比特币是一个由运行比特币软件的计算机或节点组成的去中心化点对点网络，这些计算机或节点接受一组工作量证明 (PoW)共识规则来验证和广播区块链上的交易。此过程无需第三方中介，因此区块链是一种无需信任的机制。
在传统的支付方式中，交易由银行和支付处理商等中心化机构验证，他们会检查消费者是否有足够的资金来完成购买。
在比特币区块链中，传统的第三方支付系统被节点运营商和矿工的分布式网络所取代，他们无需审查或许可即可验证交易。
了解节点的作用和工作原理有助于理解交易结算背后发生的事情。任何人都可以成为比特币节点运营商，只需下载比特币核心软件即可参与保护网络安全，从而使区块链透明、不可篡改且去中心化。
什么是比特币节点？
节点是比特币网络的支柱。这些节点持续监控区块链及其完整的交易历史，以防止非法交易试图以欺诈手段两次花费比特币，也称为双重支付问题。
任何下载比特币软件并加入比特币网络的计算机都称为节点。最流行的完整节点客户端和软件实现是 Bitcoin Core；其最新版本可在 GitHub 页面上找到。
节点保存着比特币区块链的完整历史记录和年表，就像一本账本，并通过共识机制为比特币网络的安全做出贡献，因为节点会拒绝任何违反共识规则的交易。
有多少个比特币节点？很难评估活跃比特币节点的确切数量，因为用户可以选择私下连接，以免泄露或计算它们。
不同来源之间的数字非常矛盾。一些来源仅计算出比特币节点数量刚好超过 13,000 个。另一方面，著名的比特币核心开发人员 Luke Dash Jr估计2021 年 1 月活跃的比特币核心节点约为 83,000 个，而 2022 年则急剧下降至约 50,000 个。
考虑到 2017 年牛市高峰期有超过 20 万个比特币节点在运行，这些数据就更加令人震惊了。比特币网络的活跃度和连接性节点越多，它就越强大和去中心化。
区块链中的节点是什么？
区块链网络的主干基于比特币结构，比特币是第一个为该技术奠定基础的。因此，了解比特币节点的原理将有助于理解大多数区块链的工作原理。它们只是协议不同，规则不同，但功能方面保持不变。
区块链节点的主要作用是确保网络交易和区块的合法性，并遵守协议规则，必须保证数据和网络的可信性。
维护区块链基础设施的典型节点是主节点和矿工节点。他们获得更大的区块奖励，因为他们使用更多的资源来增强网络。
但是，主节点不会像普通节点或矿工节点那样向区块链添加新交易或区块。本文后面可以找到对这些类型节点的更详细说明。
区块链节点如何工作？
节点验证并向网络广播交易。这些显示为“待处理”的交易会被矿工或矿池拾取，并添加到区块链的通用账本中。
矿工不再逐一确认每一笔交易，而是将待处理的交易批量打包成块。确认后的区块将在整个网络中传播，并发送回所有节点，以确保该区块有效并符合网络规则。
一旦验证通过，节点就将新区块添加到之前的一系列区块中，从而创建区块链并实现交易的最终结算。
区块链节点的类型
由于交易验证和广播是一项耗时且耗资源的工作，因此节点分为轻量级节点和完整节点，以帮助加快验证过程。完整节点通过下载区块链的完整历史记录来确认所有交易，而轻量级节点仅下载关键的标头数据。
比特币节点主要类型有全节点、轻节点、挖矿节点。
全节点
它们之所以被称为全节点，是因为它们会彻底验证比特币协议的所有规则是否得到遵守。全节点必须确认比特币网络内执行的所有交易都是合法的，并防止双重支付问题，这意味着处理的比特币必须没有在其他地方被使用过。
全节点必须下载所有已经执行的交易、所有新交易和所有区块头，同时存储每个未使用交易输出的数据，直到它被使用为止。
这就是为什么完整节点必须下载区块链的整个历史记录、每个区块和交易并检查它们是否遵循比特币的共识规则。
例如，他们会检查的规则是，区块只能创建一定数量的比特币（目前每个区块 6.25 个，直到 2024 年下一次减半）。他们可以确保交易和区块的数据格式正确，或者交易输出在单个区块链内不会被双重使用。违反共识规则的交易或区块将被拒绝。
将比特币全节点视为服务器。如果您运行自己的节点，则依靠服务器将交易广播到网络。如果不运行，则依靠其他人的节点（服务器）来验证交易。用比特币术语来说，运行自己的节点意味着实现对自己资金的主权和完全控制。
轻节点
轻量级节点只会下载已处理交易的必要数据，用作钱包并连接到完整节点。它们只下载区块头，即包含前一个区块的哈希引用、挖矿时间和前一个交易的随机数（唯一标识号）的区块摘要。
轻节点仅处理区块链的一小部分，而不是像全节点那样处理整个数据集。轻节点非常适合没有大量存储或处理能力的节点，并且比全节点更经济实惠。
轻节点的任务是通过简化支付验证 (SPV)来验证交易是否包含在区块中。它有助于保持区块链网络的去中心化，但不会验证所有交易，也不会存储整个区块链的副本。
挖矿节点
除了存储区块链的完整副本之外，挖矿节点还利用挖矿设备和软件来解决复杂的计算问题，以挖掘比特币并生成新区块添加到区块链中。
直到 2010 年，一个简单的家用 CPU 仍可用作挖矿节点。然而，随着比特币网络的大幅扩张，CPU 已不足以挖掘加密货币，因此需要更昂贵且耗能更高的挖矿设备。
挖矿节点竞争非常激烈，因为他们的目标是第一个创建新区块，并获得 6.25 BTC 的奖励。
比特币完整节点 vs. 比特币矿工节点
全节点和矿工节点是比特币网络的重要组成部分，尽管它们执行不同的功能。虽然矿工必然会运行节点，但全节点运行者不一定是矿工。普通比特币节点的任务是验证交易和区块，而矿工节点将提供解决复杂数学问题所需的专用挖矿硬件，以创建新区块并将新交易上传到其中。
与普遍看法相反，矿工的权力实际上有限。他们可能会重组区块链并添加或删除交易，但他们需要花费大量的计算能力，因此不值得。强大的矿工可以攻击比特币，但矿工无法完全改变或摧毁比特币，因为完整节点仅依靠矿工来实现前面强调的少数功能。
其他类型的区块链节点
归档全节点是接受传入连接并将旧块上传到网络上其他对等节点的全节点。软件需要在 -listen=1 模式下运行才能实现此目的，这是默认方法。
当需要控制对区块链数据的访问时，档案节点可以用作授权节点。在这种情况下，只有授权节点才能授权其他节点加入区块链网络。
修剪后的完整节点具有有限的内存来保存数据。它们是完整节点，可以下载整个区块链，但当它们达到特定限制时，它们会删除最旧的区块以托管新区块并维持区块链大小。
主节点是全节点，主要功能是维护区块链账本并验证交易。它们不能向区块链添加新区块。
其他节点是闪电节点，是与主区块链和闪电网络连接和交互的计算机或软件。
与比特币全节点的主要区别在于，闪电节点仅验证与其直接交互的交易，而不是像比特币节点那样验证每个区块链交易。
如何设置和运行完整节点
有多个客户端提供下载比特币区块链完整历史记录的软件。不过，Bitcoin Core 拥有最多的完整节点。
要运行一个节点，您可以下载比特币核心软件并让它从其他节点复制整个区块链，然后您的节点就可以自行验证每个区块。
它具有以下要求：
要设置新节点，您需要通过 IBD（初始块下载），以便在首次运行时将节点同步到网络。Bitcoin Core 在下载过程中将使用大量存储空间，尽管只需几个简单的步骤就可以减少存储空间。
另一种方法是在云上运行节点。通过连接到云服务提供商并安装 Bitcoin Core，将存储和处理资源外包。
下载比特币区块链的完整历史记录后，您将看到大约每 10 分钟添加一个新区块。有关在不同操作系统上设置和运行比特币节点的详细说明，可在比特币官方网站上找到。
为什么运行节点很重要？
虽然运行比特币节点不会提供任何金钱激励，但它仍然提供了几个优点，如下所述。
运行完整节点比依赖第三方服务器处理交易提供更多的隐私和匿名性。中介服务可能会暴露您的钱包地址并危及您的隐私；
完全控制您的比特币持有量；
为网络安全性和完整性做出贡献，确保严格执行所有比特币协议的规则；
在分叉的情况下，您可以决定要遵循哪条区块链。因此，如果区块链发生重大变化，您的节点就相当于持有一票。
比特币节点还可以帮助防止双重支付，防止用户尝试两次使用同一种加密货币。
运行比特币节点并没有真正的利润，尽管其他区块链通过质押节点提供激励。不过，这是另一篇专注于比特币以外的区块链节点的文章的讨论。
