比特币

比特币网络由两个重要组成部分构成：比特币节点和比特币矿工。两者经常被混为一谈，实际上即便是网络中不同类型的节点，职责和作用也有所区别。

所有比特币节点的主要任务是验证交易和区块，确保区块链的完整性和连续性。而矿工则更进一步，通过参与工作量证明（PoW）向网络广播新的区块。如果没有矿工，比特币区块链将无法添加新交易。

什么是完整的比特币节点？

完整的比特币节点是指运行在普通计算机上，存储着最新完整区块链数据的节点。比特币节点的不同角色对加密货币的成功至关重要。

从构成比特币区块链的组成部分来看，比特币节点也可以被描述为完整节点。完整节点在标准计算机上运行，存储着完整、最新的区块链版本。节点从比特币用户那里获取交易，并根据网络规则和历史记录对其进行验证，然后将它们放入一个未经确认的交易内存池中，准备好供矿工处理。

验证比特币交易包括：

• 确保数字签名有效
• 确定真实性
• 确认准确性
• 检查可用余额并确认支付交易费
• 防止双重支付

经过身份验证的交易将由完整节点广播到网络，然后由矿工获取并组合成交易区块。

完整的比特币节点还负责检查矿工的工作，并确保遵循共识机制，包括正确的交易格式、遵守工作量证明要求以及不超过区块大小限制。

完整节点还负责检查矿工开采的区块是否符合规则，以防止矿工获得过多权力而发生51%攻击的风险。然而，防止51%攻击的主要防御手段在于挖矿本身的去中心化和竞争性。

尽管是重要的比特币网络参与者，但节点并不像矿工那样获得区块奖励。运营节点的目的通常是支持网络健康、确保隐私或出于商业需求获取实时区块链数据。

什么是比特币矿工节点？

比特币矿工节点是完整节点的一个子集。然而，并非所有节点都是矿工节点。完整节点维护着完整、最新的区块链副本，并验证交易和区块。矿工节点包括这些功能，同时还参与挖矿过程。

矿工节点也是验证节点，会向其他节点传输信息。但比特币矿工的最重要功能是验证交易块、向网络广播新块，以获得赚取比特币奖励的机会。

矿工节点必须相互竞争，以解决复杂的数学难题。使成功节点完成工作量证明共识，验证和发布新块，并获得奖励，这个过程需要强大的计算能力。矿工运行比特币挖矿软件，该软件为向网络创建和提出区块提供了规则。矿工节点首先会验证接收到的交易，然后将经过验证的交易打包进新区块，并将新区块广播给其他节点。其他完整节点会检查新区块是否符合规则，确保比特币的正确生产。

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其他类型的比特币节点

轻节点

轻节点也称为简单支付验证（SPV）节点。它们运行的是存储精简版区块链（只有区块头）的比特币软件，需要连接完整节点获取全部区块数据。这样设计使它们能够在有限的存储和计算能力下验证交易，适合像手机钱包这样的轻量级设备使用。

闪电网络节点

闪电网络节点在比特币网络之上构建了一个支付通道网络，由闪电网络节点协调，允许更快更便宜的比特币交易。这些节点形成了支付通道网络，可进行链下交易，最终在比特币区块链上结算。

存档节点

存档节点保留了整个区块链的所有历史交易数据，能为其他节点同步和查阅历史记录提供支持。

修剪节点

修剪节点也存储了网络历史记录，当达到大小限制时，他们会“修剪”旧数据，只保留最新的区块。

矿池节点

矿池节点的作用是协调整合矿工团队的算力资源。成功验证矿池区块后，奖励将在参与者之间公平分配。

比特币节点与比特币矿工的比较

下表对比了节点和矿工的差异：

比特币矿工和完整节点是如何协作的

比特币节点和矿工是相互依赖的，它们依靠彼此执行以下过程:

交易验证和广播

完整节点接收交易、验证交易，然后将交易广播到网络。验证包括检查交易是否符合比特币协议规则，以及交易的输入是否未被使用过。

交易内存池

验证通过但未被确认的交易将进入被称为“内存池”的等待区，等待矿工将它们打包进新区块。每个节点都维护着自己的内存池版本。

矿工的交易选择

矿工从内存池挑选交易，进行进一步验证，将交易分组打包，同时包含上一个区块的哈希和一个新的随机数(nonce)，创建一个经过协议算法 “哈希运算” 的独特新区块。整理交易的过程包括创建默克尔树，高效地总结了该区块中所有交易。

挖矿过程：工作量证明、新增区块和奖励

矿工相互竞争，首先解决数学哈希难题并在在网络上创建新区块。他们利用算力调整nonce，直至发现一个符合目标难度的哈希值。

成功的矿工通过工作量证明发现了目标哈希输出值。完整节点验证区块的真实性，就新区块顺序达成共识，确保不会发生双重支付。新区块经加密安全地并入网络。

在矿工节点成功创建新区块后，将获得两部分奖励：新发行的比特币作为区块奖励，以及新区块中所有交易的手续费。一旦新区块被验证并加入区块链，并不需要广播整个更新后的区块链数据，只需将新区块本身广播出去。其他节点会独立验证新区块的合法性，一旦通过就将其添加到自身的区块链副本中。

比特币节点的关键作用

比特币节点在整个网络运作中扮演着至关重要的角色，节点和矿工的作用也是不可或缺的。它们共同完成了区块链网络的核心功能：验证和传播交易、通过共识机制达成一致、安全地将新的永久区块添加到链上。节点作为枢纽在用户之间传递数据，确保交易和区块在网络中顺利传输和路由。

节点维护了比特币区块链的可信赖性、安全性和去中心化特性。节点和矿工共同增强了比特币系统的韧性和安全性，分工协作使整个网络运转良好。得益于节点的存在，比特币不依赖某一个软件版本，降低了系统漏洞和攻击的风险。

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