概述

PoW(Proof of Work),即工作量证明,闻名于比特币,俗称“挖矿”。PoW是指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作。
监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式。
PoW是按劳分配,算力决定一起,谁的算力多谁记账的概率就越大,可理解为力量型比较。以下内容基于比特币的PoW机制。
区块链的网络节点参与者进行竞争记账,所谓竞争记账是指,如果想生成一个新的区块并写入区块链,必须解出比特币网络出的工作量证明谜题,谁先解出答案,谁就获得记账权利。

工作量证明谜题

这个谜题是:即找到一个nonce值,使得新区块头的哈希值小于某个指定的值,即区块头结构中的“难度目标”。在节点成功找到满足的Hash值之后,会马上对全网进行广播打包区块,网络的节点收到广播打包区块,会立刻对其进行验证。

如果验证通过,则表明已经有节点成功解迷,自己就不再竞争当前区块打包,而是选择接受这个区块,记录到自己的账本中,然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块,才会添加的账本中,其他的节点进行复制,这样就保证了整个账本的唯一性。如果区块的交易被其他节点参与者验证有效并且谜题的答案正确,就意味着这个答案是可信的,新的节点将被写入验证者的节点区块链,同时验证者进入下一轮的竞争挖矿。

假如节点有任何的作弊行为,都会导致网络的节点验证不通过,直接丢弃其打包的区块,这个区块就无法记录到总账本中,作弊的节点耗费的成本就白费了,因此在巨大的挖矿成本下,也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议,也就确保了整个系统的安全。

计算谜题

那如何计算呢?SHA256(SHA256(Block_Header)),即只需要对区块头进行两次SHA256运算即可,得到的值和目标值进行比较,小于目标值即可。区块头结构如下:

区块头中有一个重要的东西叫MerkleRoot的hash值。这个东西的意义在于:为了使区块头能体现区块所包含的所有交易,在区块的构造过程中,需要将该区块要包含的交易列表,通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash,并以此作为交易列表的摘要存到区块头中。

整个工作量证明过程如下:

实际挖矿的基本步骤如下:

1.生成Coinbase交易,并与其他所有准备打包进区块的交易组成交易列表,并生成默克尔哈希;

2.把默克尔哈希及其他相关字段组装成区块头,将区块头(Block Header)作为工作量证明的输入,区块头中包含了前一区块的哈希,区块头一共80字节数据;

3.不停地变更区块头中的随机数即nonce的数值,也就是暴力搜索,并对每次变更后的的区块头做双重SHA256运算,即SHA256(SHA256(Block_Header))),将结果值与当前网络的目标值做对比,如果小于目标值,则解题成功,工作量证明完成。

作者:HeartGo
链接:https://www.jianshu.com/p/34db6d63107c

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