什么是比特币区块?如何运作?比特币区块全面介绍

比特币创建了一个公共账本，以区块的形式记录交易。但什么是比特币区块？它们是如何运作的？在本指南中，我们将解释比特币如何以区块形式记录交易，以及这些区块如何连接在一起形成比特币区块链。

虽然比特币并非第一个数字货币，但它是第一个运用区块链技术的货币。它为无数其他区块链项目铺平了道路，包括以太坊、Solana以及众多去中心化区块链应用。如果您曾经好奇“比特币中的区块是什么？”，请继续阅读，了解它的工作原理。

加密区块链中的区块是什么？

理解比特币或其他区块链 中区块最简单的方法是将它们视为虚拟容器。每个容器可以容纳一定量的数据。这些数据通常是比特币中的交易，但其他区块链可能包含其他数据类型。例如，在供应链区块链中，区块可能包含谷物何时离开农场的数据，以及任何有助于供应链中其他人的相关数据。

简而言之，区块保存数据并提供时间戳，即 X 发生在 Y 和 Z 之前。在金融交易中，此时间戳对于防止双重支付至关重要。例如，Alice 拥有 1.5 个比特币，并向 Bob 发送了一个。比特币区块链将这笔交易记录在一个区块中。Alice 在发送第一个比特币后，必须收到更多比特币才能向 Bob 发送另一个比特币。区块链知道她现在有 0.5 个比特币。

下方的比特币区块包含 5,854 笔交易，并根据比特币挖矿算法链接到前一个区块。总共已挖出 863,093 个区块（加上创世区块 - 区块 0），全部构成一条链。

区块链区块如何运作？

区块链是一种账本，记录交易。区块链并非使用长长的列表或数据库来记录交易，而是将这些交易放入区块中，并将它们链接在一起形成一条链。

虽然所有区块链都采用这种结构，但有些区块链使用不同的方法来确认哪些交易有效。本节我们将重点讨论区块链技术，特别是比特币区块，它使用工作量证明作为共识方法来决定哪些区块有效。

比特币区块链使用哈希算法来存储和验证区块中的数据。哈希算法是指使用加密算法对每个元素进行加密。加密技术广泛应用于加密货币区块链，因此被称为“加密”。

比特币使用 SHA-256 加密，根据特定输入生成十六进制（字母和数字）字符串。更改输入会更改输出。

SHA-256 示例

• 输入：Alice 向 Bob 发送 1 个比特币。
• 输出：c248337fa9b6d96c76ec3b7c5584e4190f614dca39d8441e351a7e0a1142a47b

• 输入：Alice 向 Bob 发送 .1 比特币。
• 输出：51ce05326bd1da23bd73ccc17bd1f5ca04d377178ee6496e1d2e5ca67fc9e010

在上面的例子中，我们只更改了一个字符，在交易中添加了一个小数点。生成的哈希值完全改变了。在比特币区块链上，Alice 和 Bob 都使用钱包地址作为身份来验证交易。这保证了一定的隐私性。在比特币挖矿时，每笔交易都会变成一个哈希值。这些交易哈希值随后会配对并再次进行哈希运算，直到生成一个包含所有交易的哈希值，称为 Merkle Root 或 Tx_Root。

让我们看一下比特币区块链协议的简单说明以及比特币区块的关键元素。

比特币区块链示例

比特币在整个过程中都使用哈希算法。让我们用一张简化的图表来探索区块 11 以及它与区块 10 和 12 的关系。

在图的底部，您可以看到单个交易。这些交易会先单独进行哈希运算，然后配对，最后再以交易对的形式进行哈希运算。最后，所有哈希交易对会再次进行哈希运算，从而创建一个称为 Merkle Root 的哈希值。

Merkle Root 保存了区块中所有交易的哈希值。想象一下，数千个交易被压缩，并表示成一个字符串。

这是比特币区块 863,507的 Merkle Root ，其中包含 5,000 多笔交易：

3e8a2e9955fc098da95338502111906a28c94ddef6183ac6e13939f1b3e79d46

让我们看一下上面显示的块内的基本元素。

• 前一个哈希值：每个块通过使用新块中前一个块的哈希值链接到前一个块。
• 时间戳：每个比特币区块都包含一个 Unix 时间戳，这使得攻击比特币区块链变得更加困难。这个时间戳使得区块链更难以被攻击。
• Tx_Root（Merkle Root）： Merkle Root 是区块中所有交易的加密值。
• 随机数 (Nonce)：随机数（仅使用一次的数字）是挖矿过程中至关重要的一部分。比特币的工作量证明共识机制会根据所有区块元素以及随机数来计算哈希值。

前一个区块的哈希值将各个区块连接起来形成一条链。如果任何区块中的任何元素发生变化，后续区块都将失效。要攻击比特币区块链，需要挖矿你想要更改的任何区块以及所有后续区块——并且挖矿速度要快于网络其他节点生成有效区块的速度。这种结构和分布式账本，加上遍布全球的矿工网络，使得比特币网络极其安全。

区块在交易中起什么作用？

区块充当交易的容器。然而，它们也充当整个区块链网络中的连接点。一个区块的哈希值会成为下一个区块的一部分。

下表列出了比特币区块 863,508的前五笔交易，该区块共包含 3,857 笔交易。矿工挖取此区块共获得 3.265 个比特币。

像 Blockchain.com 这样的比特币区块浏览器允许任何人搜索和验证任何公共区块链的任何区块内的交易。

然而，第三方工具仍然需要信任。虽然这些工具可能准确，但唯一能够避免数据造假的验证方法是运行比特币节点。比特币社区中的许多人都运行着自己的节点，存储着区块链的副本。即使是像树莓派这样的简单设备也可以运行节点，允许任何人查询区块链并验证任何区块中的交易。

比特币的区块结构允许通过钱包地址或交易 ID 进行搜索。

区块大小如何影响交易速度？

比特币将区块大小限制为 1MB。这一限制自比特币诞生之日起就已存在，限制了每个区块可容纳的交易数量。然而，1MB 的限制并不会影响交易速度，反而更多地影响交易成本。让我们来探究一下它是如何运作的。

比特币挖矿难度会根据网络哈希率进行调整。目标是平均每十分钟挖出一个新区块。区块大小不会改变网络速度，网络速度每十分钟就会像钟表一样准时挖出一个新区块。然而，区块大小限制确实会增加区块的竞争，从而导致更高的费用。

费用较低的交易可能需要在内存池中等待，直到竞争平息，届时矿工可能会将其提取出来。然而，大多数比特币钱包会根据当前网络需求报价。收到报价后，用户可以选择支付当前费用或等待。

2015年至2017年间，比特币社区就增加比特币区块大小的提案展开了激烈辩论。最终，小区块支持者占了上风，比特币的区块大小保持不变。然而，2017年，比特币启用了隔离见证（SegWit），该协议通过隔离签名和脚本，允许每个区块容纳更多交易。

比特币区块存储在哪里？

比特币区块存储在全球各地的计算机上，这些计算机被称为节点。截至撰写本文时，可访问的比特币节点超过 19,000 个，预计总数约为 56,000 个。每个全节点都存储着区块链的完整副本。修剪后的全节点会“修剪”旧区块以节省磁盘空间。然而，这些修剪后的节点仍然存储着所有当前交易数据。挖矿节点可以是全节点，也可以是轻节点，后者仅存档区块头以节省空间。

对于区块链用户来说，比特币最吸引人的特性之一是其区块链数据的全球分布，这使得它具有去中心化的特性。没有任何单一实体能够控制数据。相反，如果同时挖出多个区块，节点会自动选择拥有最多“工作量”的区块链分叉。

比特币区块和挖矿

比特币网络添加新区块的方式称为比特币挖矿。由于涉及的工作量，比特币挖矿类似于挖金矿。在这种情况下，工作就是运行计算以找到一个符合条件的哈希值来挖掘新区块。

矿工从内存池（mempool）中提取交易。内存池是等待已广播到网络但尚未被打包到区块的交易的区域。这些待处理的交易会被哈希运算、配对，然后再哈希运算，最终得到一个称为 Merkle Root 的加密哈希值。矿工还会对其他数据进行哈希运算，例如前一个区块的哈希值。最后，矿工使用随机数（nonce）来查找符合当前难度级别创建区块条件的哈希值。

区块 865,524

• 随机数： 3,019,093,434
• 哈希值： 000000000000000000000082b23dedcfed7ceeec4bbc87b9fa664c5fda5efc4381

区块 863,525

• 随机数： 1,819,843,672
• 哈希值： 000000000000000000000082b23dedcfed7ceeec4bbc87b9fa664c5fda5efc4381

这两个区块的挖矿难度相同，即矿工需要找到一个前导零数量最少的哈希值。比特币挖矿难度会根据网络哈希率的上升或下降而变化。难度每 2,016 个区块（约两周）自动调整一次。

比特币区块奖励是如何产生的？

比特币协议会奖励矿工挖出新区块并获得新的比特币。目前，网络每挖出一个新区块会生成3.125个比特币。这个金额有时被称为区块补贴，2009年起最初为50个比特币。该协议每挖出21万个区块就会将挖矿奖励减半，这一备受关注的事件被称为比特币减半。

比特币将持续创造新的比特币，直到总供应量达到 2100 万，预计在 2140 年实现。区块补贴和总供应量由软件控制，除非全球节点运营商网络选择安装使用不同限制的比特币核心软件，否则无法更改。如此剧烈地改变比特币，不利于矿工和节点运营商的经济利益，因此该协议的这一方面不太可能改变。

当比特币区块奖励消失时会发生什么？

除了区块补贴奖励外，比特币矿工还能获得支付给网络的费用。例如，如果 Alice 想向 Bob 发送一个比特币，她需要支付一笔使用比特币网络的网络费用。这笔费用可以作为矿工的激励。即使在挖出最后一个比特币后，这些费用仍然为矿工提供了收入机会。

例如，目前发送比特币的费用为 0.72 美元，尽管该费用会根据网络需求和比特币本身的价格而变化。2024 年 4 月，部分比特币交易费用曾一度飙升至 100 美元以上。

费用不会根据交易金额而变化，因此发送 1 聪（比特币最小面额）的成本与发送 100 比特币的成本相同。许多人预计比特币价格将持续上涨，即使挖矿区块补贴奖励随着时间的推移而减少，挖矿仍然可行。

手续费通常约占区块补贴的 4%。然而，由于交易费会根据网络需求而变化，因此该百分比会有所波动。2024 年 4 月，手续费飙升，比特币手续费飙升至区块补贴的 300% 以上。

此外，比特币网络会根据哈希率调整挖矿难度。如果盈利能力下降导致挖矿哈希率下降，难度也会降低，从而激励矿工回归挖矿。挖矿成本会随着难度降低而下降。

结论

那么，什么是比特币区块？它们在比特币区块链网络中扮演着什么角色？比特币区块是比特币网络上交易的容器，每个区块都与前一个区块相连，形成一条链。

矿工通过解决需要大量算力的算法难题来生成新的区块。这个过程被称为工作量证明。然后，比特币网络会接受拥有最多“工作量”的链作为有效链。添加到链中的区块充当着不可篡改的交易账本。

常见问题解答

什么是比特币区块？

比特币区块是比特币网络上交易的容器。这些区块与前一个区块和下一个区块相连，形成一条牢不可破的链条。

比特币区块持续多长时间？

比特币区块是永久存在的。你仍然可以查看 2009 年开采的第一批比特币区块。只要有节点运营商存储区块链副本，有矿工添加新区块，比特币网络就永远存在。

当你挖掘比特币区块时会发生什么？

挖出一个比特币区块会将一个新区块添加到比特币区块链。这相当于交易的首次确认。链上每个新区块都会为之前的区块添加一次确认。

如何解决比特币区块？

解析或挖掘一个比特币区块需要若干比特的信息，所有这些信息都使用 SHA-256 算法进行哈希处理。一个称为 nonce 的变量使整个过程变成了一场猜谜游戏，矿工需要创建大量的哈希值来找到一个符合条件的哈希值来挖掘新的区块。

当前比特币区块奖励是多少？

当前比特币区块奖励（也称为区块补贴）为 3.125 比特币。挖出新区块的矿工还会获得该区块内交易的网络费用。

比特币还剩下多少个区块？

比特币区块可以无限期地持续存在。只要有矿工和节点，比特币就能够持续存在。截至撰写本文时，已开采了 19,761,015 个比特币。比特币的最大供应量为 2100 万，剩余 1,238,985 个比特币尚未被开采。一旦所有比特币都投入流通，网络费用将继续激励矿工开采更多区块。

比特币挖矿中的区块是什么？

区块是比特币挖矿的产物。矿工从内存池收集交易，并将这些交易添加到他们的哈希值中。哈希值是使用算法计算出一个合格值的猜测值。区块保存着比特币交易，每个区块都与前后区块相连，形成一条牢不可破的链条。

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