区块链基础：工作量证明机制

目前不清退的交易所推荐：

什么是双花(double-spend)?

要了解工作量证明机制解决了什么问题，首先必须了解现实存在的问题是什么。

双花是发生于区块链上的一种非法行为，在当中，一个比特币被当成两个花。

在真实世界中，如果小明给了小花一张照片，由于这张照片已经被小明送给了小花，小明将不再拥有该图片，因此小明无法再将同样的照片送给小王，因为照片现在是小花的。

而在数字世界中，小明向小花发送了一封带有照片的电子邮件，而小明的电脑上仍然拥有这张照片，他可以将相同的照片发送给小王，如此，他便发送了两次照片，并且可以无限地循环这样的操作。

这是以往加密货币系统存在的一个很大的问题，那么如何防止同一个加密货币被当作两个来使用呢？以及如何防止加密货币被无限地复制粘贴呢？工作量证明机制的出现解决了这个问题。

什么是工作量证明机制(Proof-of-Work)?

简而言之，工作量证明机制或PoW是一种用于确认区块链上交易的方法，这个过程也被称为挖矿。

区块链本质上是一种历史区块的分布式账本(数据库)，区块链由分布于全球的节点提供支持，节点功能之一是向区块链添加新的区块，这些节点也被称为矿工，只有可以向区块链网络提供算力资源的节点才能向区块链中添加新的区块。

那工作量证明机制是如何工作的？

在PoW机制下，矿工需运算一种单向函数的数学问题，多个矿工可同时相互竞争，谁先解决了这个数学问题，谁就会获得奖励，然后该矿工会将他算出的答案广播给所有其他的网络节点。

在SHA256算法下，您可以从X计算出Y，但无法从Y反推的到X，这被称为单向函数，密码学常用到这种算法。例如，比特币钱包地址是关于私钥的输出结果，其被哈希计算成为一个SHA256算法输出结果。

例如，对单词“NiceHash”进行SHA256算法的哈希计算，可以得出:
D22df564d771ed4e6785029de215e9f9e2affe9bbe37bacc8544c32f0a162ba3

在这种情况下，单词NiceHash是作为私钥，而输出结果则作为一个公钥，在没有提供私钥或输入数据的情况下，几乎不可能反转函数并找出它的含义。

请注意，SHA256算法适用于无限量的数据，甚至可以用于图像。

您可以自己试试：

矿工如果获得输入数据，则将得到一个较长的随机字符串，该字符串不能被反转计算。但区块链使用另一个名为nonce的字符串(只可使用一次)。通过运用nonce，矿工可以使用SHA256算法的输出来猜测所需的结果输出。

例如，区块链网络将设置一个期望的输出结果，以6个零作为开始，例如：000000c49ede7f965ba8e7e6419d6efb0afc99e7ecd10095b286310ca55a6355

矿工将猜测nonce的值，直到区块的哈希输出以000000开头的结果，这就是矿工的工作原理，他们将区块中的交易数据作为数据输入，并猜测nonce值，直到SHA256输出以000000开头的结果。

按以下形式输入随机数据，并通过尝试不同的nonce来哈希计算以四个零(0000)开头的结果：

或者仅需按下“挖矿”按钮，即可自动寻找正确的nonce值。

请知悉，这仅为一个简化的版本，矿工还必须加入历史区块数据以及新增的交易数据作为数据输入，此外，随着难度的增加，“0”的数量也会不断增加，这将使得猜测到正确nonce值的几率降低，最终使得猜测正确的哈希输出结果变得更加苦难。找到一个结果以一个0开头的输出，比找到一个以四个0开头的输出，要简单许多。