- 發行新的貨幣（總量達到之前）
- 維繫貨幣的支付功能
- 透過算力保障系統安全
| 欄位名 | 含義 | 大小(位元組) |
|---|---|---|
| version | 版本號 | 4 |
| hashprevblock | 上一個block hash值 | 32 |
| hashmerkleroot | 上一個block產生之後至新block生成此時間內， 交易資料打包形成的hash | 32 |
| time | unix時間戳 | 4 |
| bits | 目標值，即難度 | 4 |
| nonce | 隨機數 | 4 |
12345678910111213141516171819 | |
123456 | |
block欄位詳解
- version，版本號，很少變動，一般用於軟體全網升級時做標識
- hashprevblock，前向block hash值，該欄位強制多個block之間形成連結
- hashmerkleroot，交易hash樹的根節點hash值，起校驗作用，保障block在網路傳輸過程中的資料一致性，有新交易加入即發生變化
- time，unix時間戳，每秒自增一，標記block的生成時間，同時為block hash探尋引入一個頻繁的變動因子
- bits，可以推算出難度值，用於驗證block hash難度是否達標
- nonce，隨機數，在上面數個欄位都固定的情況下，不停地更換隨機數來探尋
最為關鍵的欄位是hashprevblock，該欄位使得block之間連結起來，形成一個巨大的“鏈條”。block本是稀鬆平常的資料結構，但以鏈式結構組織起來後卻使得它們具有非常深遠的意義：
- 形成分支博弈，使得算力總是在主分支上角逐
- 算力攻擊的概率難度呈指數上升（泊松分佈）
每個block都必須指向前一個block，否則無法驗證透過。追溯至源頭，便是高度為零的創世紀塊(genesis block)，這裡是block chain的起點，其前向block hash為零，或者說為空。
新block誕生過程
下面是一個簡單的步驟描述，實際礦池運作會有區別，複雜一些：
- 節點監聽全網交易，透過驗證的交易進入節點的記憶體池(tx mem pool)，並更新交易資料的merkle hash值
- 更新時間戳
- 嘗試不同的隨機數(nonce)，進行hash計算
- 重複該過程至找到合理的hash
- 打包block：先裝入block meta資訊，然後是交易資料
- 對外部廣播出新block
- 其他節點驗證透過後，連結至block chain，主鏈高度加一，然後切換至新block後面挖礦
由於hashprevblock欄位的存在，使得大家總是在最新的block後面開挖，稍後會分析原因。
主鏈分叉
從block hash演算法我們知道，合理的block並不是唯一的，同一高度存在多個block的可能性。那麼，當同一個高度出現多個時，主鏈即出現分叉(fork)。遇到分叉時，網路會根據下列原則選舉出best chain：
- 不同高度的分支，總是接受最高（即最長）的那條分支
- 相同高度的，接受難度最大的
- 高度相同且難度一致的，接受時間最早的
- 若所有均相同，則按照從網路接受的順序
- 等待block chain高度增一，則重新選擇best chain
按照這個規則運作的節點，稱為誠實節點(honest nodes)。節點可以誠實也可以不誠實。
分支博弈
我們假設所有的節點：
- 都是理性的，追求收益最大化
- 都是不誠實的，且不惜任何手段獲取利益
所有節點均獨自挖礦不理會其他節點，並將所得收益放入自己口袋，現象就是一個節點挖一個分支。由於機器的配置總是有差別的，那麼算力最強的節點挖得的分支必然是最長的，如果一個節點的分支不是最長的，意味其收益存在不被認可的風險（即零收益）。為了降低、逃避此風險，一些節點肯定會聯合起來一起挖某個分支，試圖成為最長的分支或保持最長分支優勢。
一旦出現有少量的節點聯合，那麼其他節點必然會效仿，否則他們收益為零的風險會更大。於是，分支迅速合併彙集，所有節點都會選擇算力更強的分支，只有這樣才能保持收益風險最小。最終，只會存在一個這樣的分支，就是主幹分支(best/main chain)。
對於不誠實節點來說，結局是無奈的：能且只能加入主幹挖礦。不加入即意味被拋棄，零收益；加入就是老實幹活，按佔比分成。
hash dance
block hash的計算是隨機概率事件，當有節點廣播出難度更高的block後，大家便跑到那個分支。在比特幣系統執行過程中，算力經常在分支間跳來跳去，此現象稱為hash dance。一般情況下，分支的高度為1~2，沒有大的故障很難出現高於2的分支。
hash dance起名源於google dance.
算力攻擊的概率
算力攻擊是一個概率問題，這裡作簡單敘述：
- p = 誠實節點挖出block概率
- q = 攻擊者挖出block概率，q = 1 – p
- qz = 攻擊者從z個block追上的概率
我們假設p>q，否則攻擊者掌握了一半以上的算力，那麼概率上永遠是贏的。該事件（攻擊者勝出）的概率是固定，且n次事件之間是相互獨立的，那麼這一系列隨機過程符合泊松分佈(poisson distribution)。z個塊時，攻擊者勝出的期望為lambda：
攻擊者在攻擊時已經偷偷的計算了k個塊，那麼這
