【链块技术 04期】共识机制：POW

 

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比特币系统是一个基于互联网的去中心化账本。

从去中心化账本系统的角度看，每个加入这个系统的节点都要保存一份完整的账本，但每个节点却不能同时记账，因为节点处于不同的环境，接收到不同的信息，如果同时记账的话，必然会导致账本的不一致。

因此，需要有共识机制来达成哪个节点有权记账。

比特币系统设计了以每个节点的计算能力（即“算力”）来竞争记账权的机制。

然而，在一个去中心化的系统中，谁有权判定竞争结果呢？

比特币系统是通过工作量证明（ProofofWork，POW）机制完成的。POW就是一份确认工作端做过一定量工作的证明。

POW的主要特征是计算的单向性：

工作端需要做一定难度的工作得出一个结果；

验证方却很容易通过结果来检查工作端是不是做了相应的工作。

比特币系统中任何一个节点，如果想生成一个新的区块并写入区块链，必须解出比特币系统出的难题（也就是要完成一定量的工作），难题的3个关键要素是：工作量证明函数、区块和难度值。

比特币系统中使用的工作量证明函数是SHA-256。比特币系统的区块由区块头及该区块所包含的交易列表组成。比特币系统的难度值由区块哈希值的前导0个数决定，要求前导0的个数越多代表难度值越大。

比特币POW的过程，可以简单理解成就是将不同的nonce值作为输入，尝试进行SHA-256哈希运算，找出满足给定数量前导0的哈希值的过程。

比特币系统的难度值被设定在无论节点计算能力如何，新区块产生速率都保持在每10分钟一个。

比特币的工作量证明，就是俗称“挖矿”所做的主要工作。

因为哈希函数是单向函数，根据随机数计算哈希值很容易，但是由哈希值倒推随机数在计算上是不可能的，因此可以认为，得到小于等于目标难度值的哈希结果，很大概率上是通过计算（即完成工作）获得的。

为什么前导0个数可以作为难度值？

打个比方，重复N次（N趋近于无穷大）掷一个六面的骰子，每掷一次就可以掷出一个6（包含6）以下的数字，但是如果要想掷出3以下的数字，取得每个结果时平均雪要掷2次