1. 数字货币中经常出现的问题
- 双花攻击
1）数字货币本身为带有签名的数据文件，可以进行复制。对于用户来说就可以花两次。
2）解决：对货币添加唯一编号，每次支付向货币发行单位查询真伪。
3）问题：货币发行单位是一个第三方机构，并且这是一个典型的第三方中心化方案。基于这个背景，以去中心化思想为核心的比特币系统便吸引了人们的注意力。
2. 去中心化需要解决的问题
- 比特币系统中由挖矿来决定货币发行权和发行量。
- 保证交易有效和双花攻击依赖于区块链这个数据结构，记录货币的使用情况，区块链由全体用户共同维护，保证交易的有效性。
3. 一个例子
进行交易时，需要付款人的签名和收款人的地址，在比特币系统中，该地址即为收款人的公钥的哈希。（虽然公钥可以公开，但实际中更多公开的是公钥的哈希）
在交易中，收款方需要知道付款方的公钥，从而验证A签名是否有效。（实际上其他节点都需要知道付款方公钥，验证交易合法性）实际中A转账时候提供的公钥需要和铸币交易中公钥对的上，这样就防止了恶意节点伪造A的公钥来“偷”走A的比特币。
在该图中，一个区块仅含有一个交易，实际中一个区块中包含多个交易，交易通过Markle Tree组织起来，在区块中存储。
4. 比特币区块信息
Version(版本协议)、Hash of previous block header（指向前一个区块指针）、Merkle root hash（默克尔树根哈希值）、target（挖矿难度目标阈值）、nonce（随机数）
1） 挖矿求解问题：Hash（block header）<=target
2）只计算区块块头部分的哈希
3）区块链系统中，轻节点（只存储区块block header信息）只利用区块链，但并不参与区块链系统维护和构造
5. 分布式共识
各个节点不能独立完成区块链构建，各个节点必须独立打包交易，形成区块链，必然无法避免区块链内容不一致。从分布式系统角度来说，账本内容需要获得分布式共识，从而保证区块链内容在不同节点上的一致性。
6. 比特币共识协议
某个节点打包交易到区块，将其发给其他节点，其他节点检查该候选区块，检查若正确投赞成票，若票数过半，加入区块链。
Q1：恶意节点不断打包不合法区块，导致一直无法达成共识。
Q2：无强迫投票手段，某些节点不投票。
Q3：网络延迟事先未知，投票时间未知。
Q4：比特币系统，任何人都可以加入，且创建账户及其简单，只需要本地产生公私钥对即可。只有转账（交易）时候,比特币系统才能知道该账户的存在。这样，黑客可以使用计算机专门生成大量公私钥对，当其产生大量公私钥对超过系统中一半数目，就可以获得支配地位（女巫攻击）。
比特币系统中依据算力进行投票。
在比特币系统中，每个节点都可以自行组装一个候选区块，而后，尝试各种nonce值，这就是挖矿。
当某个节点找到符合要求的nonce，便获得了记账权，从而可以将区块发布到系统中。其他节点受到区块后，验证区块合法性，如果系统中绝大多数节点验证通过，则接收该区块为最新的区块并加入到区块链中。
7. 合法区块被拒绝
发生分叉的情况下，暂时保存分叉情况，但区块链只承认最长合法链，随着时间推移，必然存在某一条链变成最长合法链。这样合法区块被拒绝。
8. 分叉攻击
A给B转账后，用分叉攻击将钱又转回来，覆盖掉原来的记录。
在比特币系统中，这种情况实际上很难发生。因为大多数矿工认可的是最长的合法链，会沿着上面的链继续挖下去。而A这个攻击者要想回退记录，就必须使得下面的链变得比上面的链还长。理论上来说，攻击者需要达到整个系统中51%的计算力，才能使得这种攻击成功。
此外，区块链正常运行场景下，也可能会发生分叉。当两个节点同时获得记账权时，会有两个等长的合法链。在缺省情况下，节点接收最先听到的区块，该节点会沿着该区块继续延续。但随着时间延续，必然有一个链胜出，由此保证了区块链的一致性。
9. 比特币激励机制
比特币通过设置出块奖励来解决该问题，一个获得合法区块的节点，可以在区块中加入一个特殊交易（铸币交易）。事实上，这种方式也是唯一一个产生新比特币的途径。比特币系统设计规定，起初每个区块可以获得50个比特币，但之后每隔21万个区块，奖励减半。
