的。
四、比特币密钥
比特币密钥格式包含私钥、公钥、地址三部分。私钥、公钥、地址间的推导具有单向性，即私钥 --> 公钥 --> 地址，而不能反过来进行推导。
比特币私钥是通过随机生成的 256 位二进制数产生的。私钥经过椭圆曲线算出公钥。比特币地址由公钥通过 base58Check 编码而来。
五、比特币交易模型
1、UTXO
比特币的交易由输入的交易和输出的交易组成，每一笔交易都要消耗输入，然后产生输出，而所产生的输出，就是 UTXO。比特币的链上存储的实际上是一笔笔的交易 (Transactions)，所有属于某个账户的 UTXO 就是该账户的金额。
2、交易脚本
比特币协议允许加入简单计算，该脚本使用了比特币协议开发者设计的带限制 的语言。这是一种基于堆栈的，无状态的，非图灵完备的语言。
1）解锁脚本
该脚本通常是一个签名和一个公钥，如果脚本执行任何类型的函数，诚实的节 点将会丢弃事务。
2）P2PKH
该脚本对公钥哈希和输出的所有者签名进行验证
公钥哈希为：RIPEMD-160(SHA256(PubKey))
脚本为：
OP_DUP OP_HASH160 <PubKeyHash> OP_EQUALVERIFY
OP_CHECKSIG
关联的脚本签名为：
<sig> <pubkey>
3）P2SH
OP_HASH160 <Hash160(redeemScript)> OP_EQUAL
签名：
<sig> [sig] [sig...] <redeemScript>
3、找零
找零指的是当一笔交易的输出用于另一笔的输入时，若比特币未全部花费，则 产生了找零。找零将会生成一个新的比特币地址将差额返回给该地址（若不找零，则差额将全部用作矿工手续费）。
六、比特币机制
1、交易优先级排序
交易池中的实体会依照交易优先级进行排序，当区块空间紧张时，打包会按照 交易优先级进行处理，交易优先级由多种因素决定：
- UTXO 交易创建时间：越早创建的交易优先级越高；
- 手续费大小：手续费更高的交易矿工会优先处理；
- UTXO 大小：金额过小的 UTXO 优先级会降低
2、难度调整机制
比特币难度值调整是为了保证出块速率保持在平 均每 10 分钟出一个区块。难度值调整的公式为：
新难度值 = 老难度值*(前 2016 个块出块时间/20160 分钟)
3、延迟交易确认
一般的，在实践中认为交易被打包到区块后，再等待 6 个区块生成才能认为区块已经被完全确认，这被称为比特币的延迟交易确认。
4、防止双花的两个重点
① 时间戳机制：
区块有明确的时间顺序，交易信息广播后，先被打进区块中的交易，就被认为是合法的，之后的交易就会被网络拒绝。
② 最长链原则：
比特币的POW共识机制里，矿工通过记账获得挖矿奖励，以最长链为原则，只有在最长链上挖矿的矿工才可以获得奖励。
七、比特币网络
比特币网络采用 P2P 网络模型，这种网络中每个节点关系对等，不存在中心服 务器。这种网络模型符合可靠性高、去中心化、开放包容的设计思想。
比特币挖矿是通过工作量证明机制，在工作量证明的过程中完成区块的打包的 过程。
比特币挖矿过程是比特币运行的必要过程，其对比特币具有重要意义。具体而言：
- 防范女巫攻击：女巫攻击者通过大量身份可以控制比特币网络的交易、区块广播过程，实行 51% 攻击等。但比特币挖矿要求参于比特币共识过程必须要付出成本（算力），从而避免了女巫攻击。
- 维持比特币生态：挖矿的矿工可以获得手续费和 Coinbase 作为挖矿奖励， 矿工是比特币生态的基础，挖矿有助于维护比特币的稳定性。
- 保护比特币安全：挖矿的工作量证明是通过计算工作量来确保比特币的安 全性的，工作量证明可以确保比特币账本不会被篡改，提升了比特币的安全 性。
- 维护区块链账本：挖矿的过程即共识过程，比特币挖矿可以处理比特币网络 产生的交易，维护区块链账本。