比特币网络最了不起的发明：共识机制

这一讲我们要说的是比特币网络最了不起的发明，就是他的共识机制，这个是整个比特币网络的协作机制，也是之前其他尝试做电子货币的人没有解决的问题。

通过前面几讲我们了解了比特币的基本思想，也知道不仅仅是区块链，更是区块套。

l 每十分钟一次的选举

那么接下来的一个问题就是，这个账谁来记？在传统社会里，大家通过选举选出一个中心代表，比如银行，以后就相信他。比特币网络其实也是通过选举，只不过每十分钟选一次，在这十分钟里，全网所有cpu投入计算工作量来比赛算一道数学题，最先算出结果的那个节点获得记账权。由它来为整个网络添加新的一个区块，就像给账本添加新的一页。这个就叫做pow，proof of work。获得记账权的矿工会获得比特币奖励，所以类比挖金矿，也把竞争记账形象的叫做挖矿。虽然也是选举中心代表来记账，但是每十分钟选一次，而且是依赖于数学的随机性，所以，其实最后还是去中心化。

工作量证明最早被用在反垃圾邮件，很多人应该都收到过垃圾邮件吧，或者那些推销短信、骚扰电话之类的。在反垃圾邮件系统里，如果你要给一个人发送邮件的话，得先算一道数学题。它会花费一些计算时间和cpu资源，正常情况下感觉不到这个负担，但是通常同一个垃圾邮件会发给大量的人，所以这个负担就会指数级的上升，导致发送方无法承担这种计算负担，从而没法大规模的干这个事情，慢慢就知难而退了。

Hash碰撞挖矿规则

在比特币挖矿的时候，大家其实就是比赛谁先计算出新增区块里面的hash值。我们知道每个区块的hash值是把这个区块里的转账记录和上一个区块的hash值合到一起算一个新的hash值。计算一个hash值其实是很快的，之所以拿这个来比赛，是因为对这个hash值有特殊要求，必须得满足256位的前若干位为0，就像选手机号希望后面有好几个8一样。

而hash值的产生是随机的，为了让hash值满足要求，区块的内容就得不断变化，内容变了hash值才会变。但是总不能把交易记录给改掉吧，所以在区块里还有另外一个额外的附加数字，叫做nounce，只要不断改这个数字，整个区块的hash值结果就会变化。这个数字就是专门用来凑hash值用的。

2的256次方是一个非常庞大的规模，如果要求前面的0越多，满足要求的数字就越少。意味着要尝试的更多次才找得到，而且因为结果是随机的，所以除了一个个不断穷举改变那个随机数去试，没有什么更好的捷径。所以谁要是找到答案的话，就证明付出了足够多的CPU计算工作量。

为了保持工作量具备足够的难度，整个网络每隔2016个区块，也就是差不多2周的时间，就会根据过去2016个区块的平均出块时间，调整0的个数要求，从而调整计算难度。

顺便说一句，其实几乎没有10分钟准时挖出来的，实际情况是有时候快有时候慢，因为hash的分布是随机的，所以难度调整更多调整的是被找到的概率。一个矿工在十分钟内找到答案的概率，基本上等于他的矿机算力在整个全网算力中所占的百分比。目前全网用于挖矿计算每年消耗的电力，差不多相当于全球用电量的1%左右。

l Pow的内涵：公平性、账本系统的安全

那么这么一种pow的工作量证明机制好不好呢，可以说他非常适合建立货币系统

l 首先他很公平：比如如果换成按ip地址来抽奖决定的话，那有些掌握了分配ip能力的人，就会很容易形成中心化的控制。而pow需要实实在在的cpu实力和电费的投入没法偷懒走捷径。

l 第二个，有利于网络更安全：对于一个货币系统来说，安全非常重要。这就很像我们换手机一样，你会怎样保存手机里的照片。一种就是找个信得过的大平台，比如百度网盘。如果这种方式不允许你用呢，去中心嘛。那我们就会多存几个地方，比如家里的电脑上、u盘里也拷一份锁起来，因为家里的嘛，这样我们才放心。去中心化网络下我们怎么才放心呢，那就是负责记账和保管的人一定要够有实力，pow机制下，cpu算力和电费投入是实力的象征，每十分钟都选出全网最有实力的计算机作为代表来挖矿，这样我们才放心把任务交给他。同时算法的随机性又确保不是简单的算力排名，不至于每次都是同一个人记账。

l 更稳健：通过动态调整难度，就不怕cpu速度不断变快，也不怕有人退出。就像亚当斯密说的那个看不见的手，只要退出的人够多，难度下降到一定程度就会有人愿意重新加入。就像看到今年猪肉涨价，明年就会有更多人养猪一样。而且既然是一个货币系统，那交易确认的时间就不能一会快一会慢，如果你都不知道过多久别人才会收到你的钱，就没法做交易了。所以他让整个网络非常的稳健有序。

 

n 最长链机制

说到这里大部分问题基本上就解决了，不过还差一点点，就是最长链机制。你稍微想想就会发现，矿工挖矿的时候，只要找到的hash满足前面0的个数要求就可以了。所以显然符合要求的答案不止一个，如果两个矿工同时挖到满足要求的区块怎么处理呢。这时候，比特币网络会采取暂时观望的策略，矿工可以随意选择在哪个后面继续挖矿，等到下一个区块出现以后，看哪个更长，所有矿工默认都在最长链的后面挖矿，这个就是最长链机制。其实这个也变相实现了少数服从多数的效果，而且是按cpu进行投票。

说到这里，比特币网络的核心记账思路就讲完了，总结一下，他通过hash算法将区块之间，就像箱子打包一样一个套一个，形成反复增强。网络每隔十分钟选举一次，由第一个率先找到答案的矿工获得记账打包权，并获得比特币奖励。整个网络通过调整hash值前0的个数的要求，来动态调整难度。就像一只无形的手，确保总是最能代表网络整体实力的cpu获得记账权，而且让整个网络更加安全、稳健，同时通过最长链机制变相的实现了少数服从多数的cpu民主投票。

如果用一句话来概括的话，比特币的共识机制，就是基于对数学算法的信任，通过每十分钟微观的中心化选举和民主投票，实现了宏观的去中心化治理。