比特币协议

比特币协议是管理比特币运作的一系列规则。其关键组成部分和原则是：一个点对点、去中心化、没有中央监管的网络；区块链技术，一个记录所有比特币交易的公共账本；挖矿和工作量证明，创建新比特币和验证交易的过程；以及密码学安全。

用户使用比特币加密货币钱包软件向网络广播加密签名的消息。这些消息是拟议的交易，即将在账本上进行的更改。每个节点都拥有账本完整交易历史的副本。如果交易违反了比特币协议的规则，它将被忽略，因为交易只有在整个网络达成共识后才会发生。这种“全网络共识”是在网络上的每个节点验证称为挖矿的工作量证明操作结果时实现的。挖矿将成组的交易打包成区块，并生成符合比特币协议规则的哈希码。创建此哈希需要消耗大量能源，但网络节点可以使用很少的能源来验证哈希是否有效。如果矿工向网络提出一个区块，并且其哈希有效，则该区块及其账本更改将添加到区块链中，网络将继续处理尚未处理的交易。如果发生争议，则认为最长的链是正确的。平均每10分钟创建一个新区块。

对比特币协议的更改需要网络参与者之间的共识。比特币协议激发了众多其他数字货币和基于区块链技术的发展，使其成为加密货币领域的基础技术。

区块链

区块链技术是一种去中心化且安全的数字账本，它记录了跨计算机网络上的交易。它确保了透明性、不可变性和防篡改性，从而使数据操纵变得困难。区块链是比特币等加密货币的基础技术，并且在金融之外的领域也有应用，例如供应链管理和智能合约。

交易

网络只需要最少的结构来共享交易。一个由志愿者组成的临时去中心化网络就足够了。消息以尽力而为的方式广播，节点可以随意离开和重新加入网络。重新连接后，节点会从其他节点下载并验证新的区块，以完成其本地区块链副本。

挖矿

比特币使用工作量证明系统或交易证明来形成一个点对点网络的分布式时间戳服务器。这项工作通常被称为比特币挖矿。在挖矿过程中，比特币网络几乎所有的计算能力都用于解决密码学难题，这就是工作量证明。它们的目的是确保有效区块的生成需要一定的努力，这样就可以在实践中排除随后对区块链的修改，例如在51%攻击的场景中。由于难度很大，矿工们组成“矿池”，以便在高电力需求、昂贵的硬件部署和硬件控制的情况下获得回报。由于中国在2021年禁止比特币挖矿，目前美国拥有最大的比特币矿池份额。

需要工作量证明才能接受区块链上的新区块是中本聪的关键创新。挖矿过程包括识别一个区块，当使用SHA-256进行两次哈希运算时，该区块产生的数字小于给定的难度目标。虽然所需平均工作量与难度目标成反比增加，但始终可以通过执行一轮双SHA-256来验证哈希值。

对于比特币时间戳网络，通过递增nonce直到找到一个值，使区块的哈希值具有所需数量的前导零位，从而找到有效的工作量证明。一旦哈希运算产生了有效的结果，就不能在不重新完成工作的情况下更改该区块。由于后续的区块链接在其后，更改该区块的工作将包括重新完成每个后续区块的工作。如果共识出现偏差，则可能发生区块链分叉。

比特币中的多数共识由最长的链表示，这条链需要最大的工作量才能产生。如果大部分计算能力由诚实节点控制，则诚实链将增长最快并超越任何竞争链。要修改过去的区块，攻击者必须重新完成该区块及其之后所有区块的工作量证明，然后超越诚实节点的工作量。随着后续区块的添加，较慢的攻击者追赶上的概率呈指数级下降。

为了补偿不断提高的硬件速度和随着时间推移运行节点的兴趣变化，找到有效哈希值的难度大约每两周调整一次。如果区块生成得太快，难度就会增加，需要更多的哈希运算才能生成一个区块并产生新的比特币。