writer: Satoshi Nakamoto @ 2008
在2008年的作者看来，BTC系统最大的魅力在于：“在不需要第三方可信机构”的前提下，实现“抵抗双花攻击”+“交易不可逆”。这篇论文感觉对很多机制的具体工程实践细节方面，没有很清晰的描述，但是让我感到很舒服的一点就是，你能够跟着作者的思路，看看为了设计比特币这样一个系统，他考虑了哪些方面。
1. 交易（Transaction）
????首先，作者考虑了如何记录一笔交易。收款人的收款地址，可以用对方的公钥的表示。于是，将上一笔交易与收款人公钥进行哈希，将哈希用汇款人的私钥进行签名，即可表示一笔交易。并且下一笔交易可以继续引用当前的交易，从而形成一条完善的交易链。请注意，这里的链并非BTC区块链，而只是交易形成的链，可以用它来记录数字货币在交易过程中的来龙去脉，就好像一枚硬币被花来花去一样。
????然后，作者又考虑到，如果只是这样的机制，那么没有办法确保一枚币是否被花了两次，即双花（double-spend）。他给出的解决方案是，既然硬币的一次花费过程可以被表示为一次交易，那么就让人记录下所有的交易，对于这枚币的某个拥有者而言，我们只认可这枚币第一次被花费的交易。
????每个交易，最重要的两个参数便是输入和输出。输入指定了花费的币从何而来（是之前某个交易的输出），输出指定了币发给谁（然后收款人可以用这个输出继续去消费）。
2. 时戳服务器（TimeStamp Server）
????BTC采用的是P2P网络，交易产生之后会在全网进行广播，那么我们怎么确认交易的发生前后关系呢？作者的解决方案是提供时戳服务器，来确定交易的时间先后顺序。
3. POW共识协议
????比特币作为一个分布式系统，所有节点之间势必要达成某种共识。要尽可能避免不同节点，区块链的内容不同的情况，这就要求禁止任何人在任何时刻都有发布区块的权力。因此作者采用POW作为BTC的共识协议，该协议要求所有节点必须通过求解符合要求的nonce值来争夺出块权力。只要你块里的交易没问题，nonce值也符合要求，其他节点就认可，随着确认节点增多和时间推移，你出的块里交易内容、顺序都将成为共识。
4. 网络
????作者在这一小节给出了比特币网络的运行步骤：
????① 向所有节点广播新交易。
????② 每个节点将新交易收集到一个块里。
????③ 当节点找到POW所需要的nonce值时，它会块打包好，并广播给所有节点。
????④ 只有当块中的所有交易都有效，且交易中的输入都未花费时，节点才会接收该块。
????⑤ 节点通过创建链中的下一个块，并引用当前块来表示对该块的接受。
???? 作者考虑到，可能有两个块甚至更多同时出块，这些块被所有节点的接受程度也不一样，但是在任何时间，所有节点都认为最长链是合法的。因此一旦接受到在更长链上拓展出的块后，节点就会抛弃当前链，而转换到最长链上。
5. 激励机制
????在BTC网络中，参与的节点越多，也就越安全。但是如何调动社区的积极性，让大家自愿投身出块任务呢？作者设计了两方面的奖励。其一就是出块奖励，每一个成功出块的节点，都可以在该块中包含一个特殊交易（CoinBase铸币交易），该交易没有输入，只有输出指向出块人自己，这也是比特币唯一的发行方法，新创建的这些比特币都归出块的矿工所有。其二，每一笔交易（除了铸币交易），都有输入输出，如果输出比输入大，那么多的这部分比特币将作为交易费归出块矿工所有。
????铸币交易奖励的比特币最开始是50个BTC，每21万个区块（大约四年）削减一半，由此可以预见终有一天比特币将被挖干，到那时，作者说交易费将成为唯一的激励机制。
6. 硬盘空间回收机制
????BTC网络的平均出块时间被设定在平均10分钟。由此可见，随着链上数据的不断增多，系统占用的磁盘资源也将越来越多。但是考虑到不是所有节点都有挖矿的打算，因此作者给出了解决方案：轻节点只保存块头即可，块头中没有交易列表，只有交易列表merkle tree的根。只有全节点才需要承担完整的存储压力。
7. 简单交易验证机制（SPV）
????因为轻节点没有全部数据，因此轻节点如何验证交易的真实性是一个问题。作者给出的解决方案是：通过向全节点请求目标交易所在merkle树分支，只需要很少的merkle树节点，便可以通过计算哈希值验证交易完整性。此外，当全节点检测到无效交易时，会主动警示轻节点下载完整的块来完成验证目标交易。作者在本节最后吐槽道，商用公司希望可以自己创建全节点加入BTC网络，验证的时候最好都能问自己人，这样又快又安全。
8. 币的合并与分裂
????比特币没有完整的账户概念，每份比特币无论面额大小，都以UTXO（未花费的输出）的形式存在着。一个交易，需要引用这些UTXO作为输入，产生新的UTXO输出，而作为输入的UTXO将作废。比如A有10个BTC，给B转5个，那么A要在交易中引用所拥有的总面额大于10BTC的UTXO作为输入，然后产生给B的5BTC的新UTXO和给自己的5BTC的新UTXO（找零）作为输出，差额将送给交易费当矿工。由于BTC存在这样的拆分合并机制，因此作者规定一个交易可以有多个输入，类似古代的碎银子，需要凑很多块才能达到规定面额，但是最多只能有两个输出，一个给收款方，另一个用来给自己找零。
9. 比特币隐私性
????比特币账户由一对公私钥组成，私钥用来做签名，公钥用来收款。链上交易的内容是每个节点都可以查验的，交易之中包含收款者的公钥，但是一般不会有人知道公钥的所属者，这也是BTC匿名性的最大保障。但是保不准会被别人给分析出来，因此作者推荐用户最好有几个公钥轮着使用。另外，作者提到，如果你在一个交易里引用了很多UTXO，那么别人就可以据此推断出这些UTXO所属交易的收款方都是你，这也是某种程度上的隐私泄露。