区块链技术笔记第二弹（BTC）

共识机制之POW算法实现

PoW的目标是找出一个符合特定条件的数字，这个数字很难计算出来，但容易验证。

以太坊Pow算法可以表示为如下公式：

RAND(h, n) <= M / d

其中RAND()表示一个概念函数，代表一系列的复杂运算。其中h和n为输入，即区块Header的哈希、以及Header中的Nonce。M表示一个极大的数，此处使用2^256-1。d，为区块难度，即Header中的Difficulty。

因此在h和n确定的情况下，d越大，挖矿难度越大（关联开头由多少个0位结尾，位数越多难度越大），即为Difficulty本义。即不断变更Nonce，使RAND(h, n)满足RAND(h, n) <= M / d，即完成Pow。

我们先从一个简单的demo入手进行学习。

规定难度为00开头，随机数设为P，当P遇PRE_DATA合并的数值Hash256后满足难度，即完成解。伪代码如下：

def pow(DATA_HASH):  {

 proof=0

Now_proof=f'{DATA_HASH},{proof}'.encode()

NP_Hash=hashlib.sha256(Now_proof).hexdigest()

while NP_Hash[:2]=="00"   is  False:

{

        proof+=1

        Now_proof=f'{DATA_HASH

        {proof}'.encode()NP_Hash=hashlib.sha256(Now_proof).hexdigest()        

}

return  proof

}

当难度固定好后，采用不断碰撞的方式来解出值，有了工作量机制作为验证，再配以“节点定义”、“发送交易”、“挖矿”、“分布式统一”即可完成景点BTC的雏形结构

在BTC还有其他很多对于整个网络的调节，具体详见官方文档。如果有时间我会在后续文章简要为大家剖析。

共识机制之挖矿原理（如何记账）

所有的计算和存贮是需要消耗计算机资源的，既然要付出成本，那节点为什么还要参与记账呢？在中本聪（比特币之父）的设计里，完成记账的节点可以获得系统给与的一定数量的比特币奖励，这个奖励的过程也就是比特币的发行过程，因此大家形象的把记账称为“挖矿”。

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：

1. 收集广播中还没有被记录账本的原始交易信息

2. 检查每个交易信息中付款地址有没有足够的余额

3. 验证交易是否有正确的签名

4. 把验证通过的交易信息进行打包记录

5.添加一个奖励交易：给自己的地址增加12.5比特币（白皮书规定，一定区块后改变）

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。

验证

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。

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。