區塊鏈:數字貨幣的挖礦原理（技術篇）

區塊鏈記賬原理

區塊鏈(1.0)是一個基于密碼學安全的分布式賬本，是一個方便驗證，不可篡改的賬本。通常認為與智能合約相結合的區塊鏈為區塊鏈2.0,如以太坊是典型的區塊鏈2.0

很多人只了解過比特幣，不知道區塊鏈，比特幣實際是一個使用了區塊鏈技術的應用，只是比特幣當前太熱，把區塊鏈技術的光芒給掩蓋了。區塊鏈才是未來，期望各位開發人員少關心幣價，多關心技術。

哈希函數

在講區塊鏈記賬之前，先說明一下哈希函數。

哈希函數：Hash(原始信息)=摘要信息

原始信息可以是任意的信息,hash之后會得到一個簡短的摘要信息

哈希函數有幾個特點:

1.同樣的原始信息用同一個哈希函數總能得到相同的摘要信息

邁柯榮徐陽：央行數字貨幣是一場貨幣體系的重大變革:8月17日消息，上海邁柯榮信息咨詢有限責任公司董事長徐陽表示，央行推出的數字貨幣，是基于互聯網新技術推出的全新加密電子貨幣體系，無疑是一場貨幣體系的重大變革。在金融科技大數據時代，對主權國家來講，最好的踐行貨幣國家發行權的辦法是由政府和中央銀行發行管控范圍的主權數字貨幣。央行數字貨幣在一些功能實現上與移動支付有很大的區別。以往移動支付工具的資金轉移必須通過傳統銀行賬戶才能完成，采取的是“賬戶緊耦合”的方式。而央行數字貨幣是“賬戶松耦合”，即可脫離傳統銀行賬戶實現價值轉移，使交易環節對賬戶依賴程度大為降低。央行數字貨幣既可以像現金一樣易于流通，有利于人民幣的流通和國際化，同時可以實現可控匿名。（證券日報）[2020/8/17]

2.原始信息任何微小的變化都會哈希出面目全非的摘要信息

灰度：投資者正加速投資數字貨幣:7月22日，灰度官方發推稱，投資者正以灰度史上最快的速度增加對數字貨幣資產類別的投資。[2020/7/22]

3.從摘要信息無法逆向推算出原始信息

舉例說明：

Hash(張三借給李四100萬，利息1%，1年后還本息…..)=AC4635D34DEF

賬本上記錄了AC4635D34DEF這樣一條記錄。

可以看出哈希函數有4個作用：

①簡化信息

很好理解，哈希后的信息變短了。

②標識信息

可以使用AC4635D34DEF來標識原始信息，摘要信息也稱為原始信息的id。

③隱匿信息

賬本是AC4635D34DEF這樣一條記錄，原始信息被隱匿。

行情 | 數字貨幣概念股走強 數字認證拉升漲停:今日數字貨幣概念走強，數字認證（40.28 +4.49%，診股）拉升漲停，廣電運通（8.62 +4.74%，診股）、金冠股份（8.26 -4.95%，診股）、飛天誠信（14.76 -0.54%，診股）等快速跟漲。[2019/10/1]

④驗證信息

假如李四在還款時欺騙說，張三只借給李四10萬，雙方可以用AC4635D34DEF來驗證原始信息

哈希函數的這4個作用在區塊鏈技術里有廣泛的運用。

區塊鏈記賬方法

假設有一個賬頁序號為0的賬頁交易記錄如下:

賬號入賬出賬余額備注說明

王二100190收到xxx貨款

張三10030xxxx

動態 | Facebook正在與美國商品期貨交易委員會（CFTC）就數字貨幣計劃進行談判:據路透社援引英國“金融時報”周日報道，Facebook正在與美國衍生品監管機構商品期貨交易委員會（CFTC）就社交媒體公司的數字貨幣計劃進行談判。英國“金融時報”援引CFTC負責人Christopher Giancarlo的話說，監管機構正處于與Facebook談判的早期階段，目的是了解該公司的數字硬幣計劃是否屬于CFTC的范圍。Facebook拒絕評論英國“金融時報”的報道。[2019/6/3]

李四12090170xxxx

記賬時間為：2017-10-2210:22:02

區塊鏈在記賬是會把賬頁信息作為原始信息進行Hash,得到一個Hash值，如：787635ACD,用函數表示為：

1Hash(序號0、記賬時間、交易記錄)=787635ACD

賬頁信息和Hash值組合在一起就構成了第一個區塊。

比特幣系統里約10分鐘記一次賬，即每個區塊生成時間大概間隔10分鐘

在記第2個賬頁的時候，會把上一個塊的Hash值和當前的賬頁信息一起作為原始信息進行Hash,即：

1Hash(上一個Hash值、序號1、記賬時間、交易記錄)=456635BCD

這樣第2個區塊不僅包含了本賬頁信息，還間接的包含了第一個區塊的信息。依次按照此方法繼續記賬，則最新的區塊總是間接包含了所有之前的賬頁信息。

所有這些區塊組合起來就形成了區塊鏈，這樣的區塊鏈就構成了一個便于驗證，不可更改的總賬本。

如何挖礦-工作量證明(POW)

記賬是把交易記錄、交易時間、賬本序號、上一個Hash值等信息計算Hash打包的過程。所有的計算和存貯是需要消耗計算機資源的，既然要付出成本，那節點為什么還要參與記賬呢？在中本聰的設計里，完成記賬的節點可以獲得系統給與的一定數量的比特幣獎勵，這個獎勵的過程也就是比特幣的發行過程，因此大家形象的把記賬稱為“挖礦”。

由于記賬是有獎勵的，每次記賬都可以給自己憑空增加一定數量的個比特幣，因此就出現大家爭相記賬，大家一起記賬就會引起問題：出現記賬不一致的問題，比特幣系統引入工作量證明來解決這個問題。

規則如下：

一段時間內只有一人可以記賬成功通過解決密碼學難題競爭獲得唯一記賬權，其他節點復制記賬結果

不過在進行工作量證明之前，記賬節點會做進行如下準備工作：

①收集廣播中還沒有被記錄賬本的原始交易信息

②檢查每個交易信息中付款地址有沒有足夠的余額

③驗證交易是否有正確的簽名

④把驗證通過的交易信息進行打包記錄

⑤添加一個獎勵交易：給自己的地址增加比特幣

⑥如果節點爭奪記賬權成功的話，就可以得到比特幣的獎勵。

工作量證明（POW)

每次記賬的時候會把上一個塊的Hash值和當前的賬頁信息一起作為原始信息進行Hash。

如果僅僅是這樣，顯然每個人都可以很輕松的完成記賬。為了保證10分鐘左右只有一個人可以記賬，就必須要提高記賬的難度，使得Hash的結果必須以若干個0開頭。同是為了滿足這個條件，在進行Hash時引入一個隨機數變量。

用偽代碼表示一下：

#沒有難度時為：Hash(上一個Hash值，交易記錄集)=456635BCD

Hash(上一個Hash值，交易記錄集，隨機數)=0000aFD635BCD

改變Hash的原始信息的任何一部分，Hash值也會隨之不斷的變化，因此在運算Hash時，不斷的改變隨機數的值，總可以找的一個隨機數使的Hash的結果以若干個0開頭，率先找到隨機數的節點就獲得此次記賬的唯一記賬權。

TOC龍貓幣運用的就是這樣的工作量證明的挖礦原理，CPU越好越容易挖到礦，算力較低的處理器甚至可能會被搶礦，有興趣可以下載一個測試一下，只要擁有一個龍貓幣錢包就可以了。

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