之二——挖矿机制

引言

比特币自2009年由中本聪创立以来，以其去中心化、安全性成为风靡全球的加密数字货币。为何比特币具有如此的魔力？是什么支撑比特币网络的正常和安全地运行？相信看了下文，你就会对比特币魅力之所在——挖矿机制有初步的了解。

简述挖矿机制

比特币网络具有的去中心化以及安全性等特点离不开比特币网络特有的经济激励机制，即挖矿机制。下面就让我们通过一个小小的例子来初步了解一下比特币的挖矿机制。

在一个偏僻的小村庄，张三要通过A账号给拥有B账号的李四转1000元：

1.在此时，张三需要大吼一声：“我要给李四转账1000块！”。

2.这时候，王五听出了是张三的声音，并检查了张三的A账户是否有足够的余额。

3.王五检查完毕后，在自己的账本上写，A账户向B账户转账1000元，并修改余额。

4.王五告诉自己的邻居，A账户转账给B账户1000元，一传十十传百，村子里面的所有人验证没问题后在自己的账本上记上这笔账。

在第一步里面，以个人或者几个人的信用来作保证并验证村民的交易的方法虽然得到一部分人同意，但是另一部分人觉得这样的方法存在个人行为的失误造成损失的风险。所以如何让所有人达成交易正确无误的共识就是一个看似不可能的任务。这时后就需要有王五这样的人站出来，验证交易并向所有人广播。但是，从第2、3、4步可以看出，这样的行为是麻烦而且浪费时间的，是需要成本的。所以，之后，王五将会的到500块钱的奖励，以弥补王五的损失和作为手续费。这500块钱从何而来？如果这是比特币网络，那么，王五得到的这500块钱就是由系统发放的挖矿奖励。矿工维护了比特币网络的安全和正常运行，矿工得到相应的奖励，这是一个双赢的结果。

挖矿机制与共识机制

好了，回到故事当中。因为有500块钱的奖励，村里很多人纷纷表示自己是第一个听到张三的人，那么500块钱该给谁呢？后来，村里面又定了新的规矩：需要说出张三声音的声波频率，而且，谁先说出声音频率，500块钱就归谁。

在比特币网络里，这是另一个概念——共识机制。可以说，比特币的挖矿机制离不开它的共识机制。比特币是通过工作量证明的共识机制来决定记账权的，通俗来讲，谁证明了自己的工作量最大，谁就负责记账，谁就能够获得挖矿奖励。而在比特币的世界里，声音的频率就是哈希函数。工作量大小是通过计算符合某一个标准的比特币区块头的哈希散列值来体现的。区块头通常包含前一个区块的哈希散列值、Merkle根、时间戳、难度目标、以及一个填充的随机值。

试图争夺记账权的节点称为挖矿节点，挖矿过程就是求出一个能够填充本区块头的随机值，让区块头的哈希散列值符合某一个标准。

挖矿机制与哈希算法

首先，我们先来了解一下工作量证明的简单原理：一方（一般成为证明人）出示计算结果，这个结果众所周知是很难计算的。但验证计算结果却很容易，通过验证这个结果，任何人都能够确认，证明人确实执行了一定量的计算工作量来产生这个结果。

在工作量证明当中很重要就是哈希算法。比特币采矿工作的方式，要求矿工拼全力找到一个“随机数”，成为Nonce，使得其SHA-256（信息+随机数）算法产生的哈希值以一串零开头，并和上一个区块的哈希值前面的0的数量刚好匹配，然后把找到的随机数与信息一起发送出去。而要得到匹配区块的哈希值，需要尝试遍历每个输入的随机数，也就是一个个地尝试。因此需要大量的计算，而计算时间取决于矿机的哈希运算速度。

哈希算法也被称为单向函数，上文所述，虽然哈希算法很难得出结果，但是验证结果却很容易。

所以，当矿工找到了这个与区块匹配的哈希值之后，它将向全网广播这个区块，包括其包含的所有的交易信息，并由全网验证。一般来说，每一笔交易必须经过6次区块确认，也就是十分钟记账，才能最终在区块链上被承认是合法的。每个比特币区块前四年每个奖励50个比特币，四年后每个奖励25个，而到现在，是12.5个。

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