比特幣雙花概率

① 2018年5月，比特幣黃金（BTG）遭遇51%雙花攻擊，損失多少萬美元

2018年5月，比特幣黃金（BTG）遭遇51%雙花攻擊損失了9 萬美元

② 詳解比特幣的「51%攻擊」

剛接觸比特幣的時候，都聽過「51%攻擊」這個概念。簡單來說，就是如果某個節點擁有超過全網51%的算力，將能夠實現雙重支付、撤銷交易等操作，讓比特幣網路崩潰。

那麼，這個51%攻擊是什麼實現的？

假設一個場景，A用10比特幣向B購買一樣商品，步驟如下：

（1）A支付給B 10BTC；

（2）B收到10BTC確認收款後發貨（一般認為6次確認後交易就不可逆轉）；

（3）A隨即創建另一筆交易，將同樣的10BTC支付給自己。

顯然，A想要撤銷第一筆交易，不用花錢就得到B的商品。為了達到這個目的，A進行了雙重支付，將同樣的10BTC支付給B和自己。在正常的比特幣網路中，一旦第一筆交易經過6次確認後就幾乎不可更改，後續的交易數據將繼續打包成新的區塊依次鏈接下去。可是，如果A用戶擁有51%的算力，情況將會發生有趣的變化，A可以實現雙重支付的目的。

具體過程如下：

假設第一筆交易被打包到100號區塊，當後面再增加5個區塊後，6次即可確認該交易，區塊如下圖所示：

這時，A又發起了一次給自己10BTC的交易。如果A向全網廣播，這筆交易不會被處理（因為找不到要花費的UTXO，10BTC支付給B的事實已經被全網確認了），所以A選擇不廣播，而是對主鏈進行「分叉」，生成另外一個100號區塊，並在其中打包第二筆交易，如下圖：

由此，產生了兩條子鏈。簡單描述起見，第一筆交易所在的叫C1，第二筆交易所在的叫C2。其他礦工繼續在C1上打包數據，而A則在C2上挖礦，兩條鏈開始賽跑。由於A具有超51%的算力資源，很快，C2的長度就會超過C1，如下圖：

這時，按照比特幣的最長鏈優先原則，其他礦工也會自動轉到C2上，使C2變成了主鏈。C1則會被拋棄，之前打包在C1上的所有交易（包括第一筆A支付給B 10BTC的交易），都會變為無效。結果是A不花一分錢就擁有了屬於B的商品，這就是「51%攻擊」。

當然，要真正實現51%攻擊是非常困難的，在比特幣網路中幾乎是不可能的，因為這需要消耗巨大的成本，跟攻擊成功後獲取到的收益相比，完全是得不償失。

51%攻擊能帶來的收益是非常有限的，只能做到：

1、修改自己的交易記錄，如雙重支付；

2、阻止確認部分或全部交易。

而下面這些即使是51%攻擊也沒法做到的：

1、憑空生成比特幣；

2、修改每個區塊產生的比特幣數量。

因此，51%攻擊成本巨大，收益卻很小，僅能實現「雙重支付」而已，所以51%攻擊很多時候又被稱為「雙花攻擊」。「雙花」是數字貨幣要解決的第一個核心問題，比特幣通過共享賬本和工作量證明共識機制比較完美地解決了這個問題。

③ 入門科普：什麼是雙花

想要了解區塊鏈，首先要熟悉區塊鏈相關的各種名詞。就比如我們今天講到的「雙花」，可能有人就要問，雙花是什麼花？哈哈哈，開玩笑，讓我們來學習一下什麼是「雙花」吧。

01

「雙花」是什麼？

雙重支付又名「雙花」，也就是雙重花費的意思。 舉個例子：如果我錢包裡面有100元，我可以去購買等值的物品。當我去商店後，發現台燈和桌子都是100元，那我只能買其中一樣東西。而我們所說的雙花問題，正好與之相反，同樣的100元，我可以購買兩樣東西。

在加密貨幣系統中，由於數據的可復制性，使得系統可能存在同一筆數字資產被重復使用的情況 ，這也稱之為雙花，又叫雙重消費攻擊。

02

雙花問題是如何發生的？

在區塊鏈系統中，雙花問題會在以下情況下出現：

1、由於共識機制導致區塊確認時間長，用一個數字貨幣去進行一次交易，可以在這筆交易還未被確認完成前，進行第二筆交易。

2、 控制算力來實現雙花 ，第一次交易被驗證通過並被記錄入區塊後，在該網路中有更高的算力驗證出新的更長鏈條，在該鏈條中這筆錢被第二次花費，由於第二次花費的區塊鏈條更長使第一次交易區塊所在鏈條為無效鏈條，這樣一來，第一次交易所在的區塊鏈被區塊鏈網路放棄，第一次花費的錢就又回到自己賬戶了，就導致了雙花問題。

03

比特幣如何避免雙花問題？

為了解決雙花問題，我們日常的數字資產使用依賴於第三方信任機構進行。這類機構對數據進行中心化管理，並通過實時修改賬戶余額的方法來防止雙重支付的出現。而作為去中心化的點對點價值傳輸系統， 比特幣通過UTXO、時間戳等技術的整合來解決雙花問題。

1、首先每筆交易都要先確認對應比特幣之前的情況，要檢查它是否存在於用戶的UTXO中。如果不在，那麼該交易會被系統拒絕。

2、如果用戶用同一筆UTXO付給兩個人，系統中的節點只確認先接收到的那一筆。

3、當兩筆時間上很接近的交易被不同節點確認，區塊鏈將發生分叉。剩餘節點選擇在他們認為的最長鏈上構建新的區塊。

4、當其中一筆交易被6個節點確認後，它將成為系統最長鏈，可以認為這筆交易獲得了最終的確認。

④ 『雙花』攻擊

什麼是雙花？

「雙花」，即一筆錢被花了兩次或者兩次以上，也叫「雙重支付」。通俗的理解，「雙花攻擊」（double spend attack）又叫「雙重消費攻擊」，即同一筆資金，通過某種方式被花費了兩次，取得了超過該筆資金的服務。

在數字貨幣系統中，由於數據的可復制性，使得系統可能存在同一筆數字資產因不當操作被重復使用的情況。

雙花是如何發生的？

眾所周知，區塊鏈節點始終都將最長的鏈條視為正確的鏈條，並持續工作和延長它。如果有兩個節點同時廣播不同版本的新區塊，那麼將在率先收到的區塊基礎上進行工作，但也會保留另外一個鏈條，以防後者變成最長的鏈條。等到下一個工作量證明被發現，其中的一條鏈條被證實為是較長的一條，那麼在另一條分支鏈條上工作的節點將轉換陣營。

雙花簡單說就是花兩次。雙花是如何實現的呢？分為兩種情況：

（1）在確認前的雙花。零確認的交易本來就可能最後沒有寫入區塊鏈。除非小額，最好至少等確認即可規避此類雙花。

（2）在確認後的雙花。這就要控制超50%算力才能實施。即類似於一個小分叉，將給一個商店的交易放入孤立區塊中。這種確認後雙花，很難實施，只是理論上可行。

雙花攻擊案例

2018年曾經發生了比特幣黃金（BTG）的雙花攻擊。BTG當時是全球第27大加密貨幣，流通市值為50億人民幣。2018年5月16日以來，攻擊者對BTG網路成功實施了雙花攻擊，謀取了超過38.8萬的BTG的暴利。

攻擊者控制BTG網路上51%以上的算力，控制算力期間，把一定數量的BTG發給自己在交易所的錢包，這條分支我們命名為分支A。同時，又把這些BTG發給另一個自己控制的錢包，這條分支我們命名為分支B。分支A上的交易被確認後，攻擊者立馬賣掉BTG，拿到現金。隨後，攻擊者在分支B上進行挖礦，由於其控制了51%以上的算力，很快分支B的長度就超過了分支A的長度，分支B就會成為主鏈，分支A上的交易就會被回滾恢復到上一次的狀態。攻擊者之前換成現金的那些BTG又回到了自己手裡，這些BTG就是交易所的損失。這樣，攻擊者就憑借50%以上的算力控制，實現了同一筆加密貨幣的「雙花」。

⑤ 女巫攻擊與雙花攻擊

女巫攻擊 的名字源於1973年由小說《Sybil》改編的同名電影。電影中的女主人公Sybil Dorsett患有分離性身份認同障礙，本身兼有16種人格。

區塊鏈底層是 P2P網路 。網路中各個節點可以隨時加入或退出，為了維持網路的有效性，一般一份數據常常需要部署在若干個分布式節點上。如果一個惡意節點偽裝有多個身份就存在可獲得全部數據的幾率，下面我打個比方：

假設神龍造出了七顆龍珠，並且要將它們分別投放到地球的各個角落。於是神龍昭告天下，讓每個洲來一個人領取龍珠。此時，精通喬裝易容術的我分別假扮出七個不同地域的人來神龍這拿到了龍珠。本來神龍將龍珠放到世界不同的地方基配圓就是為了平衡各地方力量，但是由於我偽造了身份，成功地拿到了全部龍珠，控制了地球。

以上比喻就是女巫攻擊的本質體現。

雙花攻擊是大多區塊鏈加密數字貨幣都要面對的一種攻擊手段。顧名思義，雙花攻擊就是一筆有效的錢被先後花了兩次。

雙花攻擊的可行性完全是由於區塊鏈的共識機制導致。拿比特幣舉例，由於比特幣的POW共識機制屬於最終一致性共識，一筆交易從發布到全網所有節點都達成統一確認需要一定時間，而攻擊者就是利用這個時間間隙進行攻擊。舉個生活中的例子：

假如銀行A有兩個支行B和C。但是，這個銀行的賬目系統比較低效，支行B和C每過1個小時才會去主行A那裡同步賬本。我在主行A中存了100塊錢，過了一個小時後支行B和C同步了賬本，於是我在B和C中都可以查到我擁有100塊錢。之後，我通過支行B用我的賬戶買了100塊錢的好吃的，隨即又通過支行C用我的賬戶賣唯買了100塊錢好玩的。由於支行B和C之間做不到賬目的隨時同步，所以支行C在我去買好玩的時候依然認為我擁搏塌有100塊錢。

以上就是雙花攻擊，並且「雙花」永遠是一種 流通貨幣 所要解決的首要問題。

⑥ 區塊鏈鼻祖比特幣之8：分叉帶來的雙花支付、51%攻擊與解決辦法

分叉

前面講到了比特幣通過區塊鏈+工作量證明的獨特設計來解決了時間順序，但是不能保證在同一時刻有兩個節點算出了正確的解，雖然這種可能性很低很低。這就帶來了區塊的分叉。

雖然說幾乎同時有兩個節點計算出這一數學問題的可能性微乎其微，但是仍然存在這樣的可能性，所以分叉就以為著同一個區塊的後面可能會跟上兩個不同的區塊。

規則的打破一直要到下一個區塊被人解開。則會立即轉向最長的區塊，而那些短的區塊則會被拋棄。數學問題使得區塊很難被同時拆解。要連續發生多次更是困難。最終區塊鏈會穩定下來。也就是說所有人對最後幾個區塊順序達成共識。分叉意味著，譬如，若你的交易出現在較短的支鏈，它就會失去進入區塊鏈的位置。一般而言，只代表他會回到未確認交易池。然後被納入到下一個區塊。

比特幣網路如何解決分叉帶來的雙花支付

可惜，交易失去區塊位置的潛在可能，給了本來定序系統防範的重復支付攻擊機會。考慮下面的一個攻擊者A，其首先用自己的比特幣交換B節點的貨物，其立即又支付給自己。然後其通過努力的製造更長的鏈條來讓自己的支付替代掉B節點的支付，從而實現了雙重支付，B節點既得不到錢，還失去了貨物。

這時交易會退回到未確認池中，因為A節點已經利用參照同樣的input交易取而代之。節點就會認為Bob的交易無效。因為已使用掉。

你可能會猜測A節點會預先的計算出一支區塊鏈，然後抓住時機發布到網路。但是每個區塊的數學謎題阻擋了這個可能性。如前面所訴，解開區塊是猜測出一個隨機數的過程。一旦得出答案，解出的哈希值就會成為指紋一樣的區塊識別。只要區塊內容有一丁點變化，下一個區塊的參考值就會完全不同。此機制的結果就是無法在區塊鏈中置換區塊。在得到前一個區塊之前，下位區塊無法被解開。前一個區塊的指紋也是雜湊函數的引數之一。

同時，該工作量證明機制還解決了在集體投票表決時，誰是大多數的問題。如果決定大多數的方式是基於IP地址的，一IP地址一票，那麼如果有人擁有分配大量IP地址的權力，則該機制就被破壞了。而工作量證明機制的本質則是一CPU一票。「大多數」的決定表達為最長的鏈，因為最長的鏈包含了最大的工作量。如果大多數的CPU為誠實的節點控制，那麼誠實的鏈條將以最快的速度延長，並超越其他的競爭鏈條。如果想要對業已出現的區塊進行修改，攻擊者必須重新完成該區塊的工作量外加該區塊之後所有區塊的工作量，並最終趕上和超越誠實節點的工作量。我們將證明，設想一個較慢的攻擊者試圖趕上隨後的區塊，那麼其成功概率將呈指數化遞減。另一個問題是，硬體的運算速度在高速增長，而節點參與網路的程度則會有所起伏。為了解決這個問題，工作量證明的難度(the proof-of-work difficulty)將採用移動平均目標的方法來確定，即令難度指向令每小時生成區塊的速度為某一個預定的平均數。如果區塊生成的速度過快，那麼難度就會提高。

如果有一台超級電腦，能夠在區塊解題中獲勝？

即便是一台超級電腦，或者時幾百上千台電腦也很難贏得解一個區塊的勝利，因為競爭對手不是任一台電腦，而是整個比特幣網路。你可以用買彩票來比擬。操作千百台電腦，如同買了千百張彩票一樣。

51%攻擊是指的什麼

根據前面的例子，我們知道，要想有50%的概率領先其他人解題得到勝利，就需要掌握全網50%以上的算力。要連續領先他人解出區塊，掌握的運算能力還需要高得多。所以區塊鏈中的交易是受到數學競賽所保護。惡意用戶必須和整個網路較量。區塊連接建立的結果，使得在支鏈越前方的交易越安全。惡意的用戶必須在更長的時間贏過全網路，來達成重復支付，替換前面的區塊鏈。所以，系統只有支端末尾易受到重復支付攻擊。這也是為什麼系統建議多等幾個區塊，才能確認收款成功。

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⑦ 在區塊鏈中，雙花問題是什麼問題呢

• 什麼是雙花問題呢？

雙花問題，簡單講就是一筆錢能被花兩次三次很多次。為什麼雙花問題會成為比特幣系統裡面一個這么重要的問題呢？

原因就在於：比特幣，是虛擬貨幣，它是虛擬的，通過代碼形式呈現出來的，是可以被復制下來的。一旦被攻破了代碼漏洞，那麼就可以循環使用同一筆比特幣，這樣一來，比特幣這種「錢」就會變得很雞肋。

我們想一下，要是一筆錢可以花很多次，你有500塊錢，你去買一件500塊錢的衣服，還能循環使用，再去買一雙500塊錢的鞋，這樣一來，錢還能叫錢嗎？

所以，中本聰在設定比特幣系統的時候，他所有的技術手段基本上都是圍繞著解決

「雙花問題」的，來保護比特幣作為一種貨幣，它自身的一個支付手段職能。

其實，這個雙花問題在我們現在的中心化世界裡面根本不是問題，因為有銀行，錢的交易結算都是通過銀行，很安全，有問題直接找銀行。

但是，在去中心化世界裡面呢，沒有銀行這樣一個中心機構，還必須保證一筆錢只能花一次，怎麼樣實現在去中心化的前提下，杜絕「雙花問題」呢，這是一個難題。

這里插一句，中本聰為什麼如此執著的追求「去中心化」呢，自找煩惱嗎？不是，他希望能夠通過去中心化，來解決一些社會問題，其中最主要的問題就是：因為權力機構過量發行貨幣造成的通貨膨脹。

所以，我們總結一下他的邏輯：中心化的貨幣增發導致通貨膨脹——所以我們要實現去中心化——去中心化要面臨很多問題，最大的問題是雙花問題——所以我們要解決雙花問題——怎麼解決雙花問題？

這里，中本聰就引入了UTXO和「時間戳」概念，依靠這兩種手段來解決雙花問題。

⑧ 比特幣機制研究

現今世界的電子支付系統已經十分發達，我們平時的各種消費基本上在支付寶和微信上都可以輕松解決。但是無論是支付寶、微信，其實本質上都依賴於一個中心化的金融系統，即使在大多數情況這個系統運行得很好，但是由於信任模型的存在，還是會存在著仲裁糾紛，有仲裁糾紛就意味著不存在 不可撤銷的交易 ，這樣對於 不可撤銷的服務 來說，一定比例的欺詐是不可避免的。在比特幣出來之前，不存在一個 不引入中心化的可信任方 就能解決在通信通道上支付的方案。
比特幣的強大之處就在於：它是一個基於密碼學原理而不是依賴於中心化機構的電子支付系統，它能夠允許任何有交易意願的雙方能直接交易而不需要一個可信任的第三方。交易在數學計算上的不可撤銷將保護 提供不可撤銷服務 的商家不被欺詐，而用來保護買家的 程序化合約機制 也比較容易實現。

假設網路中有A, B ,C三個人。
A付給B 1比特幣 ，B付給C 2比特幣 ，C付給A 3比特幣 。
如下圖所示：

為了刺激比特幣系統中的用戶進行記賬，記賬是有獎勵的。獎勵來源主要有兩方面：

比特幣中每一筆交易都會有手續費，手續費會給記賬者

記賬會有打包區塊的獎勵，中本聰在08年設計的方案是： 每10分鍾打一個包，每打一個包獎勵50個比特幣，每4年單次打包的獎勵數減半，即4年後每打一個包獎勵25個比特幣，再過四年後就獎勵12.5個比特幣... 這樣我們其實可以算出比特幣的總量：

要說明打包的記錄以誰為準的問題，我們需要引入一個知名的 拜占庭將軍問題 （Byzantine failures）。拜占庭將軍問題是由萊斯利·蘭伯特提出的點對點通信中的基本問題。含義是在存在消息丟失的不可靠信道上試圖通過消息傳遞的方式達到一致性是不可能的。

假設有9個互相遠離的將軍包圍了拜占庭帝國，除非有5個及以上的將軍一起攻打，拜占庭帝國才能被打下來。而這9個將軍之間是互不信任的，他們並不知道這其中是否有叛徒，那麼如何通過遠距離協商來讓他們贏取戰斗呢？

口頭協議有3個默認規則：
1.每個信息都能夠被准確接收
2.接收者知道是誰發送給他的
3.誰沒有發送消息大家都知道
4.接受者不知道轉發信息的轉發者是誰
將軍們遵循口頭規則的話，那就是下面的場景：將軍1對其他8個將軍發送了信息，然後將軍2~9將消息進行轉達（廣播），每個將軍都是消息的接受者和轉發者，這樣一輪下來，總共就會有9×8=72次發送。這樣將軍就可以根據自己手中的信息，選擇多數人的投票結果行動即可，這個時候即便有間諜，因為少數服從多數的原則，只要大部分將軍同意攻打拜占庭，自己就去行動。
這個方案有很多缺點：
1.首先是發送量大，9個將軍之間要發送72次，隨著節點數的增加，工作量呈現幾何增長。
2.再者是無法找出誰是叛徒，因為是口頭協議，接受者不知道轉發信息的轉發者是誰，每個將軍手裡的數據僅僅只是一個數量的對比：

這里我們假設有3個叛徒，在一種最極端的情況下即叛徒轉發信息時總是篡改為「不進攻」，那麼我們最壞的結果就如上圖所示。將軍1根據手裡的信息可以推出要進攻的結論，卻無法獲知將軍裡面誰是叛徒。
這樣我們就有了方案二：書面協議。

書面協議即將軍在接受到信息後可以進行簽字，並且大家都能夠識別出這個簽字是否是本人，換種說法就是如果有人篡改簽字大家可以知道。書面協議相對比口頭協議就是增加了一個認證機制，所有的消息都有記錄。一旦發現有人所給出的信息不一致，就是追查間諜。
有了書面協議，那麼將軍1手裡的信息就是這樣的：

可以很明顯得看出，在最壞的一種情況——叛徒總是轉發「不進攻」的消息之下，將軍7、8、9是團隊里的叛徒。
這個方案解決了口頭協議里歷史信息不可追溯的問題，但是在發送量方面並沒有做到任何改進。

在我們的示例中，比特幣系統里的每個用戶發起了一筆交易，都會通過自己的私鑰進行簽名，用數學公式表示就是：

所以之前的區塊就變成了這樣：

這樣每一筆交易都由交易發起者通過私鑰進行數字簽名，由於私鑰是不公開的，所以交易信息也就無法被偽造了。

如書面協議末尾所說的那樣，書面協議未能解決信息交流過多的問題。當比特幣系統中存在上千萬節點的時候，如果要互相廣播驗證，請求響應的次數那將是一個非常龐大的數字，顯然勢必會造成網路擁堵、節點處理變慢。為了解決這個問題，中本聰乾脆讓整個10分鍾出一個區塊，這個區塊由誰來打包發出呢？這里就採用了工作量證明機制(PoW)。工作量證明，說白了就是解一個數學題，誰先解出來數學題，誰就能有打包區塊的權力。換在拜占庭將軍的例子中就是，誰先做出數學題，誰就成為將軍們裡面的總司令，其他將軍聽從他發號的命令。

首先，礦工會將區塊頭所佔用的128位元組的字元串進行兩次sha256求值，即：

這樣求得一個值Hash，將其與目標值相比對，如果符合條件，則視為工作量證明成功。
工作量證明成功的條件寫在了區塊鏈頭部的 難度數 欄位，它要求了最後進行兩次sha256運算的Hash值必須小於定下的目標值；如果不是的話，那就改變區塊頭的 隨機數 （nonce），通過一次次地重復計算檢驗，直到符合條件為止。

此外， 比特幣有自己的一套難度控制系統，使得比特幣系統要在全網不同的算力條件下，都保持10分鍾生成一個區塊的速率。這也就意味著：難度值必須根據全網算力的變化進行調整。難度調整的策略是由最新2016個區塊的花費時長與期望時長（期望時長為20160分鍾即兩周，是按每10分鍾一個區塊的產生速率計算出的總時長）比較得出的，根據實際時長與期望時長的比值，進行相應調整（或變難或變易）。也就是說，如果區塊產生的速率比10分鍾快則增加難度，比10分鍾慢則降低難度。

PoW其實在比特幣中是做了以下的三件事情。

這樣可以防止一台高性能機器同時跑上萬個節點，因為每完成一個工作都要有足夠的算力。

有經濟獎勵就會加速整個系統的去中心化，也鼓勵大家不要去作惡，要積極地按照協議本來的執行方式去執行。(所以說，無幣區塊鏈其實是不可行的，無幣區塊鏈一定導致中心化。)

也就是說，每個節點都不能以自身硬體條件去控制出快速度。現在的比特幣上平均10分鍾出一個塊，性能再好的機器也無法打破這個規則，這就能夠保證 區塊鏈是可以收斂到共同的主鏈上的 ，也就是我們所說的共識。

綜上，共識只是PoW三個作用中的一點，事實上PoW設計的作用有點至少有這么三種。

默克爾樹的概念其實很簡單，如圖所示

這樣，我們區塊的結構就大致完整了，這里分成了區塊頭和區塊體兩部分。

區塊鏈的每個節點，都保存著區塊鏈從創世到現在的每一區塊，即每一筆交易都被保存在節點上，現在已經有幾百個GB了。
每當比特幣系統中有一筆新的交易生成，就會將新交易廣播到所有的節點。每個節點都把新交易收集起來，並生成對應的默克爾根，拼接完區塊頭後，就開始調整區塊頭里的隨機數值，然後就開始算數學題

將算出的result和網路中的目標值進行比對，如果是結果是小於的話，就全網廣播答案。其他礦工收到了這個信息後，就會立馬放下手裡的運算，開始下一個區塊的計算。
舉個例子，當前A節點在挖38936個區塊，A挖礦節點一旦完成計算，立刻將這個區塊發給它的所有相鄰節點。這些節點在接收並驗證這個新區塊後，也會繼續傳播此區塊。當這個新區塊在網路中擴散時，每個節點都會將它作為第38936個區塊(前一個區塊為38935)加到自身節點的區塊鏈副本中。當挖礦節點收到並驗證了這個新區塊後，它們會放棄之前對構建這個相同高度區塊的計算，並立即開始計算區塊鏈中下一個區塊的工作。
整個流程就像下一張圖所展示的這樣：

簡單來說，雙花問題是一筆錢重復花了兩次。具體來講，雙花問題可分為兩種情況：
1.同一筆錢被多次使用；
2.一筆錢只被使用過一次，但是通過黑客攻擊或造假等方式，將這筆錢復制了一份，再次使用。
在我們生活的數字系統中，由於數據的可復制性，使得系統可能存在同一筆數字資產因不當操作被重復使用的情況，為了解決雙花問題，日常生活中是依賴於第三方的信任機構的。這類機構對數據進行中心化管理，並通過實時修改賬戶余額的方法來防止雙重支付的出現。而作為去中心化的點對點價值傳輸系統，比特幣通過UTXO、時間戳等技術的整合來解決雙花問題。

UTXO的英文全稱是 unspent transaction outputs ，意為 未使用的交易輸出 。UTXO是一種有別於傳統記賬方式的新的記賬模型。
銀行里傳統的記賬方式是基於賬戶的，主要是記錄某個用戶的賬戶余額。而UTXO的交易方式，是基於交易本身的，甚至沒有賬戶的概念。在UTXO的記賬機制里，除了貨幣發行外，所有的資金來源都必須來自於前面某一個或幾個交易。任何一筆的交易總量必須等於交易輸出總量。UTXO的記賬機制使得比特幣網路中的每一筆轉賬，都能夠追溯到它前面一筆交易。
比特幣的挖礦節點獲得新區塊的挖礦獎勵，比如 12.5 個比特幣，這時，它的錢包地址得到的就是一個 UTXO，即這個新區塊的幣基交易（也稱創幣交易）的輸出。幣基交易是一個特殊的交易，它沒有輸入，只有輸出。
當甲要把一筆比特幣轉給乙時，這個過程是把甲的錢包地址中之前的一個 UTXO，用私鑰進行簽名，發送到乙的地址。這個過程是一個新的交易，而乙得到的是一個新的 UTXO。
這就是為什麼有人說在這個世界上根本沒有比特幣，只有 UTXO，你的地址中的比特幣是指沒花掉的交易輸出。
以Alice向Bob進行轉賬的過程舉例的話：

UTXO 與我們熟悉的賬戶概念的差別很大。我們日常接觸最多的是賬戶，比如，我在銀行開設一個賬戶，賬戶里的余額就是我的錢。
但在比特幣網路中沒有賬戶的概念，你可以有多個錢包地址，每個錢包地址中都有著多個 UTXO，你的錢是所有這些地址中的 UTXO 加起來的總和。
中本聰發明比特幣的目標是創建一個點對點的電子現金，UTXO 的設計正可以看成是借鑒了現金的思路：我們可能在這個口袋裡裝點現金，在那個櫃子角落裡放點現金，在這種情況下不存在一個賬戶，你放在各處的現金加起來就是你所有的錢。
採用 UTXO 設計還有一個技術上的理由，這種特別的數據結構可以讓雙重花費更容易驗證。對比一下：

⑨ 雙花理論是什麼概念

在學習區塊鏈的過程中，大家一定對會聽到「雙花」這個詞，意思就是雙重支付，或者更直白點就是一筆資金被花費了兩次。這篇文章我們來簡單的分析一下為什麼會有雙花，比特幣是如何避免雙花的。

在傳統的交易中，因為有銀行這樣的中心化機構，所以是不會存在雙花問題的：每一筆支付都將從你的銀行賬戶中扣除相應的資金，所有的明細在銀行都有記錄。但是在比特幣中，因為沒有賬戶的概念，而是引入了UTXO即未花費交易輸出。因為沒有銀行這樣的中心化機構的保證，當發生一筆交易時就可能存在著雙花的危險：比方說A有一個比特幣，然後他同時構造兩筆交易T1和T2來花費這1個比特幣，其中一個給了B，從B那裡買件衣服，一個給了C，從C那裡買雙鞋。如果不引入某種機制來避免這種情況，那作為數字貨幣的比特幣將沒有任何存在的意義。接下來就來分析一下比特幣是如何做到防止這種「雙花」攻擊的。

(1) 正常情況

首先我們來看看正常情況，說白了就是絕大多數時候，區塊鏈的共識機制就能將雙花消滅在萌芽狀態。我們還是以上面提到的例子來做說明：

假設A構造了兩筆交易T1和T2，將自己價值1btc的UTXO分別轉給了B和C，妄圖同時從B和C那裡獲得好處。然後A幾乎在同一時間將構造好的這兩筆交易廣播至網路。

假設網路中的礦工節點先收到了交易T1，發現這筆交易的資金來源確實沒有被花費過，於是將T1加入到自己的內存交易池中等待打包進區塊。

大部分情況下，這個礦工節點會在不久後又收到交易T2，此時因為T2所指向的交易輸入與已經加入交易池的T1相同，於是礦工節點會拒絕處理該交易。網路中其他的礦工節點都類似，因此A試圖雙花的嘗試胎死腹中。

(2) 分叉情況

上面說的是正常的情況，但是也有非正常的情況要考慮：假設礦工節點M1和M2幾乎在同一時間挖出了區塊，並且很不幸M1挖到區塊時只收到了交易T1，而M2挖到的區塊時只收到了交易T2，這樣交易T1和T2被分別打包進兩個區塊。因為這兩個區塊是差不多同一時間被挖出，於是造成了區塊鏈的分叉：

網路中某些節點（可能是離M1近的）先收到了M1打包的區塊BLK1，於是用該區塊延長自己的區塊鏈，而另外一些節點（鄰近M2的）則先收到M2打包的區塊BLK2，用該區塊延長自己的區塊鏈，於是整個區塊鏈網路

⑩ 潛藏在貨幣流轉特性中的秘密，DCEP如何優雅地解決「雙花問題」

上一篇文章我們已經談過，賬戶體系可以完美地解決數據作為貨幣會產生的雙花問題，但由於這種賬戶機制，會使得貨幣的流轉喪失並行的特徵，很難在一個獨立的系統當中容納大量的交易同時進行。

那麼，我們如何才能讓這些賬戶可以實現數據的並行化處理呢？

換一個思路來思考賬戶結構。

我們之前的賬戶體系當中，不同的用戶賬戶所記錄的是一個數字，我們利用一個數字來表示一個用戶手中所持有的貨幣的數量。但現在我們不再使用一個數字來表示賬戶的貨幣數額了，而是將每個貨幣都變為一個獨立的數據段記錄在賬本當中。

當用戶要進行交易的時候，只需要選擇一部分貨幣，並將這這些貨幣復制給新的用戶，同時將原本用戶手裡的貨幣標記為作廢即可。

假設張三的賬戶中存在著100張代表著一元的貨幣，每一個一元貨幣都有著獨一無二的編號，那麼當張三向李四轉移50塊錢的時候，張三隻需要在自己的賬戶當中選擇出這50張貨幣，告訴賬戶的管理者，我要把這50張貨幣轉移給李四。而賬戶的管理者在收到這樣的一個信息請求之後，他就會把這50張貨幣在賬戶當中標記為作廢。與此同時，在李四的賬戶當中產生50張新的一元貨幣。

這種處理方法也就是現在所謂比特幣UTXO結構所採用的一種方式。它的優點在於可以允許貨幣同時由多個賬戶轉向多個賬戶。交易過程中系統會自動加上時間戳，如果用戶用同一筆UTXO付給兩個人，系統中的節點只確認先接收到的那一筆。

然而，實際上比特幣的交易實現，並沒有採用 50 張一元這種做法，而是讓每一個貨幣都有自己的面額。

這也很好理解，因為既然貨幣是可以被生成和銷毀的，那麼為什麼不直接生成一張50元呢，更加簡單便捷。

在比特幣賬戶賬本中，貨幣是以一個字元串的形式來進行記錄的。每一個貨幣都有自己的獨立ID。這個ID是由UTXO交易哈希值與UTXO中的位置索引決定。

這種記賬方式的優勢在於交易邏輯清晰。它可以通過演算法分析出交易之間的依賴關系，並將可以實現一定程度上的交易並行化處理。

盡管並行化的問題得以解決，系統中也存在了真實貨幣的概念，然而用戶並沒有真實擁有這些貨幣，它們被存儲在區塊鏈上。

既然如此，為什麼我們不讓用戶 「拿著」 這些貨幣呢？

聽起來這似乎只是一個簡單的操作，只要將這個貨幣的數據記錄從我們的賬本上拿到用戶手中即可。

但這一個小小的變化，卻能使我們整個系統實現了質的飛躍。

實際上，這就是 DCEP 的設計邏輯。

讓用戶手中真實持有代表貨幣的字元串。這些字元串數據通過數字簽名技術進行簽名，保證貨幣確實由央行發行。

如此，整個DCEP體系擺脫了原有的賬本。體系中流轉的不僅僅是價值，而是現金。用戶的所有交易行為都會被表達為加密字元串的交換過程。通過這樣的方式，真正的實現了貨幣的流轉流程與現金的等價關系。

這種方式可以真正讓數字貨幣的流轉方式模擬了真實貨幣的流轉方式，與現有的任何一種賬本記錄的方式有著本質的區別。

在原本的賬本形式中，用戶所擁有的只是一個證明你身份的字元串，並不是現金。現金是被放在賬本管理機構手中的。換言之，用戶擁有的僅僅是貨幣的價值，而不是貨幣的物理屬性。用戶永遠不知道管理機構利用自己的現金做了什麼。

另外，生活中用戶也並不關注儲存在銀行中的貨幣的編號。他們只需要在使用時，考慮貨幣的面額即可。而這樣的設計會使得貨幣展現出與真實現金的不同特徵。

例如，賬戶中記錄的貨幣是可以被分割的，理論上這種劃分是可以無限進行下去的。賬戶系統中兩個相同的一元並無區別，他們都只是一個在系統中記錄的數字。

說到這里，不得不提及一個來自於區塊鏈行業的概念——NFT。

這個概念與銀行賬戶的價值記錄方式有所不同。它的全稱是非同質化代幣。

簡單來說，就是每一張貨幣都不一樣。如同現金，雖然兩張一百元貨幣的價值都是一百元，但是他們在物理上卻是不相同的。

現實中，每張真實的貨幣都是可以被任何人真實拿在手中的。錢的物理屬性與價值被統一管理。每張貨幣也都擁有一個唯一的編號，這個編號可以用於追蹤貨幣，同時也保證了貨幣本身的獨立性。每一張貨幣都是不可分的。我們不能把一樣百元大鈔撕成兩半，把其中的一半當作五十元來用。那麼，如果我們需要調整貨幣的面額，就要把手中的貨幣進行兌換。

以上這兩種系統的區別，本質上是現金與賬戶的區別。

從這個角度來講，DCEP的設計模式，說明了它就是一種真實的現金。

它的任何屬性，包括流通特性都與真實的現金是一模一樣的。

而在此基礎上，由於數據可以被遠程傳輸和管理，DCEP又比現金有了更大的優勢。

DCEP作為現金的一種表現形式，它的技術設計當然不可能是賬戶機制完成的。

盡管數字貨幣在到達用戶的手中後，可以實現貨幣流通的並行化，但是考慮到由於數據本身是可以被復制的，而用於保證DCEP真實性的數字簽名即使是在被復制之後，也能被正確的驗證，我們仍然需要解決數字貨幣「雙花問題」。

解決這種問題的方法就潛藏在現金貨幣的流轉特性中。

之前已經說過，每一張現金上都是存在一個唯一的編號。

事實上，這個編號就是解決DCEP雙花問題的關鍵。通過編號，我們就能很優雅地解決「雙花問題」。

「雙花問題」問題簡單來說就是，支付方已經將一筆錢付給接收方，但卻依舊擁有被轉移貨幣的支配權。換言之，這筆錢同時被兩個人所擁有了。

從這個角度上來講，避免貨幣「雙花」的核心點，就是保證同一時間，一個貨幣只能被一個人擁有。

在DCEP場景下，通過DCEP本身所具有的編號，我們就可以成功實現追蹤每一張貨幣的所有者。

因此，在 DCEP 體系下，解決問題的方式就是構造一個登記中心，記錄 DCEP 字元串編號與所有者身份編號的映射關系。

正如圖中所述的流程，當Alice向Bob發送一筆數字貨幣時，Alice先向Bob發送自己所擁有的數字貨幣字元串。同時 Alice 也會向數字貨幣登記中心通知，告知數字貨幣登記中心自己的這張貨幣0x001的所有權已經發生了轉移。數字貨幣登記中心會根據Alice所發送的數字簽名信息驗證Alice的身份，確保Alice真實確實是貨幣0x001的所有者的情況下，把這張貨幣的所有權記錄修改為Bob。

雖然我們使用了一個登記中心用於記錄所有貨幣轉移過程的身份變化，但是這個中心並不會限制整個數字貨幣的性能。因為數字貨幣的登記中心所管理的每一張貨幣都是相互獨立的，天然滿足成為 Stateless 的特性。在這個基礎上，整個系統是可以無限並行化擴展的，這也就意味著DCEP的核心系統理論上是可以對外提供無限擴展的高性能支持的。

至於Stateless，這是一個計算機術語。

Stateless的設計可以保證整個系統中不存在性能瓶頸。任何一個系統的設計只要滿足Stateless的特性，那麼這個系統的性能便可以被無限的擴展。

在整個數字貨幣登記中心系統中，每一張貨幣的所有權記錄都是獨立的，正如同真實的現金在社會中流轉的過程。

某種意義上，DCEP的設計目標是為了全國乃至全世界的貨幣流轉過程提供支持。這對整個系統的性能有很高的要求。

而DCEP所採用模擬真實現金流轉過程的技術方案，既能巧妙地解決數字貨幣可能產生的雙花問題，同時又藉助於貨幣流轉的並行化特徵，保證貨幣的流轉結算過程可以被完美地並行化處理。

無論從區塊鏈上加密貨幣的形態上來看，還是從實現的技術特性上來看，DCEP 的設計模式可以說是與區塊鏈完全不相同的設計模式。

本質上，區塊鏈無論採取什麼樣的形式，它都是一種賬本的形態，而 DCEP 的實現則是一種真實的現金。

顯然，DCEP 的設計更加符合數字貨幣這個場景的需求。