比特币的发行和挖矿

概述

挖矿的用途

1. 抢夺区块打包权
2. 验证交易事务
3. 奖励发行新币
4. 广播新区块

大家约定一个规则，共同按照这个规则竞争，竞争成功谁就有数据打包权，打包完成后广播给别人，别人验证无问题就存入自己的数据文件中。

规则------->工作量证明

难度值： 一个门槛
        规定一个256位的证书，作为难度为1的目标值:
        X00000000FFFFFFF.......
        当时全网的算力，大约需要10分钟左右的运算能得到一个符合这个难度为1的值。
    0号区块的难度信息
        "nonce": 2083236893
        "bits": "1d00ffff"
        "difficulty": 1
    noce：一个随机数，挖矿计算得到
    bits: 存储难度的十六进制目标值，存储在区块头部
        源码中，用4字节，32位存储256位长度的难度目标值（压缩过）
    压缩方法：
        1. 4个字节的高位字节用来存储难度值得有效字节数
            有效字节数： 从第一个不全为0的字节开始的部分。
            约定：如果难度值有效位的最高位为1，则需要在前面补上0x00
            举例：难度为1的目标值，X00000000FFFFFFF.......（十六进制计数，没一位两个字节，所以前8个0为4字节），有四个字节长度为0，减掉这些0的长度共计32bit，剩余256-32=224，也就是28个字节，因为F转换为2进制为1111，第一位为1，所以补上0x00，因此有效位总计29个字节，29的十六进制为1D
        2. 另外3个字节中存储的是目标值有效位的最高3个字节，此时目标 值有效位前面已经加上2个0，因此最高3个字节为0x00FFFF,合起来压缩后的值就是0x1D00FFFF
    此4个字节前2位通常为幂或指数，后6位为系数：目标值 = 系数*2^(8*(指数-3）)次方
        难度值：差不多两周调整一下新的难度值，算力在增加。为了维持差不多10分钟出一个区块，难度要跟随算力变化而调整。
        难度值会越来越大，目标值会越来越小，目标值越小越难挖矿。
    新的难度值 = 当前难度值*（最近的2016个区块的实际出块时间/2016分钟）

挖矿计算

1.挖矿的计算公式：
    SHA256(
        SHA256(version + prev_hash + markle_root + ntime + nbits + nonce)
    ) < TARGET
    TARGET: 难度目标值，如果计算出来的值小于这个值，就算挖矿成功
    各名词解释：
        version : 区块的版本号
        prev_hash: 前一个区块的哈希值
        merkle_root: 准备打包的交易事务哈希树，也就是梅克尔根
        ntime: 区块时间戳
        nbits: 当前难度
        noce: 随机数
    以上为去块头组成部分。

挖矿

1. 概念
   挖矿就是重复计算区块头的哈希值，不断修改该参数，直到与难度目标值匹配的一个过程，多个节点同时匹配，谁的链最长为准。
2. cainbase交易
   挖矿奖励作为一条交易事务包含在区块的交易事务中的，相当于系统给矿工转了一笔比特币。一般位于区块的第一条。
3. 挖矿奖励规则
   2019年1月创建出第一个区块，每21万区块产量减半(大约4年)，到2140年，所有比特币(20999999.98)将全部发行完毕。
4. 比特币钱包
   比特币地址生成过程：
   
   核心钱包，轻钱包
   核心钱包： 完整交易验证，是否有足够余额，是否双花。
   跟核心客户端在一起，可以创建钱包地址，收发比特币，加密钱包，备份钱包
5. SPV钱包
   大致过程：
   1.下载完整区块头数据，区块头中包含区块的梅克尔根------->SPV方式靠它实现
   2.算出待验证支付的交易事务哈希值taHash
   3.找到taHash所在的区块，验证一下所有区块的区块头是否包含在账本数据中
   4.获得所在区块中计算梅克尔根所需要的哈希值
   5.计算出梅克尔根
   6.若计算结果与所在区块的梅克尔根相等，则支付交易是存在的
   7.根据该区块所处的高度位置，还可以确定该交易得到了多少个确认
   注：仅能看到当前支付的支付交易是否被发起而已，并不能保证这笔交易事务最终进入到主链中，需要等待核心节点进行全面的交易验证，并且矿工打包到区块后进入主链。
6. 管理多个私钥的钱包技术(分层确定性钱包(HD Wallets))
   特点：
   1. 用一个随机数来生根私钥，这与任何一个比特币钱包生成私钥没区别
   2. 用一个确定的，不可逆的算法，基于根私钥生成任意数量的子私钥
7. 未花费事务输出,UTXO,(Unspent Transaction Output)

a.比特币的交易不是通过账户的增减来实现的，而是一笔笔关联的输入/输出交易事务
b.花费"输入"，产生"输出"，这个输出就是"未花费过的交易输出"，也就是UTXO.每一笔交易事务都由一个唯一的编号，称交易事务ID，通过哈希计算而来，引用"输出"，主要提供交易事务id和所处"输出"猎豹中的序号就可以了。
c.由于没有账户的概念，因此当"输入"部分的金额大于所需"输出",必须给自己找零，这个找零也是作为交易的一部分包含在"输出中"

证明哪一条UTXO是属于谁
1.输入脚本，2.输出脚本。也叫锁定脚本和解锁脚本。
1.用私钥签名解锁自己的某一条UTXO(也是之前的输出)
2.对方公钥锁定新的"输出",成功后，这笔新的"输出"就成了对方的UTXO通过输入，输出脚本实现转账。

原文地址：http://blog.51cto.com/xiaofengfeng/2093955