区块链实现之POW分析

Posted 2022-12-16 一只特立独行的猫

本代码的全部实现已在github上面同步开源，项目地址：
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PoW算法介绍

工作量证明(Proof Of Work，简称POW)，简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的，而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量，则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等，也是通过检验结果的方式（通过相关的考试）所取得的证明。

工作量证明系统（或者说协议、函数），是一种应对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它要求发起者进行一定量的运算，也就意味着需要消耗计算机一定的时间。

PoW算法思路

通过不断对结点的数据进行哈希计算，通过比较目标哈希与当前哈希值的对比，实现共识算法。

代码与实现思路

伪码思路：
1.建立ProofOfWork类，带有两个属性目标哈希，目标区块
2.通过ProofOfWork类进行计算目标区块的哈希，并与目标哈希进行比较。
3.若判定目标区块的哈希值小于目标哈希值，则完成工作量证明，进行广播，并上链。
ProofOfWork的结构：

// 工作量证明的结构
type ProofOfWork struct 
	//需要共识验证的区块
	Block *Block
	//目标难度的哈希,大数存储
	target *big.Int

进行哈希值的比较：

func (pow *ProofOfWork) run() ([]byte, int64) 
	//碰撞次数
	var nonce = int64(0)
	//用于比较的大数hash
	var hashInt big.Int
	//目标hash值
	var hash [32]byte
	//无限循环，生成符合条件的哈希
	for 
		//生成准备数据
		dataByte := pow.prepareData(int64(nonce))
		hash = sha256.Sum256(dataByte)
		//将byte数据转换为大数
		hashInt.SetBytes(hash[:])
		if pow.target.Cmp(&hashInt) == 1 
			//找到了符合条件的hash
			break
		
		nonce++
	
	fmt.Printf("打印碰撞次数%v\\n", nonce)
	return hash[:], nonce

拼接区块数据，便于计算哈希值：

// 生成准备数据，对ProofOfWork数据拼接形成哈希值并返回
func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int64) []byte 
	var data []byte
	timeStampBytes := IntToHex(pow.Block.TimeStamp)
	heightBytes := IntToHex(pow.Block.Height)
	//将多个[]byte数组转换为一个[]byte数组
	data = bytes.Join([][]byte
		timeStampBytes,
		heightBytes,
		pow.Block.PrevBlockHash,
		pow.Block.Data,
		IntToHex(nonce),
		IntToHex(targetBit),
	, []byte)
	return data

实验结果

可以看到，总共生成了三个区块，每个区块的碰撞次数如下。最后输出整个区块链，可以看到，区块的哈希值之间呈现链表结构。