比特币挖矿，为什么矿工不偷矿呢？（No.130）

今天12月29日，金赞第四天...

★第一部分:偷矿问题

【问题源】比特币挖矿，为什么矿工不偷矿呢？

【问题补充】:大家都知道比特币挖矿是通过pow来寻找合适的解得到的，这个是通过一个（随机数+解）哈希后得到的数值小于系统设定值，那就为合理解！这里我困惑得有几点，这个随机数是谁来产生，如果是本机产生，那们我们自己本身每次都用同一个随机数+之前已经找到的解不就不用计算了吗，其它节点怎么知道我这个随机数是不是真的随机数，如果说随机数由系统产生，每次随机数都会改变，那么在一次挖矿中，所有节点的随机数都是一样的，那假如我是一个节点，我收到了其它节点发给我的正确的解，我为什么要帮他转发呢，我把他的解用我的身份签名（私钥），然后转发出去不可以吗？相当于偷矿，虽然是他先发现的，但是假如我传播出去的速度比他快，更多的得到了其它节点的认可，那么就相当于这个矿就是我挖出来的！而且从我本身节点来说，我不用耗费大量的算力挖矿，只需不停的去偷别人发来的解，是不是会有更高的成功率呢！

————以上是问题源————

★第二部分:直接解矿

首先解释一下这个问题，这是我在网上看到的。不得不说这真是个天才，矿圈的确有一种偷矿的操作，拦截主节点收益！哈哈，乖乖...

挖矿不是用一个数做哈希，是用你打包好的整个一个区块做哈希，打包的交易记录里面第一条是“矿工XXX得到12.5个币”，这一条就是所谓的挖矿奖励。

区块包里面还有个随机数的位置，这个随机数不是随便一个数的意思，矿工一般是顺列这个数（而不是随机跳着选数）来做整个块的哈希计算，以找出满足“这个区块的哈希值小于特定值”这一目标的数。

当矿工XXX找到这个数并把整个块以及哈希值广播出去以后，矿工OOO想偷这个包？就必须把里面的那一条“矿工XXX得到12.5个币”改写成“矿工OOO得到12.5个币”，这样才能偷到奖励嘛，然后整个块的哈希值就变了啊！！！不再满足“这个区块的哈希值小于特定值”这个条件了。

总结出来的重点:

? :每次挖矿做哈希的源是（各个交易+解+随机数），随机数是由本地节点自己选取，说是随机数，其实是本节点可以任意选定，由于交易中有一条交易是12.5btc指向自己，导致其它接到消息的节点，如果想偷解，就必须把12.5btc指向自己，这样会导致整个源发生变化，所以应该不存在偷矿的…

? ：如果你能找到把 XXX改成OOO还能保证原哈希值的方法，那么恭喜你，你已经是世界顶级数学家了，在中国能当院士了。有兴趣可自行搜索“???院士破解MD5和SHA1加密算法”的新闻。比特币用的是SHA256（哈希256算法），是SHA1的升级版。

★第三部分:科普挖矿

最后我们来科普下比特币挖矿的知识:

▼ 挖比特币到底是在干什么？

挖矿是增加比特币货币供应的一个过程，同时还保护着比特币系统的安全，防止欺诈交易，矿工们通过为比特币网络提供算力来换取获得比特币奖励的机会。

比特币是一个点对点的支付系统，其核心是交易。就是你给我发一笔交易，我给你发一笔交易。这些交易得有人来帮我们记账。就像支付宝公司会帮用户记账，我们在银行转账会由银行来记账。那比特币里是由一个叫矿工的人来记账的。

矿工怎么记不要紧，反正是有记账办法对吧。但由哪个矿工来记才是关键。由于比特币是系统没有银行那样的中心节点，所有人都可以来竞聘这个矿工的职位，获得给比特币系统记账的权利。但是大家都来竞聘，到底这个记账的权利给谁呢？怎么证明你这个矿工确实干了活呢，怎么确保这个矿工不记假帐呢？比特币的发明者中本聪搞了一个非常聪明的办法，这个办法叫做工作量证明机制，也就是我们常说的POW。

其实非常简单，就是猜，像买彩票一样，不停猜一个哈希值，没有捷径，就是不停的猜，谁先猜对了，给比特币系统新增一页账本的记账权就是这个人的，这个猜题的能力，或者速度，就叫做算力。

解数学题争夺记账权，然后给账本记账的这个过程呢，就是我们常说的挖矿了。为什么叫挖矿？因为这个记账的奖励，从最初的每记一页账本给会计50个比特币的奖励额度，会逐渐变成每记一页给会计25个，然后是12.5个。而每记录21万页账本后，每记一页账本的比特币奖励就会减少一半……

有点像挖贵金属，比如挖金子，都是随机的，一开始金子多，很容易挖，慢慢越挖越少，然后越难挖，所以，这个过程就被人形象的叫做挖矿。

▼ 比特币产量减半

每记一页新增奖励变成之前的一半这个时间点呢，就叫比特币减半，基本上4年左右会有一次。第一次减半是在2012年11月，下一次减半预计大概在2020年5月份前后，以此类推，大概在2140年左右呢，比特币系统将不在有新生成的比特币产生。

比特币确切的理论总量209999999.7690000个，这个数字接近2100万，所以我们基本上也就会常常说比特币总量就是2100万个，其实不到。

比特币2100万个挖完了怎么办？别担心，矿工的奖励除了新增加的比特币，还有每个区块里的交易手续，目前新增奖励是大头，未来比特币系统的交易手续费才是矿工的主要收入，2100万个比特币全挖出来后，矿工将只靠比特币手续来获得收益。

▼ Hash计算

我们先回顾下单向散列hash算法。所谓单向散列hash，是指一段信息经过单向散列hash后得到一个特定长度的二进制位（bit）。这个过程是单向的，即只能通过原始信息计算出二进制hash值，不能通过二进制hash值反算出来原始信息，而且原始信息的任何微小变动都会引起散列后的二进制hash值的巨大不同。

? 单向散列hash

常用的单向散列hash算法有MD5，SHA256等，比特币使用了SHA256。

当一个区块打包节点试图对一组交易打包的时候，需要寻找一个随机数（nonce）跟区块头的其他一些信息一起计算出一个SHA256hash值。比特币协议对这个hash值有一个难度要求，比如hash值的前若干位必须为零（对hash值的约束事实上是通过调整一个难度系数计算得到的，比特币通过调整这个值使得即使在算力提升的情况下，仍然需要十分钟才能计算出来符合条件的hash值）。

因此区块打包之前必须大量重试随机数nonce，不断进行hash计算，以求能够计算出满足难度条件的hash值，这个过程就是比特币的工作量证明，通过调整难度系数，将区块的打包速度维持在10分钟左右。所谓挖矿就是重试随机数以计算符合难度条件的hash值的过程，一旦找到了这个随机数，就获得了打包区块的资格，进而赚取交易手续费和比特币奖励。

这种激励条件激发出人们挖矿的热情，不断将更强大的计算资源投入到比特币的网络中。最早的时候人们用计算机的CPU进行hash计算，后来改用GPU计算，最后生产出专用的ASIC矿机。组织方式也越来越精密庞大，开始的时候个人将自己的计算机接入比特币网络进行挖矿，这个时候打包区块的节点和hash计算的节点在一起的。后来发现困难的是hash计算，于是打包区块和hash计算分离开来，由一个随机数分配中心将随机数分片后分发给多个hash计算节点进行分布式hash运算。

? 分片hash架构

这种架构引出了一种新的挖矿模式，即矿池，矿池主人维护区块打包节点和随机数分片，愿意加入矿池的人，将自己的矿机接入矿池参与hash计算，整个矿池中只要有一个hash计算节点计算出符合条件的hash值，矿池就可以打包区块获得奖励，然后把奖励按照加入矿池的矿机的计算能力分配给所有参与的矿工。

如果说矿池是小矿工的联盟，小矿工们携带矿机联合挖矿的话，那么矿场就是大企业的集团化挖矿作业了。矿场在电力充裕便宜的地方，建造仓库，购置大量矿机进行集群化挖矿。

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编译者/作者：林汐颜

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