漫谈比特币与区块链

WEB3.0科普系列之一：《红楼梦》与数据摘要和工作量证明

比特币由中本聪（Satoshi Nakamoto）于2008年10月31日发表论文，2009年1月3日，创世区块诞生。比特币共有大约2100万个单位，最高达到过1.4万亿美元的市值，现在也有3100亿美元（2022年11月）。是什么样的创意在短短的14年内创造了如此巨大的价值，如此高深的论文是否能为普通人所理解？

就象一切得伟大发明一样，大道至简，下面的能打印在一页纸上的白皮书就是比特币的全部：

这篇白皮书都说了些什么？什么是去中心化，什么是分布式账本，矿工如何挖矿？

我们今天来介绍白皮书中最重要的两个概念：数据摘要算法和工作量证明。

1、数据摘要算法

我们知道一篇论文有摘要（Abstract），一篇大部头的书有摘要，其目的是为了让读者快速地了解著作的大体内容，很大程度上能代表、指代整部作品。作品摘要要短小、能概况全貌，区别于其他作品。

数据摘要算法与我们说的作品摘要相类似，又称哈希函数、散列算法，是一种从大的数据中创建小的数字“指纹”的方法。散列函数把消息或数据压缩成摘要，使得数据量变小。这样的函数将数据打乱混合，重新创建一个叫做散列值（或哈希值）的指纹。

这个数据摘要算法要具有确定性，就是如果两个散列值是不相同的（根据同一函数），那么这两个散列值的原始输入也是不相同的。

数据摘要算法还要具有强混淆性，也就是输入一些数据计算出散列值，然后稍微改变输入值，一个的散列函数会产生一个完全不同的散列值。

现在我们回到《红楼梦》

让我们来找到将《红楼梦》浓缩成32个字的一套方法。满足稳定性和混淆性的要求。稳定性就是任何人用我们的方法都能得到相同的结果。混淆性就是如果原著改一个字，这32个字就会几乎完全不同。

如果你的手边有1982年3月版《红楼梦》上册，我们就可以做这个游戏。我们的哈希函数是从第X页取第Y个字，X取25，5，75，…800; Y取1，你就能得到下面的32个字：

“过面无只 欢庆接唬 说倘说镜 颇得少们 姐袭理宝 着不好出 不他社也 邢而姐石”

这32个字就是整部红楼梦的数据摘要。看看你得到的是不是与我的一样？

区块链中记录了所有的交易，是一个个的账本，就象一本本的书，对每个区块做一个SHA256的计算得到一个256位的摘要值，就象用我们的算法得到《红楼梦》的32个字。

2、工作量证明（Proof-of-Work，PoW）

白皮书中设置了一个奖励机制，让成功将一个新的区块加入到区块链的人（矿工）得到一定量的新的比特币。这是一场竞赛，比得是计算得速度和能力（算力）。由分散在各处的计算机，竞赛谁能最早找出，搭配原本要打包的账本区块的穷举猜测值，谁就等同获得该区块的打包权（记账权）。此猜测值被找出后，与资料、散列值一起打包成块后广播，经多数节点确认与承认，打包者就能获得打包该区块所提供的奖励。

这个计算量有多大？我们可以简单的进行一个类比：

在1分钟内第一个穷举出256位的HASH值的前导零为66位的输入猜测值的第一人可以得到6.25个比特币。

如果用《红楼梦》来打比方，就是每次按特定算法猜测得到一套32个X、Y的值，就是从第X页取第Y个字，会得到不同的32个字。在1分钟之内得到

满纸荒唐言一把辛酸泪XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

后面的X可以是任何字，但前面十个一定是

满纸荒唐言一把辛酸泪

于是“满纸荒唐言一把辛酸泪”的矿工会得到奖励。