28、加密货币与区块链：比特币与以太坊的深度解析

加密货币与区块链：比特币与以太坊的深度解析

在当今数字化时代，加密货币和区块链技术正逐渐改变着我们对金融和信任的认知。比特币和以太坊作为其中的代表，各自有着独特的共识算法和系统设计。下面我们将深入探讨它们的特点和工作原理。

比特币的PoW共识算法

在大规模点对点网络中，传统的分布式共识算法存在诸多问题。经典分布式共识算法要求参与节点了解当前成员信息，依赖领导者（如主节点或协调者），并且需要成员之间进行多轮消息交换。然而，这种方式在大规模网络中存在两个主要弊端：一是多轮基于广播的消息交换不利于系统的可扩展性，且容易遭受拒绝服务攻击；二是依赖特定节点承担额外责任会使该节点容易受到网络攻击，从而阻碍系统的正常运行。

比特币采用的基于工作量证明（PoW）的共识算法则截然不同。在这个算法中，不存在成员概念，也不依赖任何节点承担额外责任。挖矿节点通过竞争解决PoW难题来获得组装下一个区块并获得奖励的权利。PoW竞争是一个随机过程，虽然哈希算力高的节点获胜概率更大，但并不能保证一定获胜。

PoW难题的设计非常简单：给定预定义的难度目标D，矿工的任务是构建一个区块头H，使得Hash(H) < D。如果矿工成功组装出满足该要求的区块，就称该区块达到了目标。区块头包含多个字段，其中一个是4字节长的随机数（nonce），矿工可以通过改变这个随机数以期望使Hash(H) < D。但随着专用集成电路（ASIC）硬件的出现，仅依靠随机数字段已不足以保证达到难度目标，矿工还可以通过改变时间戳字段和CoinBase交易中的文本等方式来尝试。

一旦矿工找到使区块头满足目标的方法，就会将新块广播给与之连接的所有节点，最终新块会传播到整个网络。由于加密哈希的特性，无