科普：比特幣的交易過程
最近這段時間，博主在整理一份通俗易懂的挖礦科普專輯，希望從最初加密貨幣交易的發生到挖礦確認交易的各個環節，全面地介紹挖礦過程中，到底發生了什麼，哪些環節產生了挖礦收益，而我們常說的算力又指的是什麼，挖礦收益為何要這樣分配等等。
以比特幣為例，我們知道比特幣網絡裡設計挖礦的目的是打包交易，維護比特幣網絡，那麼交易其實就是跟挖礦息息相關的第一個環節。在比特幣網絡中交易的過程使用了非對稱加密技術，數字摘要技術，區塊鏈技術等，其中的技術實現，已經有眾多大神珠玉在前，博主就不獻醜了。這篇文章的主要目的是二級標題二級標題
在展開說明之前，需要先安利幾個概念
非對稱加密：也叫公開密鑰加密，它是通過密碼學的算法生成一對公私鑰，公鑰對外公開，私鑰由本人保管。它有數據數據數據用公開的公鑰加密後傳輸給公鑰持有人，公鑰持有人使用對應的私鑰將數據解密，讀取信息，通過這種方式，可以保證信息傳輸的安全性；二，公鑰持有人可以使用私鑰對信息簽名（簽名過程類似加密過程），然後將信息和簽名一起發送給他人，他人可以通過公鑰對信息簽名進行驗證（驗證過程類似解密過程），驗證簽名信息與發送信息一致，則證明信息是由公鑰持有人發出，可以在不暴露公鑰持有人身份和私鑰的情況下，確保信息來源的可靠性哈希算法https://en.wikipedia.org/wiki/Public-key_cryptography）
哈希算法：也叫散列函數，可以通過它將數據量較大的消息或者數據計算出一個格式固定，數據量較小的，也叫，也叫哈希，散列值哈希哈希不可逆的不可逆的敏感的敏感的（原來數據中任何一個微小的改動，都會使數字摘要發生巨大變化），防衝突的（很難找到兩個不同的信息，它們的數字摘要相同）。 （參考鏈接：https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_function）
比特幣裡的公鑰和私鑰：比特幣世界裡，用來確定比特幣歸屬的是按照比特幣協議生成的一對對公鑰和私鑰，它們通過非對稱加密算法（橢圓曲線算法）生成，哈希哈希哈希算法（SHA256）運算得到一個散列值（也叫做哈希），再生成生成了我們常見到的比特幣的錢包地址。所以錢包地址經過解碼後，就可以得到對應公鑰的哈希，可以用於驗證私鑰簽名，加密數據等等。
UTXO：Unspent transaction output，未花費的交易輸出，它是比特幣世界裡的抽象貨幣，每個UTXO都被一個公鑰（錢包地址）鎖定，只有持有該公鑰對應私鑰的人，可以通過私鑰簽名（解鎖）並使用該UTXO。可以把UTXO理解為二級標題二級標題https://en.wikipedia.org/wiki/Unspent_transaction_output）
拋開代碼，我們接下來看看比特幣的交易是怎樣的一個過程
如下圖，有甲、乙、丙、丁四個人，他們都有比特幣錢包，錢包私鑰自己持有，錢包地址（由各自錢包公鑰生成）在比特幣網絡公開，用於UTXO的鎖定和驗證。
起始，甲給丙0.7BTC，在比特幣網絡裡的記錄是UTXO(1)：甲給丙0.7BTC；乙給丙0.5BTC，在比特幣網絡裡的記錄是UTXO(2)：乙給丙0.5BTC。此時，丙的比特幣錢包的賬戶餘額為這兩個UTXO之和，丙的比特幣總數=UTXO(1)+UTXO(2)=1.2BTC。如下圖：
這天，丙向丁買了一批貨物，需要向丁支付0.8BTC。丙通過比特幣網絡向丁轉賬，但丙現有的兩個UTXO均不足0.8BTC，需要將兩個UTXO一起使用，類似現金交易：給丁支付1.2BTC，丁找給丙0.4BTC。但在比特幣網絡中，這個找零的工作是由丙自己發起的。
整個交易的流程如下：
丙通過比特幣錢包準備交易信息，交易信息包括輸入和輸出兩個部分，輸入是UTXO(1)和UTXO(2)，以及丙的錢包私鑰簽名（因為UTXO(1)和UTXO(2)均被丙的錢包公鑰鎖定，需要通過丙的私鑰簽名來解鎖後，進行使用）
交易的輸出是未確認的UTXO(3)：丙給丁0.8BTC，這個新的UTXO指向丁的錢包公鑰，待交易確認後，將被丁的錢包公鑰鎖定。
此時還有0.4BTC需要找零給丙，因此還需要輸出一個未確認的UTXO(4): 丙給丙0.3999BTC，這個新的UTXO指向丙的錢包公鑰，待交易確認後，將被丙的錢包公鑰鎖定。
為什麼找零的數額不是0.4BTC呢？因為比特幣網絡要求，交易轉賬，需要向比特幣網絡支付交易手續費。剩餘0.0001BTC未指向任何錢包公鑰，將作為轉賬手續費支付給打包這筆交易的礦工（如果未找零，剩餘所有未指定的比特幣將全部作為手續費給打包交易的礦工，不過目前找零工作都由錢包自動完成，不用擔心）。
交易信息準備完畢後，經過丙的錢包驗證交易合法（UTXO合法，簽名有效，輸入輸出金額有效等等）後，將交易廣播到比特幣網絡中，由挖礦節點驗證交易後，打包交易（將交易記入比特幣區塊中），並向比特幣網絡廣播，交易完成。
舊的UTXO被消耗，新的UTXO開始生效，此時丁的錢包裡有一個未使用的UTXO(3): 丙給丁0.8BTC，丙的錢包裡有一個未使用的UTXO(4): 丙給丙0.3999BTC。
以上是較為抽象的比特幣交易的過程，有關比特幣交易的構造，簽名驗證，節點驗證，交易廣播，加入挖礦節點mempool，礦工構造預備區塊，以及最終的出塊確認的過程，後續會分別介紹，本篇不做展開。
從這個抽象的交易過程，我們可以發現，比特幣的交易實質上是一堆UTXO的輸入和輸出的過程，伴隨舊的UTXO被消耗，新的UTXO產生，完成了一次又一次的比特幣交易。交易的過程由非對稱加密和哈希算法進行雙重保護，比特幣持有者可以放心完成交易而不必擔心身份被洩露，交易過程中也消耗了一部分比特幣，用於獎勵打包交易的礦工，使礦工樂於完成自己維護比特幣網絡的任務。
