我们知道，为了解决交易信用问题并提升交易效率，产生了比特币，那比特币的运行机制是怎么样子的呢？

首先比特币是一个基于区块链的分布式账本，也就是说，交易记录并不是记录在某一个中央节点（用户）上，而是所有参与的节点都会持有这样的一个交易记录账本（人手一份），在比特币世界中发生的每一笔交易，都会通过一定的机制，最终通知给所有的节点，写到他们的账本中。

因为所有的节点都持有一份交易账本，某一个节点试图篡改交易信息（比如否认了此次交易）都是徒劳的，因为在比特币世界中，大多数节点记录的，才是真理，除非你把网络中大部分节点的账本信息都篡改了，但这需要你花费惊人的代价。

交易成本

有的同学可能会好奇，发生了一次交易，需要同步给所有的节点，那么交易的时间本会不会很高。

确实，使用比特币发起的一笔交易需要至少1个小时才能最终确定是否成功，主要的耗时花在 数据的传输 和 共识的达成。

数据的传输

比特币是基于区块链技术的，所有的交易都是存储在区块中，在比特币中区块的大小限制在了1M以内，并且每10分钟才产生1个区块。

我们以一个交易0.25KB计算，每秒平均能打包1024Kb/0.25Kb/10Min/60s = 6.826个交易，这就是说每秒处理7笔交易左右，对比VISA平均5万笔/秒、支付宝峰值25.6w笔/秒来说差的不是一点两点。

为啥是1M

比特币刚发行的时候，交易非常的少，当时认为1M的区块足够使用，太大则会影响其在网络上的传播。

1M限制并不是不能扩大的，目前1MB的限制已经成了比特币高效交易的一个瓶颈，所以扩容也被提上日程，目前的一个改进方案是BIP101：先提升区块体积上限至8MB，然后每两年上限加倍，直至每块达到8GB 上限，之后每秒交易数8*1024*1024/0.25/60/10 = 5.6万笔/秒，并不逊色于现在的VISA处理能力，当然，对节点所在网络的带宽也是有要求的（能够快速的传输8GB的区块）。

共识达成

当A支付1比特币给B的时候，A首先需要通过比特币钱包构建相应的一条交易记录，然后将这条交易记录广播到网络中。

在比特币体系中，有一种角色叫做矿工，任何人都可以无条件的成为矿工，矿工会专门监听网络中的交易信息，一旦捕获到交易信息，就放到内存中的临时交易池中，矿工会在合适的时机从临时交易池中选择一部分交易信息，打包成为一个区块：

区块包含了区块头和区块体，其中区块体中主要是一些交易列表信息，区块头包含了版本号、随机数、上一个区块的编号、区块体中的交易列表的merkle树根hash值、难度值等，区块头的总大小是80字节。

矿工必须不断的变换区块头中的随机数，使得

SHA256(SHA256(区块头)) < 难度值

要想让上面的这个不等式成立，需要进行大量的计算，实际上这个计算就是矿工的主要工作，也被称之为“挖矿”。

一旦矿工完成了计算，会立马将区块广播出去，告知其他矿工，自己挖到了一个区块，其他矿工收到这个区块后，会校验区块合法性（是不是符合上面的那个不等式），一旦校验成功，该矿工就会停止自己的挖矿工作，然后将该区块放到之前接收到的所有区块的最尾端（这样各个区块就形成了一个链条，所以叫区块链），并对比自己的临时交易池中的交易和区块中的交易，将相同的部分移除掉（因为已经被别人挖到了），然后进行新一轮的挖矿工作，也就是从交易池中重新打包一个区块，重新挖。

所谓的达成共识，就是你挖的的区块，已经大部分的矿工都认同并加入到自己区块链条中了。

分叉问题

假设你是一个矿工，最开始的时候，你记录的区块链(主链)如下图所示：

这时，你同时接收到两个区块，一个来自中国的矿工，一个来自美国的矿工，而且这两个区块都是有效的，于是你吧两个区块链接到主链上：

可以看到，区块链分叉了，如何解决这个分叉问题呢？

出现分叉后，一部分矿工会基于“来自中国的区块”继续挖矿，一部分则更加另外一个区块继续挖矿，最终导致两个分支会不同程度的延伸，比特币规定，长度较长的那个分支会成为主分支！

一般延伸六个区块之后，两个分支的长度很难在保持一致，所以比特币交易的最终确认，要至少等挖出六个区块(成为6次确认)，由于平均每10分钟挖出一个区块，所以交易的确认要1个小时以上！

双花问题

假设我们只有1比特币，但我们可以构造两笔交易，每笔交易都花费了1比特币，如果能够让两笔交易都成功被确认，我们就认为成功进行了一次“双花攻击”。

为了进行双花攻击，我们可以把第一笔交易向一半网络进行广播，把第二笔交易向另一半网络广播，假设两边正好有两个矿工几乎同时挖到了包含我们的交易的区块，并把区块发布给周围的节点，这时区块就会分叉：

但是考虑到比特币有6次确认机制，最后只有一个分支保留下来，所以这种方式不可行。

不过我们可以采用另外的一种方案，首先向网络当中广播第一个交易，假设第一个交易被包装成区块并通过了6次确：

为了让第二笔交易也能够得到确认，你需要至少构建6个区块进行分叉：

只有当交易2所在的分支长度>区块1所在分支长度的时候，才有可能让你的交易2被确认，事实上，这是很困难的一件事情，假设你的算力占据了全网的1/100，那么交易2被确认的概率是1/100的六次方，概率上几乎为0，而且拥有全网1/100的算力，本身就是一种奢望。

所有的交易记录在自己电脑里，体积会不会很大

因为比特币每10分钟产生一个区块，每个区块按照1M来算的话，那么从2009年到现在，总共有：9(年) * 365(天) * 24(小时) * 60(分钟) / 10(分钟) / 1024(M) ≈ 462G

如果你把包含了所有交易的区块全部记录下来的话，估计会吃不消，不过目前使用了Merkle树，可以让我们只存储区块中的区块头(类似于只存放了目录)，所以虽然比特币已经发生了数千万笔交易，但是每个节点存储的账本信息，还是很小的。