区块链入门笔记

Posted 2021-12-28 广州吴彦祖

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了区块链入门笔记相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

区块链

区块

组成

区块头（Head）：记录当前区块的特征值
区块体（Body）：实际数据

区块头包含了多项特征值

生成时间
实际数据（即区块体）的哈希
上一个区块的哈希
...

简单图示

Hash 的不可修改性

区块与哈希是一一对应的，每个区块的哈希都是针对"区块头"（Head）计算的。也就是说，把区块头的各项特征值，按照顺序连接在一起，组成一个很长的字符串，再对这个字符串计算哈希。
```
Hash = SHA256(区块头)
```

采矿

区块链的发明者中本聪（这是假名，真实身份至今未知）故意让添加新区块，变得很困难。他的设计是，平均每10分钟，全网才能生成一个新区块，一小时也就六个。

这种产出速度不是通过命令达成的，而是故意设置了海量的计算。也就是说，只有通过极其大量的计算，才能得到当前区块的有效哈希，从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大，所以快不起来。

这个过程就叫做采矿（mining），因为计算有效哈希的难度，好比在全世界的沙子里面，找到一粒符合条件的沙子。计算哈希的机器就叫做矿机，操作矿机的人就叫做矿工。

一句话：为了争夺创建新的区块的权利

采矿不是说任意一个哈希都可以，只有满足条件的哈希才会被接受，这个条件特别苛刻，使得绝大部分哈希都不满足要求，必须重算。

计算哈希的难度决定于区块头上包含的一个值：难度系数

难度系数决定哈希有效性的直接原因是，通过难度系数计算出一个目标值，只有小于目标值的哈希才是有效的，否则哈希无效，必须重算

目标值计算公式：

target = targetMax / difficulty
targetMax = 0x00000000FFFF00000000000000000000000000000000000000000000000000000000

前面说过，当前区块的哈希由区块头唯一决定。如果要对同一个区块反复计算哈希，就意味着，区块头必须不停地变化，否则不可能算出不一样的哈希。区块头里面所有的特征值都是固定的，为了让区块头产生变化，中本聪故意增加了一个随机项，叫做 Nonce。

Nonce 是一个随机值，矿工的作用其实就是猜出 Nonce 的值，使得区块头的哈希可以小于目标值，从而能够写入区块链。Nonce 是非常难猜的，目前只能通过穷举法一个个试错。根据协议，Nonce 是一个32位的二进制值，即最大可以到21.47亿。第 100000 个区块的 Nonce 值是274148111，可以理解成，矿工从0开始，一直计算了 2.74 亿次，才得到了一个有效的 Nonce 值，使得算出的哈希能够满足条件。

总结：

矿工的作用是找出一个 nonce 值，使得计算出的哈希满足要求，从而拥有创建区块的权利

难度系数动态调节

正如上一节所说，采矿具有随机性，没法保证正好十分钟产出一个区块，有时一分钟就算出来了，有时几个小时可能也没结果。总体来看，随着硬件设备的提升，以及矿机的数量增长，计算速度一定会越来越快。

为了将产出速率恒定在十分钟，中本聪还设计了难度系数的动态调节机制。他规定，难度系数每两周（2016个区块）调整一次。如果这两周里面，区块的平均生成速度是9分钟，就意味着比法定速度快了10%，因此接下来的难度系数就要调高10%；如果平均生成速度是11分钟，就意味着比法定速度慢了10%，因此接下来的难度系数就要调低10%。

难度系数越调越高（目标值越来越小），导致了采矿越来越难。