比特币 (Bitcoin)

1. 简介

• 诞生: 2008年，中本聪发布白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》。
• 创世区块: 2009年1月3日。
• 总量: 2100万枚，约每4年减半 (Halving)。

2. UTXO 模型 (Unspent Transaction Output)

2.1 账户模型 vs UTXO

• 账户模型 (Ethereum/Bank): 记录余额。 Balance = Balance + In - Out。
• UTXO 模型 (Bitcoin): 没有“余额”概念，只有“未花费的交易输出”。
  • 每一笔交易的输入必须是上一笔交易的输出。
  • 交易就像熔化硬币：如果你有5 BTC 的 UTXO，要转 1 BTC，需要将 5 BTC “熔化”，生成两个新 UTXO：1 BTC 给接收方，4 BTC 找零给自己。

2.2 优势与劣势

• 优势: 隐私性好（每次可用新地址）、易于并行验证、防止双花。
• 劣势: 不利于实现复杂状态（智能合约困难）。

3. 共识机制：工作量证明 (PoW)

3.1 挖矿原理

矿工竞争解决一个数学难题：

$$\text{SHA256}(\text{SHA256}(\text{Block Header})) < \text{Target}$$

• Block Header 包含：父哈希、Merkle Root、时间戳、Nonce。
• 矿工不断改变 Nonce，直到哈希值满足难度目标（前导零的个数）。

3.2 最长链原则 (Longest Chain Rule)

• 如果网络出现分叉，节点永远信任工作量最大（累计难度最大）的那条链。
• 这保证了全网账本的一致性。

3.3 51% 攻击

• 如果攻击者掌握超过 50% 的算力，可以：
  1. 双花（Double Spend）：撤销已确认的交易。
  2. 拒绝服务：阻止特定交易打包。
• 但无法：
  1. 凭空创造比特币。
  2. 盗取他人私钥。

4. 难度调整

• 每 2016 个区块（约2周）调整一次难度。
• 目标是保持平均出块时间为 10 分钟。

  $$\text{New Difficulty} = \text{Old Difficulty} \times \frac{\text{Actual Time of Last 2016 Blocks}}{2016 \times 10 \text{ minutes}}$$