2，共识协议
数字货币本质上是一个文档，如果没有防伪标志（或交易记录），那么用户就可以通过随意复制文档形成数字货币，从而实现double spending。
在比特币系统中，比特币只能通过铸币交易（矿工挖到一个block，会有一定额度的比特币产生，作为挖矿奖励）产生。而这种币从本质上来说是一个文档，如果不做任何防伪措施（如：人民币上有各种防伪标志，很难被复制），则用户将可以通过复制文档来实现double spending。为了保证货币的有效性，消费的合法性，比特币系统中采用了集体监管交易记录的机制，来确保货币职能，通过这一机制，在某一交易过程中，卖家可以通过追踪block chain上买家的交易记录，来确定买家目前有足够的货币来进行此项交易，从根上断绝了买家double spending的可能。如下图所示，每个账户的货币来源均可通过追踪previous block来确定，从而保证买方有足够的货币进行交易。在交易过程种，input 和 output 均需要将自己的 public key 提供给对方。（在下方A到B的交易种，A用B的Hash(public key)将info加密，B收到后，在用自己的private key 解密info。）在比特币系统中，input和output均为一段脚本，在验证交易合法性时（验证买家是否有足够的货币进行交易），需要将买家交易链上的previous output脚本与当前买家Input 脚本进行拼接，如果[input now , previous output]脚本拼接后，操作指令可执行，则认为该交易合法，否则，为非法。在A和B进行交易时，区块链中的所有“全节点"均需验证（记录)二者交易的合法性，以保证交易记录的一致性。（在比特币系统中，节点分为：全节点 full node和 轻节点 light node，全节点也被叫做 fully validating node，其参与了整个区块链的构造和维护，每个全节点均需要验证比特币系统中的所有交易，而轻节点仅使用了一些必要信息，以进行交易，无法验证double spending。）
这种保证货币有效性的方式，与中心化系统有很大区别，以支票为例说明，支票本身为一个纸质文档，如果不经银行运作，则一只支票则可以重复多次被使用，而正是由于银行对于支票（交易）的记录，才得以保证每位用户可用金额与自身所有相符，交易能够合法进行。
对比 去中心化系统 和 中心化系统，二者主要区别在于 交易记录 由谁监管，对于 去中心化系统，交易记录被记录在block chain之中，由所有节点监管，以保证交易记录不被篡改，而对于中心化系统而言，则由银行执行这一监管职能。
在比特币系统中，各个全节点需要针对以下两项达到共识：
1）就blockchain中账本内容达到共识
2）投票决定，某一新出的block是否写入block chain
去中心化区块链的这种共识机制应用到了一个理论：distrubited consensus(分布式共识）：
举例说明，一个分布式系统维护了一个hash table，这个distrubted system需要取得的共识是，这个hash
table中包含了哪些 （key , value)。当在distrubited system中的一台电脑 向 这个 hash
table 插入了一对（key , value)，这个distrubited system需要确保其中所有的服务器均收到了hash
table的这个修改，当在其他电脑上查看hash table时，同样能看到最新插入的(key , value)。
在分布式系统理论中，有几个著名的理论： 1，FLP impossibilty
therom，他指出，在一个异步的系统中，网络时延没有上限，即便整个系统中只有一个机器由于网络时延而一直处于faulty状态，整个系统也无法达到共识。
2，CAP theorem：一个分布式系统，只能满足以下这3个特性中的其中2个： consistency(一致性)；
avaliability(可用性); paratition tolerance(分区容错性）; 如果一个分布式系统想同时具备
consistency 和 paratition tolerance，则必须牺牲系统
随时可用的性能（因为网络时延的关系，分布式系统中各个机器 返回
consensus的时间并不一致，当且仅当分布式系统全部返回consensus，各台机器才可以执行下一条指令，否则会卡在当前consensus的确认中。
3，Paxos
theorem：根据这个理论设计出的分布式系统，极大程度的实现了consistency（只有极小可能无法达成consistency）。
针对比特币的这种共识机制，系统需要防范一些有恶意的节点 对系统的攻击，可能存在的问题如下：
1，有恶意的节点不断 提出一些 含有非法交易的 block，让系统中的其他全节点投票表决，是否将这个block写入block chain。通过这种方法，使得BTC system的其他节点一直处于 投票状态，而无法进行其他工作。
2，针对一个block是否入block chain，系统中的一些全节点 可能会直接忽略这一 投票请求，从而使得consensus一直无法达成（也叫行政不作为）。
3，由于网络时延的关系，比特币系统中各个节点对于投票结果的回复时间可能长短不一，如何设定 consensus 时间节点，使得整个系统效率最高？
4，如何确定比特币系统中 拥有投票权 的 成员？ 即 membership 的设立机制？
在一些 联盟链 中，链上成员都是行业中的大型公司，侧面保证了联盟链成员都是好的，并无恶意。但是在比特币系统中，节点可以是各式各样的个人，组织 ，一个有恶意的节点可以通过不停的创造block，从而干预block入链投票结果，破坏系统性能（这种攻击也叫女巫攻击sybil attack）。
为解决上诉问题，比特币系统规定，根据节点的 ”算力“ 来决定 其 是否拥有投票权（记账权：写入下一个区块的权力）：
一个节点组装好一个block后，需要搜索符合要求的nonce，只有当这个节点搜索到 有效nonce，且 block header 中的 nbits（target编码）域符合难度要求，block body中的交易全部合法（如果一个交易有合法签名，不存在double spending，则可认为其合法），这个block才能获得记账权，写入block chain。其在block chain中插入的位置 可以通过 在 blockheader中 写入 hash of previous blockheader 来设定。当一个节点A在获得记账权后，将block插入如下位置，且同时在此block中写入 一个交易 A -> A’，试图实现 A -> B 交易回滚，便对系统构成了fork attacking，为了阻止这种攻击，系统规定，如果出现 blockchain 分叉，则只有 最长链 才为合法链：
除上述一个分叉可能外，系统也可能由于2个矿工同时挖到block，而自成一链，从而使得block chain 分叉，在这种情况下，系统中的其他节点根据其最早收到的消息，可能会 接受 不同的区块，延其往下扩展blockchain。一段时间后，其中一链成为longest 合法链，另一个则会成为orphan block，被丢弃，这个orphan block所获得的block reward也会失效，具体如下图所示：
On the whole，BTC system需要对 ”去中心化区块中账本内容“ 达成共识 <- 在BTC system中，只有获得 记账权 的 节点 才能将交易内容写入 区块 <- 为了获得记账权，节点需要自行组装区块，寻找满足条件的nonce，使得H(block header)<= target <- 秉持多劳者多得，BTC system，节点通过 搜索 符合条件的nonce，来证明其工作量 <- 一个公平共享的世界。
综上，BTC system的共识机制 实质是靠 算力投票 来实现的。拥有高算力的节点 在求解 puzzle friendly nonce时，其胜出概率较大（hash rate较大）。这也从根本上防范了 sybil attack（不管一个节点创建多少账户，其算力在整体中的占比是不变的，因而，其投票权重也不会发生改变）。