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在数字货币的领域中，比特币无疑是最为耀眼的明星。它的运行机制复杂而精妙，吸引着无数人的关注和研究。第三章深入探讨了比特币的运行机制，为我们揭开了比特币背后的神秘面纱，下面就让我们一探究竟。
比特币交易：独特的记账方式
比特币的交易过程是其运行机制的核心部分，它采用了一种与传统账户模式截然不同的记账方式。不同于以账户为核心的系统，比特币借鉴了 “财奴币” 的思路，通过交易输入和输出的方式来记录资金的流动。每笔交易都有一个独一无二的 ID，输入是之前交易创造出来且即将被消费的币，输出则是本次交易新创造的币 。在这个过程中，铸造新币的交易只有输出，没有输入；而普通交易则既有输入也有输出。
例如，假设爱丽丝收到 25 个比特币，随后她想转给鲍勃 17 个比特币。在比特币的交易模式下，爱丽丝需要明确指出用于转账的币的来源，即引用之前包含这 25 个比特币的交易输出，同时创建新的输出，分别是转给鲍勃的 17 个比特币以及转回给自己的 8 个比特币（因为比特币交易中输出的币要么全部被消费，要么一个都不被消费）。这种交易方式使得验证交易的有效性变得相对简单，通过哈希指针，只需从引用的交易开始核查到最新记录的交易，就能确认币的来源和所有权，而无需跟踪每个账户的余额变化 。
比特币交易在底层通过特定的数据结构实现，主要由元数据、一系列输入和一系列输出组成。元数据包含交易的规模、输入输出数量、哈希值以及锁定时间等信息；输入部分需要明确之前交易的输出，包括交易哈希值、输出索引和签名，以证明交易者有权支配这些比特币；输出则包含金额和与公钥对应的脚本，用于指定资金的接收条件 。
比特币脚本：智能合约的雏形
比特币脚本是比特币运行机制中的一大亮点，它为比特币的交易控制提供了丰富的功能。每个交易输出都指定了一个脚本，脚本语言类似于 Forth 语言，是一种简单的堆栈式编程语言，设计原则是简明扼要且内生地支持加密操作 。
在最常见的比特币交易中，脚本用于规定只有凭借特定公钥所有者的签名才能获取资金。例如，“OP_DUP OP_HASH160 < 公钥哈希值> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG” 这样的脚本，通过复制堆栈顶端数据、计算哈希值、验证签名等一系列操作，确保交易的安全性和合法性 。当交易的输入脚本和上一笔交易的输出脚本串联执行成功后，交易才被认为有效，资金才能被合法转移。
比特币脚本不仅能实现基本的支付功能，还具有许多强大的应用场景。比如第三方支付交易，爱丽丝可以通过发起一个多重签名的交易，与鲍勃及第三方仲裁员朱迪共同参与，确保交易的安全进行。在这种交易中，三个人中有两人签名之后，资金才能被支取，有效解决了交易双方的信任问题 。还有绿色地址和高效小额支付等应用，通过巧妙运用脚本和锁定时间等功能，满足了不同场景下的支付需求。
比特币的区块与网络：构建分布式账本
比特币的所有交易都被打包放入区块中，这是为了优化性能和提高验证效率。区块链巧妙地结合了两个基于哈希函数的数据结构：一是区块的哈希链，每个区块的头部都有一个哈希指针指向上一个区块；二是区块内交易的梅克尔树，它以高效的方式组织所有交易，通过树内路径可以快速证明某个交易是否在区块内 。
每个区块都包含一个特殊的交易 —— 币基交易，它类似于财奴币里的造币交易，用于创造新的比特币。币基交易的输出值目前大约是 25 个币多一点点，这部分奖励给挖矿成功的矿工，其由两部分组成：一部分是固定的区块奖励（每生产 210000 个区块后减半），另一部分是区块内所有交易的交易手续费 。
比特币网络是一个点对点的网络，所有节点都是平等的，没有等级之分。新节点可以随时加入，通过向已知的种子节点获取其他节点信息，逐渐连接到整个网络 。当节点发起交易时，交易会通过 “泛洪” 算法在网络中传播，其他节点会对交易进行核验，包括验证交易的有效性、检查是否有双重支付等。只有通过核验的交易才会被放入交易池，等待被打包进区块 。
在比特币网络中，存在全节点和轻量节点。全节点需要永久在线，存储完整的共识区块链和未被消费的比特币列表，对网络上的所有交易进行核验，维护网络的安全和稳定；而轻量节点则只存储自己关心的部分交易和区块头部信息，依赖全节点来验证其他交易，这种节点节省了大量资源，适合在资源受限的设备上运行，如智能手机 。
比特币运行机制的限制与优化
尽管比特币的运行机制具有创新性和革命性，但它也存在一些内在限制。其中最突出的问题是交易处理能力较低，由于每个区块大小限定在 1MB，每个交易大约是 250 字节，导致每块最多容纳 4000 个交易，平均每秒只能处理 7 个交易，与传统信用卡公司相比，处理能力相差甚远 。
比特币使用的密码算法也面临一定的风险，如目前使用的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和 SHA - 1 哈希函数，随着技术的发展，可能存在被攻破的风险 。为了改进这些问题，需要对比特币协议进行修订，但修订协议并非易事。根据修订内容的不同，会产生硬分叉和软分叉两种结果。硬分叉可能会使前一版本的协议失效，导致区块链分裂；而软分叉则是加入新的特性，让现有的核验规则更加严格，相对较为安全，但也需要谨慎操作 。
比特币的运行机制是一个复杂而精妙的系统，它通过独特的交易方式、强大的脚本功能、分布式的区块和网络结构，实现了去中心化的数字货币交易。然而，它也面临着一些挑战和限制，需要不断地优化和改进。通过深入了解比特币的运行机制，我们能更好地把握这一新兴技术的本质和发展趋势，为未来的数字货币发展提供有益的参考 。