深入学习区块链共识机制（二）POW共识

PoW，全称Proof of Work，即工作量证明，又称挖矿。大部分公有链或虚拟货币，如比特币、以太坊，均基于PoW算法，来实现其共识机制。根据挖矿贡献的有效工作，来决定货币的分配。

接下来主要以pow在比特币公链上的应用展开讲解。

比特币的出块时间是10分钟左右。每个区块内包含最多8笔交易，这些交易需要被验证和确认，才能实现账户代币的转移。每个挖矿节点做的工作就是去验证和确认这个区块，使区块内的交易得以实现。而他们用的算法就是pow。pow计算的是一个数学运算难题，矿工们首先验证要挖坑区块的合法性，如果合法，他们就开始计算本次挖矿的数学难题，谁第一个做出来并且广播出去，告诉其他矿工我做出来了，你们不用做了。其他矿工们验证你的计算结果和对应的区块，如果大部分的矿工认同你的结果，那么他们将停止挖坑并同步你的数据。区块内的所有交易也就得到认可，实现转账。你的成功挖矿会被比特币激励模块记录，并会给你发送比特币奖励金。

pow算法主要寻找一个随机数（Block里的Nonce值）作为输入，通过改变这个输入，使Block数据不重复变化，Hash函数（一般是sha256）不断计算这个改变后Block的hash值，找出一个特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0），这里找到的值就是当前hash值 < 目标值（Bits），只不过这个比较是在2进制的格式下比较运算的，也就是比较2进制后数字前面0的个数。这个过程就是pow运算过程。而要求的前导0的个数越多，代表难度越大。在将pow算法之前，先学习下区块信息。

如下图所示

从图上可知，比特币区块结构分为区块头和区块体，区块体保存交易的具体信息，由它生成的hash保存在区块头里。其中区块头细分为：父区块头哈希值：前一区块的哈希值，使用SHA256(SHA256(父区块头))计算。

版本(Version)：区块版本号，表示本区块遵守的验证规则 。

时间戳(Timestamp)：该区块产生的近似时间，精确到秒的UNIX时间戳，必须严格大于前11个区块时间的中值，同时全节点也会拒绝那些超出自己2个小时时间戳的区块。

目标值(Bits)：该区块工作量证明算法的难度目标，已经使用特定算法编码。

随机数（Nonce）：为了找到满足难度目标所设定的随机数，为了解决32位随机数在算力飞升的情况下不够用的问题，规定时间戳和coinbase交易信息均可更改，以此扩展nonce的位数。

Merkle根(MerkleRoot)：该区块中交易的Merkle树根的哈希值。矿工收到计算过的区块，会跟自己的区块进行比较，其中Merkle root就是比较它们包含的交易是否一样。

区块头里的所有信息拼接成一个新的字节数组，pow函数运算的参数就是这个字节数组。函数运算是采用SHA256(SHA256())计算。

var?genesisBlock?=?wire.MsgBlock{Header:?wire.BlockHeader{Version:1,PrevBlock:chainhash.Hash{},//?0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000MerkleRoot:?genesisMerkleRoot,//?4a5e1e4baab89f3a32518a88c31bc87f618f76673e2cc77ab2127b7afdeda33bTimestamp:time.Unix(0x495fab29,?0),?//?2009-01-03?18:15:05?+0000?UTCBits:0x1d00ffff,//?486604799Nonce:0x7c2bac1d,//?2083236893},Transactions:?[]*wire.MsgTx{&genesisCoinbaseTx}, }

1.Hash函数：在比特币中使用的是SHA256算法函数，是密码哈希函数家族中输出值为256位的哈希算法。

2.区块头 Hash函数运算需要的参数，也就是区块头的所有信息字节拼接后的字节数组。

3.目标值（Bits） 每一个区块会用一种压缩的格式（被称为“Bits”）来表示实际的16进制的目标值。通过这个值和系统中其他常量可计算出该难度值下的难度目标值。Hash函数运算出来的结果与目标值进行比较大小，如果小，则表示挖坑成功，否则继续运算。比较大小时为使运算速度快速，目标值和hash值都会转换成2进制，所以比较大小就是比较前导0的个数。比特币是每隔2016个区块后调整难度值。pow挖矿的难度与目标值成反比，如果Bits的实际值增大，那么挖矿容易点；反之，挖矿难度加大。

比特币整个网络会通过调整“难度”这个变量来控制生成工作量证明所需要的计算力，使整个网络的计算力大致每10分钟产生一个区块。

区块链高级工程师、go语言工程师、IPFS早期研究者、IPFS希望社区创始人。网络著书有《IPFS一问一答》、《IPFS操作教程》、《区块链密码学》、《区块链共识算法》；跟踪并翻译报道《IPFS Weekly》，研究并翻译IPFS、Filecoin白皮书，业界知名专家学者——张默默老师！

—-

编译者/作者：Online

玩币族申明：玩币族作为开放的资讯翻译/分享平台，所提供的所有资讯仅代表作者个人观点，与玩币族平台立场无关，且不构成任何投资理财建议。文章版权归原作者所有。