比特幣

比特幣網路由兩個重要組成部分構成：比特幣節點和比特幣礦工。兩者經常被混爲一談，實際上即便是網路中不同類型的節點，職責和作用也有所區別。

所有比特幣節點的主要任務是驗證交易和區塊，確保區塊鏈的完整性和連續性。而礦工則更進一步，通過參與工作量證明（PoW）向網路廣播新的區塊。如果沒有礦工，比特幣區塊鏈將無法添加新交易。

什麼是完整的比特幣節點？

完整的比特幣節點是指運行在普通計算機上，存儲着最新完整區塊鏈數據的節點。比特幣節點的不同角色對加密貨幣的成功至關重要。

從構成比特幣區塊鏈的組成部分來看，比特幣節點也可以被描述爲完整節點。完整節點在標準計算機上運行，存儲着完整、最新的區塊鏈版本。節點從比特幣用戶那裏獲取交易，並根據網路規則和歷史記錄對其進行驗證，然後將它們放入一個未經確認的交易內存池中，準備好供礦工處理。

驗證比特幣交易包括：

• 確保數字籤名有效
• 確定真實性
• 確認準確性
• 檢查可用餘額並確認支付交易費
• 防止雙重支付

經過身分驗證的交易將由完整節點廣播到網路，然後由礦工獲取並組合成交易區塊。

完整的比特幣節點還負責檢查礦工的工作，並確保遵循共識機制，包括正確的交易格式、遵守工作量證明要求以及不超過區塊大小限制。

完整節點還負責檢查礦工開採的區塊是否符合規則，以防止礦工獲得過多權力而發生51%攻擊的風險。然而，防止51%攻擊的主要防御手段在於挖礦本身的去中心化和競爭性。

盡管是重要的比特幣網路參與者，但節點並不像礦工那樣獲得區塊獎勵。運營節點的目的通常是支持網路健康、確保隱私或出於商業需求獲取實時區塊鏈數據。

什麼是比特幣礦工節點？

比特幣礦工節點是完整節點的一個子集。然而，並非所有節點都是礦工節點。完整節點維護着完整、最新的區塊鏈副本，並驗證交易和區塊。礦工節點包括這些功能，同時還參與挖礦過程。

礦工節點也是驗證節點，會向其他節點傳輸信息。但比特幣礦工的最重要功能是驗證交易塊、向網路廣播新塊，以獲得賺取比特幣獎勵的機會。

礦工節點必須相互競爭，以解決復雜的數學難題。使成功節點完成工作量證明共識，驗證和發布新塊，並獲得獎勵，這個過程需要強大的計算能力。礦工運行比特幣挖礦軟件，該軟件爲向網路創建和提出區塊提供了規則。礦工節點首先會驗證接收到的交易，然後將經過驗證的交易打包進新區塊，並將新區塊廣播給其他節點。其他完整節點會檢查新區塊是否符合規則，確保比特幣的正確生產。

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其他類型的比特幣節點

輕節點

輕節點也稱爲簡單支付驗證（SPV）節點。它們運行的是存儲精簡版區塊鏈（只有區塊頭）的比特幣軟件，需要連接完整節點獲取全部區塊數據。這樣設計使它們能夠在有限的存儲和計算能力下驗證交易，適合像手機錢包這樣的輕量級設備使用。

閃電網絡節點

閃電網絡節點在比特幣網路之上構建了一個支付通道網路，由閃電網絡節點協調，允許更快更便宜的比特幣交易。這些節點形成了支付通道網路，可進行鏈下交易，最終在比特幣區塊鏈上結算。

存檔節點

存檔節點保留了整個區塊鏈的所有歷史交易數據，能爲其他節點同步和查閱歷史記錄提供支持。

修剪節點

修剪節點也存儲了網路歷史記錄，當達到大小限制時，他們會“修剪”舊數據，只保留最新的區塊。

礦池節點

礦池節點的作用是協調整合礦工團隊的算力資源。成功驗證礦池區塊後，獎勵將在參與者之間公平分配。

比特幣節點與比特幣礦工的比較

下表對比了節點和礦工的差異：

比特幣礦工和完整節點是如何協作的

比特幣節點和礦工是相互依賴的，它們依靠彼此執行以下過程:

交易驗證和廣播

完整節點接收交易、驗證交易，然後將交易廣播到網路。驗證包括檢查交易是否符合比特幣協議規則，以及交易的輸入是否未被使用過。

交易內存池

驗證通過但未被確認的交易將進入被稱爲“內存池”的等待區，等待礦工將它們打包進新區塊。每個節點都維護着自己的內存池版本。

礦工的交易選擇

礦工從內存池挑選交易，進行進一步驗證，將交易分組打包，同時包含上一個區塊的哈希和一個新的隨機數(nonce)，創建一個經過協議算法 “哈希運算” 的獨特新區塊。整理交易的過程包括創建默克爾樹，高效地總結了該區塊中所有交易。

挖礦過程：工作量證明、新增區塊和獎勵

礦工相互競爭，首先解決數學哈希難題並在在網路上創建新區塊。他們利用算力調整nonce，直至發現一個符合目標難度的哈希值。

成功的礦工通過工作量證明發現了目標哈希輸出值。完整節點驗證區塊的真實性，就新區塊順序達成共識，確保不會發生雙重支付。新區塊經加密安全地並入網路。

在礦工節點成功創建新區塊後，將獲得兩部分獎勵：新發行的比特幣作爲區塊獎勵，以及新區塊中所有交易的手續費。一旦新區塊被驗證並加入區塊鏈，並不需要廣播整個更新後的區塊鏈數據，只需將新區塊本身廣播出去。其他節點會獨立驗證新區塊的合法性，一旦通過就將其添加到自身的區塊鏈副本中。

比特幣節點的關鍵作用

比特幣節點在整個網路運作中扮演着至關重要的角色，節點和礦工的作用也是不可或缺的。它們共同完成了區塊鏈網路的核心功能：驗證和傳播交易、通過共識機制達成一致、安全地將新的永久區塊添加到鏈上。節點作爲樞紐在用戶之間傳遞數據，確保交易和區塊在網路中順利傳輸和路由。

節點維護了比特幣區塊鏈的可信賴性、安全性和去中心化特性。節點和礦工共同增強了比特幣系統的韌性和安全性，分工協作使整個網路運轉良好。得益於節點的存在，比特幣不依賴某一個軟件版本，降低了系統漏洞和攻擊的風險。

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