比特币（BTC）：Layer 1区块链的鼻祖
在本章中，我们将重点学习比特币这个首个也是最知名的加密货币。我们将探讨比特币的底层技术，包括其去中心化网络、工作量证明共识机制以及挖矿过程。此外，我们将研究比特币的特征和应用，以及它在加密货币不断发展的领域中的优势和局限性。
参考资料：
什么是比特币（BTC）？
比特币（BTC）是去中心化加密货币的鼻祖，是金融技术史上的一个重要里程碑。比特币于2009年由一个化名中本聪（Satoshi Nakamoto）的匿名个人或团体推出，由此，一个颠覆传统金融体系的创新概念诞生了。
比特币作为一种去中心化的数字货币，旨在促进无需银行或政府等中介机构的点对点交易。它在一个分布在全球的计算机网络中运作，这个网络被称为节点，每个参与者都拥有一份区块链账本的副本，确保了透明度和安全性。
比特币的出现解决了传统金融系统面临的关键挑战，包括双重花费、通货膨胀和对中央权威的依赖。通过加密技术，比特币确保了交易的完整性和安全性，使其能够抵御欺诈和操纵。
比特币的意义在于它引入了一种新的共识机制——工作量证明（PoW）。在这一机制下，矿工们竞相解决复杂的数学难题，验证交易并将其添加到区块链中。工作量证明机制要求参与者投入计算能力，以此来确保一个去中心化和安全的网络，使得恶意行为者对网络发起攻击在经济上变得不可行。
比特币供应量有限，这是它与众不同的另一个重要因素。比特币的总供应量永远只有2100万枚，是一种稀缺资产。这种稀缺性加上它的日益普及和增长的需求使比特币成为一种价值储存工具和潜在的通胀对冲工具。
比特币的影响远超于其作为数字货币的身份。它引发了一场技术革命，带动了众多加密货币的发展，并为整个区块链技术奠定了基础。比特币引入的去中心化、透明和抗审查的概念影响了不同行业中的替代性加密货币和区块链应用的创建。
比特币在其发展过程中面临着诸多挑战。由于比特币网络的初始设计限制了其交易吞吐量，可扩展性是一个持续存在的问题，但人们一直在通过闪电网络等方案努力解决这一问题。闪电网络旨在实现更快速、更具可扩展性的微交易。
比特币还面临着来自世界各国政府的监管挑战和审查。比特币交易的去中心化和匿名性引发了人们对洗钱、逃税和其他非法活动的担忧。因此，为解决这些问题，监管框架和相关指导方针在不断演变，以期在创新和合规之间取得平衡。
尽管存在挑战，比特币还是取得了里程碑式的成就，并获得了广泛认可。它逐渐被企业、机构和个人作为一种合法的支付方式而接受。比特币的波动性也使其成为一种受欢迎的投资选择，吸引了想在加密货币市场一探究竟的散户和机构投资者。
比特币的基础网络及主要特征
区块链技术：比特币的基础网络依赖于区块链技术，这是一种以时间顺序和不可篡改的方式记录所有交易的分布式账本。区块链通过在节点网络中存储交易数据来确保透明度、安全性和责任制。
工作量证明（PoW）共识机制：比特币的基础网络利用工作量证明共识机制在网络参与者之间达成共识。矿工竞争解决复杂的数学难题，第一个解决难题的矿工将向区块链添加一个新的交易块。这种机制确保了网络的完整性和安全性。
去中心化：比特币的基础网络是去中心化的，没有中央机构控制或管理系统。交易和共识由网络参与者集体管理。这种去中心化消除了对中间人的需求，降低了审查和操纵的风险。
点对点交易：比特币实现了直接的点对点交易，个人能够在不需要银行等中间人的情况下发送和接收资金。用户可以与全球任何人进行交易，无论地理位置或传统银行基础设施如何。
安全性：比特币的基础网络通过加密技术提供强大的安全性。交易使用公钥加密技术进行保护，确保只有既定的接收者能够访问资金。网络的去中心化性质和PoW共识机制也使其能够高度抵御黑客攻击和欺诈活动。
不可篡改的账本：比特币基础网络中的区块链是不可篡改的，交易一旦被记录在区块链上便无法被更改。这种不可篡改性确保了交易历史的完整性，并防止了双重花费。
供应有限：比特币的供应有限，最高上限为2100万枚。这种稀缺性被写入基础网络协议中，有助于维持加密货币的价值。有限的供应加上不断增长的需求，使比特币成为一种价值储存手段和潜在的通胀对冲工具。
交易最终态：交易一旦得到确认并被包含在一个区块中，在比特币网络中便是最终的结果。确认交易需要将多个后续区块添加到区块链中，为交易提供高度的安全性和确定性。
无需许可的网络：比特币的基础网络是无许可的，任何人都可以加入网络、参与挖矿并使用比特币进行交易。这种开放性促进了包容性和可访问性，使全球各地的用户都能参与到加密货币生态系统中。
能源消耗：比特币的基础网络以其高能耗的挖矿过程而闻名。矿工们竞相解决计算难题，需要大量的计算能力，这就会消耗大量电力。目前，行业内正在努力探索替代性的共识机制，以降低网络的能源消耗。
比特币的共识机制：工作量证明（PoW）
来源：Cointelegraph
基本概念：PoW是一个计算难题，矿工必须解决这个难题才能验证新区块并将其添加到比特币区块链中。要解决这个难题，就需要找到一个随机数，当与其他区块数据结合时，该随机数产生满足某些预定义标准的哈希值。矿工们竞相寻找这个随机数，最先解决难题的矿工获得将区块添加到区块链的权利。
哈希函数：PoW依赖于加密哈希函数，如SHA-256（安全哈希算法256位），它接受一个输入值并产生一个固定大小的输出，称为哈希。比特币中的哈希函数确保即使输入数据仅发生微小变化也会产生完全不同的哈希值。该属性保证了区块链的不可篡改性和安全性。
难度调整：PoW难题的难度会进行动态调整，以保持一致的区块创建速度。比特币网络的目标是大约每10分钟产生一个新区块。如果添加新区块的时间变快，难度会增加；如果添加新区块的时间变慢，难度会降低。
挖矿节点：矿工是比特币网络中执行PoW计算的专门节点。他们通过在机器上运行挖矿软件来投入计算能力，试图找到满足PoW难题的正确随机数。矿工门会相互竞争解决难题，希望获得添加新区块的权利。
区块验证：矿工找到PoW难题的解决方案后，会将新区块广播至网络。随后，网络中的其他节点通过独立运行相同的PoW计算来验证区块的有效性。验证过程确保只有有效的区块被添加到区块链中。
最长链规则：如果多个矿工同时找到有效解决方案，可能会发生临时分叉，出现相互竞争的区块链。比特币网络遵循“最长链规则”，即累积计算工作最多的链（最长链）被认为是有效的区块链。这一规则有助于保持共识，确保所有节点都集中同一个区块链上。
安全性和抗攻击性：PoW通过提高改变区块链历史的计算成本来提供强大的安全性。想要修改区块的攻击者需要重新计算该块和所有后续块的PoW难题。随着越来越多的区块被添加到区块链中，这种努力将更加困难。正因为如此，区块链能够抵抗恶意活动，如双重花费和改写交易历史。
51%攻击：比特币网络的安全性是基于诚实的矿工控制网络大部分计算能力的假设。如果单个实体或共谋团体控制了50%以上的网络总计算能力，他们可能会发起51%攻击，进而修改交易、进行双重花费或审查交易。然而，随着网络计算能力的增长，这种攻击变得越来越不可行。
能耗： PoW需要大量的计算能力，导致较高的能源消耗，从而引发人们对比特币挖矿对环境影响的担忧。然而，不可否认的一个事实是，能源消耗是PoW提供的强大安全性的结果。更节能的替代性共识机制也在持续探索中。
持续发展：随着比特币网络的发展，旨在提高PoW共识机制的效率、可扩展性和可持续性的研究和开发从未停止。整合闪电网络等Layer 2解决方案等提案旨在缓解PoW存在的一些可扩展性挑战。
挖矿及其在维护比特币区块链中的重要性
来源：Bankrate
交易验证：矿工在验证比特币网络上的交易中发挥着重要作用。他们收集并验证即将发生的交易，确保其符合网络的规则和政策。这个验证过程包括验证数字签名、确认发送者有足够的资金并检查是否存在任何潜在的欺诈活动。
区块创建：矿工负责在比特币区块链中创建新区块。他们收集一组经过验证的交易，并将它们与其他与区块相关的信息一起打包成一个区块，其中包括上一个区块的哈希、时间戳和一个称为随机数的唯一标识符。
挖矿硬件：挖矿需要专门为进行所需的计算设计专用硬件，即ASIC(专用集成电路）。这些硬件能够高效执行解决工作量证明（PoW）难题所需的计算。
解决PoW难题：矿工们相互竞相，试图找到一个随机数来解决PoW难题。该随机数与其他区块数据结合时，会产生满足特定标准的哈希值。解决难题的过程是重复使用不同的随机值对区块数据进行哈希，直到找到满意的哈希值。挖矿硬件的计算能力和哈希速度决定了矿工找到正确随机数的机会。
难度调整：PoW难题的难度会定期进行调整，以保持区块创建速度一致。难度调整使得无论网络的总计算能力如何，新的区块都会以大约每10分钟的速度被添加到区块链中，由此确保挖矿活动具有挑战性，且区块以可预测的速度被添加到区块链。
区块传播：矿工找到PoW难题的有效解决方案后，会将新挖出的区块广播至网络。网络中的其他节点接收到该区块，并通过运行相同的PoW计算来独立验证其有效性。当网络的大多数节点就区块的有效性达成一致时，就会形成共识。
区块奖励：区块奖励激励矿工参与挖矿过程。矿工每成功挖出一个新区块都会获得既定数量的比特币作为奖励。该奖励是矿工投资计算能力并维护网络安全的激励。除区块奖励外，矿工还可以赚取区块中包含的交易费。
比特币减半：比特币减半是一个重要事件，大约每四年或每21万个区块被挖出之后发生。比特币减半发生后，挖出新区块所能获得的奖励将会减半，意味着矿工验证交易所能获得的比特币数量会减少50%。比特币减半是比特币货币政策的重要部分，通常与市场中的看涨趋势有关，主要目的是减缓新比特币的创建速度，从而减少供应并推高需求。
通过编程控制的稀缺性：通过编程控制的稀缺性是指对资源的数字化限制。在比特币等加密货币中，通过编程控制的稀缺性是一个基本原则。比特币的总供应量上限为2100万，这是其创建者设定的。这种稀缺性被编程到比特币协议中，并通过减半过程强制执行。通过创建具有已知、固定供应量的数字资产，比特币引入了数字稀缺性的概念，这在其价值主张中起着至关重要的作用。稀缺性与需求相结合，有助于推动比特币价格的上涨。
矿池：挖矿活动的竞争非常激烈，个人矿工经常选择加入矿池，以聚合各自的计算能力并增加获得奖励的机会。矿池会根据参与者贡献的哈希能力来分配奖励。通过资源聚合的方式，矿工可以实现更稳定和可预测的挖矿收入。
网络安全：挖矿在维护比特币网络安全方面发挥着至关重要的作用。挖矿的去中心化性质确保了没有任何单一实体可以控制区块链。挖掘新区块所需的计算能力能够抵御攻击，因为对于恶意行为者来说，控制网络中的大部分计算能力会越来越困难。
挖矿的发展：随着时间的推移，挖矿从最初在常规的中央处理器（CPU）上进行，逐渐过渡到使用图形处理器（GPU），最终发展到专门的ASIC（专用集成电路）。这种演变增加了网络的整体计算能力，使网络更加安全，但它也引发了人们对中心化的担忧，因为使用ASIC挖矿更加经济实惠，但对个人矿工不太友好。
比特币的可扩展性挑战
作为开创性的加密货币，比特币在全球范围内获得了极大的普及和认可。然而，它也面临着可扩展性挑战，这限制了其高效处理大量交易的能力。可扩展性问题主要源于比特币区块链技术的设计和局限性。
比特币的可扩展性挑战源于其区块大小限制。比特币区块链中的每个区块都有1兆字节（MB）的固定大小限制。随着交易数量的增加，区块大小限制便成为一个瓶颈，导致交易处理出现拥塞和延迟。由于区块大小有限，每个区块中可以包含的交易数量也受到限制，导致在网络活跃程度较高的时期，交易确认速度较慢，交易费用变高。
比特币的共识机制，即工作量证明（PoW），也是导致其可扩展性问题的推手。PoW要求矿工竞相解决复杂的数学难题，以验证交易并将其添加到区块链中。此过程计算量大且耗时，导致区块生成时间变长。随着交易数量的增加，处理和确认交易所需的时间可能会显著延迟，进一步加剧可扩展性挑战。
比特币网络的去中心化性质也导致了协调挑战。由于网络中的每个全节点都必须存储和处理所有交易，因此区块链的大小不断增长。随着区块链的增大，对网络参与者存储和传输整个交易历史的要求变得更加严苛，从而导致资源需求增加，并可能产生中心化压力。
为了解决这些可扩展性问题，已经提出并实施了几种解决方案，其中受到广泛关注的是隔离见证（SegWit），它将交易数据与签名数据分开，有效地增加了区块容量。隔离见证使每个区块能包含更多的交易，从而提高了吞吐量并降低了交易费用。
另一个解决方案是闪电网络，这是一种在比特币区块链上构建的Layer 2扩容方案。闪电网络支持参与者之间进行链下交易，减轻了主区块链的负担，极大地提高了可扩展性。通过在链下进行交易并定期在比特币区块链上结算，闪电网络提供了即时和低成本的交易。
针对替代性共识机制的的研究和开发工作正在持续进行中，其中一种替代方案是权益证明（PoS），它可以通过减少与挖矿相关的计算成本来提高可扩展性。不同于PoW，PoS共识机制依赖于持有网络权益的验证者，系统根据他们的权益选择验证者并创建新区块，从而消除了对资源密集型挖矿活动的需求。
比特币可扩展性挑战的持续开发工作
闪电网络：闪电网络是建立在比特币区块链上的Layer 2解决方案。它通过在参与者之间创建支付通道来实现更快、更便宜的链下交易。这些通道可以在不增加主区块链负担的情况下进行大量交易。随着闪电网络的成熟，它有望大大增强比特币的交易可扩展性。
Schnorr签名：Schnorr签名是针对比特币提出的协议升级，提供了多个好处，包括改善可扩展性。通过将多个签名输入聚合到一个签名中，Schnorr签名减少了交易的大小，增加了一个区块可以容纳的交易数量，从而提高了网络的整体可扩展性。
隔离见证（SegWit）：隔离见证是在比特币网络中实施的一种协议升级。它通过将交易签名数据与交易块分离来解决可扩展性问题。分离后，交易的总大小减小了，一个区块可以容纳更多交易，由此提高了比特币网络的交易容量和可扩展性。
侧链：侧链是可与比特币区块链互操作的独立区块链，可以执行智能合约并创建新应用，而不会给主区块链带来负担。侧链可以通过将某些类型的交易移到链下来缓解比特币网络上的拥塞，同时确保与比特币主链的兼容性和安全性。
基于Schnorr的Taproot：Taproot升级结合了Schnorr签名的优势与创建复杂智能合约的能力。它通过创建更紧凑高效的交易来增强比特币交易中的隐私性、可扩展性和灵活性。通过减少交易的大小和复杂性，Taproot有助于提高比特币网络的可扩展性。
分片：分片是来源于传统数据库中的一个概念，是指将区块链分成更小、更易于管理的部分，这些更小的部分就被称为分片。每个分片都可以处理自己的交易并存储自己的数据，从而减轻主区块链的负担。分片有望显著提高比特币网络交易吞吐量，从而增强其可扩展性。
增加区块大小：增加区块大小限制是另一个增强比特币可扩展性的解决方案。区块大小增加后，每个区块可以包含更多的交易，从而提高交易吞吐量。然而，由于担心中心化、资源需求增加以及对网络性能和去中心化的潜在影响，这种方法一直存在争议。
Layer 1协议升级：正在进行的研发工作专注于探索各种协议层面的改进，以增强比特币网络的可扩展性。其中包括优化交易验证算法、提升网络同步过程以及探索可以提供更高交易吞吐量而不牺牲安全性和去中心化的新型共识机制。
比特币Ordinals
来源：Ordinals钱包
比特币Ordinals是一种新型数字资产，在加密货币领域受到广泛关注。比特币Ordinals是通过为比特币交易分配特定序数而创建的独特代币。换句话说，比特币Ordinals是一种跟踪比特币交易在区块链上发生顺序的方式。
要了解比特币Ordinals，我们首先需要熟悉比特币交易的工作原理。当您将比特币发送给您的朋友时，交易被记录在区块链（记录所有比特币交易的公共分类账）上。每笔交易都被分配了一个唯一的标识符，即交易ID或TXID。
比特币Ordinals会进一步根据交易被包含在区块中的顺序为每个交易分配特定的序数。例如，区块中的第一笔交易将被分配序数1，第二笔交易将被分配序数2，以此类推。
比特币Ordinals是使用一种称为OP_RETURN的协议创建的，可以在不影响用户之间的比特币实际转移的情况下创建，从而在比特币网络上产生新的应用和代币标准，如NFT和BRC-20。
要点
- 作为第一个去中心化的加密货币，比特币具有重要的历史意义，为金融格局带来了革命性影响。
- 比特币的基础网络为点对点交易提供了一个安全透明的平台，无需中介机构的参与。
- 比特币的去中心化特性为用户提供了抗审查能力和金融自主权。
- 比特币的共识机制，即工作量证明（PoW），通过计算难题确保区块链的安全性和完整性。
- 矿工们竞相解决这些难题、验证交易并将新区块添加到比特币区块链中。
- PoW共识需要大量的计算能力，有助于增强比特币的稳健性和抗攻击能力。
- 由于交易吞吐量有限，比特币面临可扩展性挑战，导致了网络拥堵和高昂的交易费。
- 区块链不断增长的规模使全节点运营商面临存储和同步难题。
- 比特币的发展挑战包括就协议升级达成共识以及解决与隐私和可替代性相关的问题。
- 闪电网络是比特币的Layer 2解决方案，可实现更快、更便宜的链下交易。
- 闪电网络通过支付通道运作，支持即时的小额支付，提高了比特币的可扩展性。
- 闪电网络减轻了比特币区块链的拥堵问题，同时继承了基础层的安全保障。
第1课:什么是Layer 1区块链？
第2课:比特币（BTC）：Layer 1区块链的鼻祖
第3课:以太坊（ETH）：可编程的Layer 1区块链
第4课:Cosmos Network（ATOM）
第5课:BNB Chain (BNB)、Cardano (ADA)和Solana (SOL)
第6课:Polkadot（DOT）、Avalanche（AVAX）和Algorand（ALGO）
第7课:波场（TRX）、Flow（FLOW）、Filecoin（FIL）
第8课:Litecoin（LTC）、Bitcoin Cash（BCH）、Dogecoin（DOGE）
第9课:Layer 1区块链项目对比及未来发展趋势
比特币（BTC）：Layer 1区块链的鼻祖
在本章中，我们将重点学习比特币这个首个也是最知名的加密货币。我们将探讨比特币的底层技术，包括其去中心化网络、工作量证明共识机制以及挖矿过程。此外，我们将研究比特币的特征和应用，以及它在加密货币不断发展的领域中的优势和局限性。
参考资料：
什么是比特币（BTC）？
比特币（BTC）是去中心化加密货币的鼻祖，是金融技术史上的一个重要里程碑。比特币于2009年由一个化名中本聪（Satoshi Nakamoto）的匿名个人或团体推出，由此，一个颠覆传统金融体系的创新概念诞生了。
比特币作为一种去中心化的数字货币，旨在促进无需银行或政府等中介机构的点对点交易。它在一个分布在全球的计算机网络中运作，这个网络被称为节点，每个参与者都拥有一份区块链账本的副本，确保了透明度和安全性。
比特币的出现解决了传统金融系统面临的关键挑战，包括双重花费、通货膨胀和对中央权威的依赖。通过加密技术，比特币确保了交易的完整性和安全性，使其能够抵御欺诈和操纵。
比特币的意义在于它引入了一种新的共识机制——工作量证明（PoW）。在这一机制下，矿工们竞相解决复杂的数学难题，验证交易并将其添加到区块链中。工作量证明机制要求参与者投入计算能力，以此来确保一个去中心化和安全的网络，使得恶意行为者对网络发起攻击在经济上变得不可行。
比特币供应量有限，这是它与众不同的另一个重要因素。比特币的总供应量永远只有2100万枚，是一种稀缺资产。这种稀缺性加上它的日益普及和增长的需求使比特币成为一种价值储存工具和潜在的通胀对冲工具。
比特币的影响远超于其作为数字货币的身份。它引发了一场技术革命，带动了众多加密货币的发展，并为整个区块链技术奠定了基础。比特币引入的去中心化、透明和抗审查的概念影响了不同行业中的替代性加密货币和区块链应用的创建。
比特币在其发展过程中面临着诸多挑战。由于比特币网络的初始设计限制了其交易吞吐量，可扩展性是一个持续存在的问题，但人们一直在通过闪电网络等方案努力解决这一问题。闪电网络旨在实现更快速、更具可扩展性的微交易。
比特币还面临着来自世界各国政府的监管挑战和审查。比特币交易的去中心化和匿名性引发了人们对洗钱、逃税和其他非法活动的担忧。因此，为解决这些问题，监管框架和相关指导方针在不断演变，以期在创新和合规之间取得平衡。
尽管存在挑战，比特币还是取得了里程碑式的成就，并获得了广泛认可。它逐渐被企业、机构和个人作为一种合法的支付方式而接受。比特币的波动性也使其成为一种受欢迎的投资选择，吸引了想在加密货币市场一探究竟的散户和机构投资者。
比特币的基础网络及主要特征
区块链技术：比特币的基础网络依赖于区块链技术，这是一种以时间顺序和不可篡改的方式记录所有交易的分布式账本。区块链通过在节点网络中存储交易数据来确保透明度、安全性和责任制。
工作量证明（PoW）共识机制：比特币的基础网络利用工作量证明共识机制在网络参与者之间达成共识。矿工竞争解决复杂的数学难题，第一个解决难题的矿工将向区块链添加一个新的交易块。这种机制确保了网络的完整性和安全性。
去中心化：比特币的基础网络是去中心化的，没有中央机构控制或管理系统。交易和共识由网络参与者集体管理。这种去中心化消除了对中间人的需求，降低了审查和操纵的风险。
点对点交易：比特币实现了直接的点对点交易，个人能够在不需要银行等中间人的情况下发送和接收资金。用户可以与全球任何人进行交易，无论地理位置或传统银行基础设施如何。
安全性：比特币的基础网络通过加密技术提供强大的安全性。交易使用公钥加密技术进行保护，确保只有既定的接收者能够访问资金。网络的去中心化性质和PoW共识机制也使其能够高度抵御黑客攻击和欺诈活动。
不可篡改的账本：比特币基础网络中的区块链是不可篡改的，交易一旦被记录在区块链上便无法被更改。这种不可篡改性确保了交易历史的完整性，并防止了双重花费。
供应有限：比特币的供应有限，最高上限为2100万枚。这种稀缺性被写入基础网络协议中，有助于维持加密货币的价值。有限的供应加上不断增长的需求，使比特币成为一种价值储存手段和潜在的通胀对冲工具。
交易最终态：交易一旦得到确认并被包含在一个区块中，在比特币网络中便是最终的结果。确认交易需要将多个后续区块添加到区块链中，为交易提供高度的安全性和确定性。
无需许可的网络：比特币的基础网络是无许可的，任何人都可以加入网络、参与挖矿并使用比特币进行交易。这种开放性促进了包容性和可访问性，使全球各地的用户都能参与到加密货币生态系统中。
能源消耗：比特币的基础网络以其高能耗的挖矿过程而闻名。矿工们竞相解决计算难题，需要大量的计算能力，这就会消耗大量电力。目前，行业内正在努力探索替代性的共识机制，以降低网络的能源消耗。
比特币的共识机制：工作量证明（PoW）
来源：Cointelegraph
基本概念：PoW是一个计算难题，矿工必须解决这个难题才能验证新区块并将其添加到比特币区块链中。要解决这个难题，就需要找到一个随机数，当与其他区块数据结合时，该随机数产生满足某些预定义标准的哈希值。矿工们竞相寻找这个随机数，最先解决难题的矿工获得将区块添加到区块链的权利。
哈希函数：PoW依赖于加密哈希函数，如SHA-256（安全哈希算法256位），它接受一个输入值并产生一个固定大小的输出，称为哈希。比特币中的哈希函数确保即使输入数据仅发生微小变化也会产生完全不同的哈希值。该属性保证了区块链的不可篡改性和安全性。
难度调整：PoW难题的难度会进行动态调整，以保持一致的区块创建速度。比特币网络的目标是大约每10分钟产生一个新区块。如果添加新区块的时间变快，难度会增加；如果添加新区块的时间变慢，难度会降低。
挖矿节点：矿工是比特币网络中执行PoW计算的专门节点。他们通过在机器上运行挖矿软件来投入计算能力，试图找到满足PoW难题的正确随机数。矿工门会相互竞争解决难题，希望获得添加新区块的权利。
区块验证：矿工找到PoW难题的解决方案后，会将新区块广播至网络。随后，网络中的其他节点通过独立运行相同的PoW计算来验证区块的有效性。验证过程确保只有有效的区块被添加到区块链中。
最长链规则：如果多个矿工同时找到有效解决方案，可能会发生临时分叉，出现相互竞争的区块链。比特币网络遵循“最长链规则”，即累积计算工作最多的链（最长链）被认为是有效的区块链。这一规则有助于保持共识，确保所有节点都集中同一个区块链上。
安全性和抗攻击性：PoW通过提高改变区块链历史的计算成本来提供强大的安全性。想要修改区块的攻击者需要重新计算该块和所有后续块的PoW难题。随着越来越多的区块被添加到区块链中，这种努力将更加困难。正因为如此，区块链能够抵抗恶意活动，如双重花费和改写交易历史。
51%攻击：比特币网络的安全性是基于诚实的矿工控制网络大部分计算能力的假设。如果单个实体或共谋团体控制了50%以上的网络总计算能力，他们可能会发起51%攻击，进而修改交易、进行双重花费或审查交易。然而，随着网络计算能力的增长，这种攻击变得越来越不可行。
能耗： PoW需要大量的计算能力，导致较高的能源消耗，从而引发人们对比特币挖矿对环境影响的担忧。然而，不可否认的一个事实是，能源消耗是PoW提供的强大安全性的结果。更节能的替代性共识机制也在持续探索中。
持续发展：随着比特币网络的发展，旨在提高PoW共识机制的效率、可扩展性和可持续性的研究和开发从未停止。整合闪电网络等Layer 2解决方案等提案旨在缓解PoW存在的一些可扩展性挑战。
挖矿及其在维护比特币区块链中的重要性
来源：Bankrate
交易验证：矿工在验证比特币网络上的交易中发挥着重要作用。他们收集并验证即将发生的交易，确保其符合网络的规则和政策。这个验证过程包括验证数字签名、确认发送者有足够的资金并检查是否存在任何潜在的欺诈活动。
区块创建：矿工负责在比特币区块链中创建新区块。他们收集一组经过验证的交易，并将它们与其他与区块相关的信息一起打包成一个区块，其中包括上一个区块的哈希、时间戳和一个称为随机数的唯一标识符。
挖矿硬件：挖矿需要专门为进行所需的计算设计专用硬件，即ASIC(专用集成电路）。这些硬件能够高效执行解决工作量证明（PoW）难题所需的计算。
解决PoW难题：矿工们相互竞相，试图找到一个随机数来解决PoW难题。该随机数与其他区块数据结合时，会产生满足特定标准的哈希值。解决难题的过程是重复使用不同的随机值对区块数据进行哈希，直到找到满意的哈希值。挖矿硬件的计算能力和哈希速度决定了矿工找到正确随机数的机会。
难度调整：PoW难题的难度会定期进行调整，以保持区块创建速度一致。难度调整使得无论网络的总计算能力如何，新的区块都会以大约每10分钟的速度被添加到区块链中，由此确保挖矿活动具有挑战性，且区块以可预测的速度被添加到区块链。
区块传播：矿工找到PoW难题的有效解决方案后，会将新挖出的区块广播至网络。网络中的其他节点接收到该区块，并通过运行相同的PoW计算来独立验证其有效性。当网络的大多数节点就区块的有效性达成一致时，就会形成共识。
区块奖励：区块奖励激励矿工参与挖矿过程。矿工每成功挖出一个新区块都会获得既定数量的比特币作为奖励。该奖励是矿工投资计算能力并维护网络安全的激励。除区块奖励外，矿工还可以赚取区块中包含的交易费。
比特币减半：比特币减半是一个重要事件，大约每四年或每21万个区块被挖出之后发生。比特币减半发生后，挖出新区块所能获得的奖励将会减半，意味着矿工验证交易所能获得的比特币数量会减少50%。比特币减半是比特币货币政策的重要部分，通常与市场中的看涨趋势有关，主要目的是减缓新比特币的创建速度，从而减少供应并推高需求。
通过编程控制的稀缺性：通过编程控制的稀缺性是指对资源的数字化限制。在比特币等加密货币中，通过编程控制的稀缺性是一个基本原则。比特币的总供应量上限为2100万，这是其创建者设定的。这种稀缺性被编程到比特币协议中，并通过减半过程强制执行。通过创建具有已知、固定供应量的数字资产，比特币引入了数字稀缺性的概念，这在其价值主张中起着至关重要的作用。稀缺性与需求相结合，有助于推动比特币价格的上涨。
矿池：挖矿活动的竞争非常激烈，个人矿工经常选择加入矿池，以聚合各自的计算能力并增加获得奖励的机会。矿池会根据参与者贡献的哈希能力来分配奖励。通过资源聚合的方式，矿工可以实现更稳定和可预测的挖矿收入。
网络安全：挖矿在维护比特币网络安全方面发挥着至关重要的作用。挖矿的去中心化性质确保了没有任何单一实体可以控制区块链。挖掘新区块所需的计算能力能够抵御攻击，因为对于恶意行为者来说，控制网络中的大部分计算能力会越来越困难。
挖矿的发展：随着时间的推移，挖矿从最初在常规的中央处理器（CPU）上进行，逐渐过渡到使用图形处理器（GPU），最终发展到专门的ASIC（专用集成电路）。这种演变增加了网络的整体计算能力，使网络更加安全，但它也引发了人们对中心化的担忧，因为使用ASIC挖矿更加经济实惠，但对个人矿工不太友好。
比特币的可扩展性挑战
作为开创性的加密货币，比特币在全球范围内获得了极大的普及和认可。然而，它也面临着可扩展性挑战，这限制了其高效处理大量交易的能力。可扩展性问题主要源于比特币区块链技术的设计和局限性。
比特币的可扩展性挑战源于其区块大小限制。比特币区块链中的每个区块都有1兆字节（MB）的固定大小限制。随着交易数量的增加，区块大小限制便成为一个瓶颈，导致交易处理出现拥塞和延迟。由于区块大小有限，每个区块中可以包含的交易数量也受到限制，导致在网络活跃程度较高的时期，交易确认速度较慢，交易费用变高。
比特币的共识机制，即工作量证明（PoW），也是导致其可扩展性问题的推手。PoW要求矿工竞相解决复杂的数学难题，以验证交易并将其添加到区块链中。此过程计算量大且耗时，导致区块生成时间变长。随着交易数量的增加，处理和确认交易所需的时间可能会显著延迟，进一步加剧可扩展性挑战。
比特币网络的去中心化性质也导致了协调挑战。由于网络中的每个全节点都必须存储和处理所有交易，因此区块链的大小不断增长。随着区块链的增大，对网络参与者存储和传输整个交易历史的要求变得更加严苛，从而导致资源需求增加，并可能产生中心化压力。
为了解决这些可扩展性问题，已经提出并实施了几种解决方案，其中受到广泛关注的是隔离见证（SegWit），它将交易数据与签名数据分开，有效地增加了区块容量。隔离见证使每个区块能包含更多的交易，从而提高了吞吐量并降低了交易费用。
另一个解决方案是闪电网络，这是一种在比特币区块链上构建的Layer 2扩容方案。闪电网络支持参与者之间进行链下交易，减轻了主区块链的负担，极大地提高了可扩展性。通过在链下进行交易并定期在比特币区块链上结算，闪电网络提供了即时和低成本的交易。
针对替代性共识机制的的研究和开发工作正在持续进行中，其中一种替代方案是权益证明（PoS），它可以通过减少与挖矿相关的计算成本来提高可扩展性。不同于PoW，PoS共识机制依赖于持有网络权益的验证者，系统根据他们的权益选择验证者并创建新区块，从而消除了对资源密集型挖矿活动的需求。
比特币可扩展性挑战的持续开发工作
闪电网络：闪电网络是建立在比特币区块链上的Layer 2解决方案。它通过在参与者之间创建支付通道来实现更快、更便宜的链下交易。这些通道可以在不增加主区块链负担的情况下进行大量交易。随着闪电网络的成熟，它有望大大增强比特币的交易可扩展性。
Schnorr签名：Schnorr签名是针对比特币提出的协议升级，提供了多个好处，包括改善可扩展性。通过将多个签名输入聚合到一个签名中，Schnorr签名减少了交易的大小，增加了一个区块可以容纳的交易数量，从而提高了网络的整体可扩展性。
隔离见证（SegWit）：隔离见证是在比特币网络中实施的一种协议升级。它通过将交易签名数据与交易块分离来解决可扩展性问题。分离后，交易的总大小减小了，一个区块可以容纳更多交易，由此提高了比特币网络的交易容量和可扩展性。
侧链：侧链是可与比特币区块链互操作的独立区块链，可以执行智能合约并创建新应用，而不会给主区块链带来负担。侧链可以通过将某些类型的交易移到链下来缓解比特币网络上的拥塞，同时确保与比特币主链的兼容性和安全性。
基于Schnorr的Taproot：Taproot升级结合了Schnorr签名的优势与创建复杂智能合约的能力。它通过创建更紧凑高效的交易来增强比特币交易中的隐私性、可扩展性和灵活性。通过减少交易的大小和复杂性，Taproot有助于提高比特币网络的可扩展性。
分片：分片是来源于传统数据库中的一个概念，是指将区块链分成更小、更易于管理的部分，这些更小的部分就被称为分片。每个分片都可以处理自己的交易并存储自己的数据，从而减轻主区块链的负担。分片有望显著提高比特币网络交易吞吐量，从而增强其可扩展性。
增加区块大小：增加区块大小限制是另一个增强比特币可扩展性的解决方案。区块大小增加后，每个区块可以包含更多的交易，从而提高交易吞吐量。然而，由于担心中心化、资源需求增加以及对网络性能和去中心化的潜在影响，这种方法一直存在争议。
Layer 1协议升级：正在进行的研发工作专注于探索各种协议层面的改进，以增强比特币网络的可扩展性。其中包括优化交易验证算法、提升网络同步过程以及探索可以提供更高交易吞吐量而不牺牲安全性和去中心化的新型共识机制。
比特币Ordinals
来源：Ordinals钱包
比特币Ordinals是一种新型数字资产，在加密货币领域受到广泛关注。比特币Ordinals是通过为比特币交易分配特定序数而创建的独特代币。换句话说，比特币Ordinals是一种跟踪比特币交易在区块链上发生顺序的方式。
要了解比特币Ordinals，我们首先需要熟悉比特币交易的工作原理。当您将比特币发送给您的朋友时，交易被记录在区块链（记录所有比特币交易的公共分类账）上。每笔交易都被分配了一个唯一的标识符，即交易ID或TXID。
比特币Ordinals会进一步根据交易被包含在区块中的顺序为每个交易分配特定的序数。例如，区块中的第一笔交易将被分配序数1，第二笔交易将被分配序数2，以此类推。
比特币Ordinals是使用一种称为OP_RETURN的协议创建的，可以在不影响用户之间的比特币实际转移的情况下创建，从而在比特币网络上产生新的应用和代币标准，如NFT和BRC-20。
要点
- 作为第一个去中心化的加密货币，比特币具有重要的历史意义，为金融格局带来了革命性影响。
- 比特币的基础网络为点对点交易提供了一个安全透明的平台，无需中介机构的参与。
- 比特币的去中心化特性为用户提供了抗审查能力和金融自主权。
- 比特币的共识机制，即工作量证明（PoW），通过计算难题确保区块链的安全性和完整性。
- 矿工们竞相解决这些难题、验证交易并将新区块添加到比特币区块链中。
- PoW共识需要大量的计算能力，有助于增强比特币的稳健性和抗攻击能力。
- 由于交易吞吐量有限，比特币面临可扩展性挑战，导致了网络拥堵和高昂的交易费。
- 区块链不断增长的规模使全节点运营商面临存储和同步难题。
- 比特币的发展挑战包括就协议升级达成共识以及解决与隐私和可替代性相关的问题。
- 闪电网络是比特币的Layer 2解决方案，可实现更快、更便宜的链下交易。
- 闪电网络通过支付通道运作，支持即时的小额支付，提高了比特币的可扩展性。
- 闪电网络减轻了比特币区块链的拥堵问题，同时继承了基础层的安全保障。