PoW工作量证明

PoW是Proof of Work的缩写，即工作量证明的意思。在《拜占庭将军问题》中介绍过，比特币系统中引入了“工作量”的概念，有意降低了信息传递的效率，让矿工必须完成一定的工作量，才能够在全网广播消息。

（孩子第一次为我的文章配图，厉害吧）

以工地的搬砖任务为例，一群工人们（矿工）向火车的车皮（区块）里搬砖，每个工人身边都有一个集装箱，这个集装箱与火车车皮一样大，正好能够装满1000块砖。

工人们只能往集装箱里搬砖，谁先装满集装箱，就把这个集装箱放到车皮里，领取12.5元的工钱（实际上并不是马上拿走，100节车皮之后才能真正取走）。只有第一个搬完的工人能够获得奖励，在这个集装箱放入车皮的同时，其他工人的集装箱里也装了一些砖头了，全部作废，重新搬砖，继续投入到下一节车皮的竞争中。

比特币世界里的矿工（工人）也是这样辛苦，这里的矿工是一堆安装了专门芯片的电脑，它们的工作就是进行HASH计算（准确讲是SHA256，高级搬砖工作），谁先算完，写入一个新区块（车皮），得到奖励的12.5个BTC（发行新币），其它矿工则白忙活，继续进行下一轮的竞争。

因为电脑的计算速度太快，所以要安排上亿次的HASH计算，保证有矿工在10分钟左右能够完成任务。这种工作量，既是一种发行货币的过程，也是一种验证其他人交易的过程，从而保证了整个比特币系统的安全性。

简化的计算过程

假设我有一个区块信息是“abcde"，要在其后面补一个随机数，使得HASH结果以0开头。我在“区块链生存训练”饭团里介绍过HASH的作用，HASH的加密特性使得原始数据即使发生极其微小的改变，得到的结果也有巨大不同。

所以我只能一个数一个数地尝试，一直试到随机数5的时候，此时的字符串为”abcde5"，SHA256的HASH结果为051f2f...d7b9e1，以0开头，我找到了一个解，我就可以把"abcde5"加到新区块上，拿走12.5个BTC。

区块链正如其名，是一个区块与另一个区块链接起来而成的，一个区块中用于参与工作量计算的主要有三部分数据（为了说明HASH计算的工作量，我对整个计算过程进行了极大地简化，更详细的细节请自行参考《精通比特币》）：

1）父区块HASH：用于指向父区块，当一个区块一个区块地链接起来后，想篡改一个区块，会影响子区块，再会影响孙区块，从而带来指数级的巨大计算量，从而使篡改几乎不可能。

2）交易信息指纹：一个区块内通常有几百笔的交易信息，也用HASH算法产生一个指纹（准确地讲是Merkle树，以后再介绍），只占用32个字节。

3）随机数nonce：矿工所做的事就是找这个nonce，通过不断地尝试变化这个nonce，进行上亿次的HASH计算，得到满足要求的结果。

假设父区块HASH为“abc"，交易HASH值为”de"，不断变化nonce，计算HASH值，假设nonce=5时，满足工作量目标（以一个0开头，这个术语以后再解释），获得到了全球共享大账本的记账权，然后将这个区块广播出去。

其它矿工收到这个区块后，首先要进行验证，验证别人是不是经过了大量计算并满足目标，而这个验证的计算量则非常非常小，0.001秒都不用。

就像前面说的搬砖一样，搬1000块砖的过程非常辛苦，但其它工人只需扫一眼就知道他是否完成了工作量（因为1000块砖正好装满一个集装箱），其它工人一看集装箱放到了车皮上（产生了新区块），则放弃当前的一箱砖，开始新一轮的工作（下一区块的竞争）。

小结：

• 工作量证明既用于发币，也是验证交易的有效性，保证比特币的安全
• 计算过程中不断调整nonce，要进行数亿至万亿次的HASH运算
• 先完成计算的获得记账权，写入一个新区块，向外广播
• 其它矿工只用非常非常少的计算量就可以完成验证
• 竞争失败的矿工，取得最新区块信息，开始新一轮竞争

我在5月23日开办了“区块链生存训练”饭团，现在成员超过180人，已经讲解了众多概念：比特币地址、Block区块、区块链、确认、Mining挖矿、矿工费、HASH哈希、矿工、工作量证明、私钥、公钥、交易、钱包、PressOne、ICO等等，并且饭团内还有热烈的讨论。有人预测区块链将是未来的价值互联网的基础协议，想要活在未来，就要尽早学习这些内容。