最近有点背...

共识协议之工作量证明(比特币的挖矿原理)

记账工作

由于记账是有奖励的,每次记账都可以给自己凭空增加一定数量的个比特币(当前是12.5比特币,博文写作时每个比特币是4万人民币以上,大家可以算算多少钱),因此就出现大家争相记账,大家一起记账就会引起问题:出现记账不一致的问题,比特币系统引入工作量证明来解决这个问题,规则如下:
一段时间内(10分钟左右,具体时间会与密码学难题难度相互影响)只有一人可以记账成功
通过解决密码学难题(即工作量证明)竞争获得唯一记账权
其他节点复制记账结果
不过在进行工作量证明之前,记账节点会做进行如下准备工作:

  • 收集广播中还没有被记录账本的原始交易信息
  • 检查每个交易信息中付款地址有没有足够的余额
  • 验证交易是否有正确的签名
  • 把验证通过的交易信息进行打包记录
  • 添加一个奖励交易:给自己的地址增加12.5比特币

如果节点争夺记账权成功的话,就可以得到12.5比特币的奖励。

工作量证明

为了保证十分钟左右只有一个人记账,我们通过提高记账难度来实现。
具体是通过在哈希函数中增加一个随机数:
Hash(上一个Hash值,序号,时间,交易记录集,随机数) = 0000aFD635BCD
我们知道改变Hash的原始信息的任何一部分,Hash值也会随之不断的变化,因此在运算Hash时,不断的改变随机数的值,总可以找的一个随机数使的Hash的结果以若干个0开头(下文把这个过程称为猜谜),率先找到随机数的节点就获得此次记账的唯一记账权。

计算量分析

我们简单分析下记账难度有多大。
Hash值是由数字和大小写字母构成的字符串,每一位有62种可能性(可能为26个大写字母、26个小写字母,10个数字中任一个),假设任何一个字符出现的概率是均等的,那么第一位为0的概率是1/62(其他位出现什么字符先不管),理论上需要尝试62次Hash运算才会出现一次第一位为0的情况,如果前两2位为0,就得尝试62的平方次Hash运算,以n个0开头就需要尝试62的n次方次运算。我们结合当前实际区块#493050信息来看看: