比特币（BTC）是如何运作的？

比特币作为全球首个去中心化数字货币，其运作机制建立在密码学原理和分布式账本技术之上。比特币网络通过区块链技术实现价值转移，依赖任何中央机构。

比特币的基本运作原理

比特币系统由三个核心组件构成：区块链、节点网络和矿工。

• 区块链是一个公开透明的分布式账本，记录所有比特币交易历史；
• 节点网络由全球数千台计算机组成，共同维护账本的完整性和一致性；
• 矿工则负责验证交易并通过工作量证明机制保护网络安全。

当用户发起一笔比特币交易时，系统会将其广播到整个网络，等待矿工打包进区块。每个新区块都包含前一个区块的加密哈希值，形成不可篡改的链式结构，这种设计使比特币系统具有高度的抗攻击性。

区块链技术与交易验证

比特币区块链大约每10分钟生成一个新区块，每个区块包含约1-4MB的交易数据。

• 交易验证过程依赖非对称加密技术，发送方使用私钥对交易进行数字签名，接收方则通过对应的公钥验证签名有效性。
• 据BitInfoCharts数据显示，截至2025年7月，比特币网络日均处理约30万笔交易。
• 矿工通过解决复杂的密码学难题(工作量证明)来竞争记账权，成功出块的矿工将获得6.25个比特币的区块奖励(预计2024年减半后将变为3.125个)。这种激励机制同时解决了货币发行和网络安全两大核心问题。

钱包与密钥管理系统

比特币钱包并不直接存储比特币，而是管理用于控制比特币资产的加密密钥对。

• 每个钱包包含一个或多个私钥及对应的公钥(比特币地址)。常见的钱包类型包括：软件钱包(如Electrum)、硬件钱包(如Ledger)、纸钱包和托管钱包(交易所提供)。
• 私钥是最关键的安全要素，丢失私钥意味着永久失去对应比特币的控制权。

根据Chainalysis报告，估计有约370万枚比特币因私钥丢失而永久无法流通，占总供应量的17%以上。用户进行交易时，钱包软件会构造交易信息，指定输入(资金来源)、输出(接收地址)和找零地址，并自动计算合理的矿工费。

网络共识与挖矿机制

比特币网络由全球矿工共同维护，遵循最长链原则达成共识。

• 矿工使用专用ASIC矿机进行哈希运算，寻找满足网络难度目标的随机数(nonce)。
• 当前全网算力约为450EH/s，相当于每秒进行4.5×10²⁰次哈希计算。
• 挖矿难度每2016个区块(约两周)动态调整一次，以保持平均出块时间为10分钟。

据BTC.com统计，目前主要矿池包括Foundry USA(30%算力)、Antpool(22%)和F2Pool(14%)。值得注意的是，单个实体控制全网51%以上算力理论上可能发动双花攻击，但实际中这种攻击成本高且会破坏比特币价值，因此少发生。

交易特性与网络限制

比特币交易具有几个重要特性：不可逆性(一旦确认无法撤销)、伪匿名性(地址不直接关联现实身份)和全球可达性。

• 典型的交易需要6个区块确认(约1小时)才被视为完全安全。
• 网络吞吐量受限于区块大小，理论峰值约为7笔/秒，实际日均处理能力约25万笔。
• 这导致在交易高峰时期可能出现网络拥堵和手续费上涨，2025年5月曾出现平均手续费达15美元的情况。为解决这一问题，比特币已实施隔离见证(SegWit)和闪电网络等扩容方案，使实际交易容量提升至原来的2-3倍。

【延伸知识：”比特币挖矿”】
比特币挖矿既是新币发行的过程，也是网络安全的基础。矿工投入电力与算力资源来验证交易，以换取区块奖励和手续费。挖矿已发展成专业化产业，主要分布在电力成本低的地区，如美国得州、哈萨克斯坦等。当前一个区块的奖励(6.25BTC)约值38万美元，加上约1-3BTC的手续费收入。但挖矿也面临环保质疑，全球比特币网络年耗电量约150TWh，相当于马来西亚全国的用电量。许多矿场正转向可再生能源，据比特币矿业委员会报告，2025年可再生能源使用率已达65%。