比特币是一个价值传输网络，参与比特币系统运作的人(包括用户)，就是网络中一个个节点，节点彼此等权，没有中心，相互之间连接完全自由，各自保存着完全一致的比特币账本，运行着遵循相同规则的比特币程序。任何人都可以加入比特币网络，新加入比特币网络的节点，都可以向原有节点要一份比特币账本。

用比特币付款，需要向比特币网络广播付款信息(这里的“广播”意思是向比特币网络中多个节点发送付款信息)，收到信息的节点验证信息后会继续广播，一传十，十传百，转瞬间付款信息就会传遍全网，然后由某一记账者记入区块链账本中。

那么，为什么就有人来记比特币的账呢?既然谁都可以记账，那又以谁的账为准呢?怎么确保账本的真实性呢?比特币又是怎么发行出来的呢?

首先，按照比特币的规则，记账是有奖励的。一部分奖励是账单里用户出的手续费，手续费以比特币支付，这个手续费由用户自己定，可高可低，给得高，记账者就倾向于先记这笔手续费高的账。另一部分奖励则是区块奖励，打包一个区块，就获得一定的区块奖励。按照比特币的规则，区块奖励起初为50个比特币，每出210000个区块后，奖励减半，差不多每4年减半一次。区块奖励一方面调动了大家去记账，另一方面也完成了比特币的发行。按照上述规则，我们可以通过这个式子计算比特币的总量，就是210000×50×(1+1/2+1/4+……)，总共2100万个。区块奖励和手续费是记账者按照比特币的规则自己记给自己的。

有了奖励，而且奖励颇丰，大家当然抢着去记账。为确定以谁的账本为准，比特币有个最长链原则，谁的区块链账本最长，就以谁的账本为准。制造区块需要进行大量计算，最长链实际就是凝聚着最大工作量的链。最长链也是最新的账本，记录着最多的账单。

记账者把账单收集起来(记账者会先验证账单真伪，还会验证付款者有无足够的币进行支付)，打包成一个区块。区块由区块头和区块体组成，区块头里有个记账者自定的随机数，有个难度目标，还有些别的信息。记账者换上不同的随机数，对区块头进行哈希运算，得到区块头的哈希值，算出的一个个哈希值就像生成了一个个随机数一样，大小毫无规律，谁先试出小于难度目标的哈希值，他就将该哈希值对应的区块加在区块链上，广播给别人，这时候他的链就更长了，大家验证区块无误后，就都以他的区块账本为准，并继续广播该区块至全网。表明以该区块为准的方式，就是将该区块头哈希值纳入自己要计算的下一个区块头中。

这个区块头和区块体是什么关系呢?区块体里记录了具体的账单，包括记账者自己所得区块奖励和手续费的账单。区块头则相当于该区块的身份信息，里面有版本号、上一个区块头的哈希值、时间戳、难度目标、随机数，还有一个Merkle树根哈希值，Merkle树根哈希值由区块体里的账单经过一系列哈希运算得到，相当于区块体里那些账单的摘要信息，只要账单稍有变化，Merkle树根哈希值就会大不相同。同样，只要区块头稍有变化，区块头哈希值就会大不相同。通过Merkle树根哈希值，区块体和区块头紧密联系在了一起，账单无法篡改;区块头的哈希值前后衔接，又保证了区块链环环相扣，无法篡改。

这个哈希运算和哈希值是怎么回事呢?哈希算法又被称为摘要算法，输入任何数据，经过哈希运算后，都会得到一个固定长度的输出值，称为该输入数据的哈希值，一个输入数据的哈希值是唯一且确定的。哈希运算还有两大特点。第一，哈希运算的结果，就像生成了一个随机数一样，只要输入数据稍有变动，哈希值就会大不相同，比如输入一本书的内容，只要多加一个字，哈希值就会面目全非。第二，哈希运算不可逆，输入数据后可以很快算出哈希值，但给出哈希值，就没法反推它的输入数据。反推输入数据在逻辑上也是不可能的，因为输入数据无限，哈希值有限，一个哈希值对应着多个输入数据。

哈希运算和哈希值有各种类型，争夺比特币记账权时算的哈希值是个256位的二进制数。按照比特币的规则，区块头哈希值须小于难度目标，记账者换上不同随机数，对区块头进行哈希运算，算出哈希值就像生成随机数一样，每个数位都可能是0或1，总共有2^256种可能，要求算出的哈希值比难度目标小，就好比在这2^256个数中随机抽出一个数，要求其小于难度目标。算出的哈希值比难度目标小的概率是：难度目标/2^256。要试出比难度目标小的哈希值，平均试验次数为：2^256/难度目标。

算出的哈希值前面数位0越多，值就越小，所以也可以不太严谨地认为，算出的哈希值前面若干数位都是0，就可以满足小于难度目标的要求。例如，哈希值前面70位都为0就小于难度目标(此时难度目标的值是2^186)。算出哈希值就像生成随机数一样，每个数位上出现1和0的概率各是1/2，一次就试出前面70位都是0的哈希值，概率是1/2^70(也可以通过2^186/2^256算得)，想增大试出的概率只能做更多哈希运算。全世界想获得比特币奖励的人都会加入比特币网络，收集账单，打包成区块，进行哈希运算，全世界总共要计算2^70次才有一次机会(不同的人打包的区块里账单不一样，Merkle树根哈希值不一样，即使不同的人输入的随机数一样，计算出的区块头哈希值还是不一样，这样就能避免大家出现重复计算的情况，保证全世界平均计算2^70次，算出一次前面70位都是0的哈希值)。谁先试出了前面70位都是0的哈希值，他就立马将该哈希值对应的区块广播出去。大家一接收到该区块，验证无误后，就继续广播该区块，并以此为准，在此基础上继续收集账单继续计算，争夺下一个区块的记账权。区块链就这样在大家的齐心协力下不断延长，全网的节点都有一份相同且实时更新的区块链账本。验证、广播、记账等过程，都是由各个节点的比特币程序根据比特币规则自动执行的。

这种试出符合要求的哈希值并获得记账权和比特币奖励的行为，被称为挖矿，专门进行这种计算的机器，就称为矿机，干挖矿这行的人，就叫矿工，记账的手续费，就叫矿工费。

至于难度目标到底是多少，则是由比特币的程序每隔2016个区块就自动调节一次的，根据之前出块速度和之前难度目标反推全网算力，再根据全网算力设置一个合适的难度目标，让全网平均10分钟能出一个块。这样一来，谁的计算能力强，谁在单位时间内计算次数多，谁就有更大的概率试出符合要求的哈希值，获得记账权和比特币奖励，这种共识机制也被称为工作量证明(PoW)。在工作量证明的机制下，挖矿需要耗费巨大电力。

世界各地的矿工竞相寻找便宜的电力，修建矿场，布置矿机，就形成了目前浩浩荡荡的挖矿局面。由于现在全网算力很高，挖矿难度很大，单枪匹马已经很难挖到矿了，于是大家把算力集中到一个个矿池，矿池更容易挖到矿，然后再按各自贡献的算力大小相应分配收益。

可以看出，比特币的区块链账本是传遍了全网的，保存在全网的，大家都验证过了的，区块链通过Merkle树根哈希值和区块头哈希值环环相扣，累积了巨大的工作量，账本真实可靠，无法篡改，无法销毁。比特币用于转账或支付只需发出一条信息就行了，不用经过任何中心机构，可以轻易地全世界流通。

我们也可以看出，想试出哈希值有多么困难，只要求哈希值前面70位是零，都要试上2^70≈1.18×10^21次才有一次机会，若想试出整个哈希值，全世界所有超级计算机计算能力翻一亿倍，一起算上几万亿年，也试不出来。这些算法，就是比特币安全性的保障。