區塊鏈概念 That You Must Know 第四期（2）

第四期 挖礦的相關算法（2）

卡酷少

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看過（1）篇，相信你必定對挖礦的機制有了一點了解。那麼本篇，咱們來一塊兒看一下挖礦中涉及的算法。

在本篇文章中，若是在前半篇你遇到了不理解的詞彙，也許在文章的後半段就會給出答案。另外本篇主要是零散知識點的介紹，邏輯上不會有那麼強。最後關於不理解的部分歡迎你們在文章下面留言，我會及時給出答覆。

區塊鏈的區塊究竟是什麼？

• 挖礦是爲了生成一個區塊，那麼區塊究竟是什麼？區塊的做用又是什麼？一個區塊又包含了哪些信息呢？
• 簡單理解的話，一個區塊能夠理解爲一個結構體。咱們知道結構體能夠存儲不一樣類型的信息，這些信息能夠是字符串，能夠是數字，也能夠是日期。那一個區塊裏包含了哪些信息呢？這裏咱們給出一張圖來，先來了解一下區塊信息有哪幾大類。
• 圖1

如圖一個區塊中信息按類別劃分，主要分爲的這四大類，這點你們作爲了解便可。其中區塊頭包含了以下信息，這些信息也是真正有做用於生成區塊的信息，咱們來列舉其中的重要項：

• index（記錄當前是第幾個區塊）
• current hash（當前哈希值）
• previous hash（承接的上一區塊的哈希值，可保證區塊按時間串聯）
• timestamp（時間戳，記錄該區塊的生成時間）
• data（交易詳情，詳細記錄了每筆交易的轉出方和收入方，金額及數字簽名）
• nounce（隨機數，即全網礦工一塊兒pk計算的的，能知足哈希難度要求的答案）

其中但願你們先對nounce值有個印象。這個nounce值不只與挖礦有關，也在以後的代碼實現中有很是重要的身份。

• 下圖給出一個簡單的列表：
• 圖2

什麼是哈希和哈希值？

• 爲理解挖礦的代碼機制，首先解決幾個概念。第一個就是「哈希」。
• 在上一篇挖礦中咱們提到了算力。也說到算力就是一臺礦機每秒鐘能作多少次哈希碰撞。那麼，什麼是哈希，什麼又是哈希碰撞呢？
• 簡單理解的話，哈希就是一個函數。哈希碰撞的本質，就是cpu在隨機窮舉數值的過程當中，不斷尋找可以生成匹配現階段比特幣「難度」條件的數值。一旦找到這個數值，那麼就產生了一次成功的哈希碰撞。
• 如今你必定很好奇哈希是一個什麼樣的值呢？咱們經過hash算法 ==SHA256== 來測試一下。這裏提供一個網址，感興趣的同窗能夠跟我一塊兒作一些測試。

link

• hello

• helloworld

• hello world

• hello，world

• 測試以後，咱們能夠發現，哈希函數有一些很是獨特的特徵：

1. 任意內容均可以生成哈希值。
2. 哈希值爲十六進制表示的數，且長度固定。
3. 不一樣的內容生成不一樣的哈希值。哪怕很是類似的內容生成的值也徹底不一樣，且無規律可循。
4. 相同的內容每次都會輸出相同的哈希值。

• 經過對比"hello"，"helloworld"，「hello world」和「hello，world」的輸出結果，能夠驗證驗證咱們對於哈希算法的總結。感興趣的同窗能夠再驗證別的數值，你會發現，不管多麼微小的差異，都會致使哈希值徹底無跡可尋的改變。
• 也正是哈希值的這些特色，賦予了其加密信息時更高的安全性。好比「公鑰」「私鑰」，之後咱們會作出介紹。

有關挖礦的「難度」

• 最後一個概念就是挖礦的難度。這裏的難度，由淺及深，咱們先舉個例子來理解它的原理。

• 如圖所示，好比咱們將一個5位數進行排列組合，分個十百千萬位。假如第一個排列組合，我指定萬位和千位都是5，其餘位數不限；第二個排列組合，我只指定萬位爲5，那麼獲得誰的概率大，獲得誰的概率小呢？
• ——答案是第一個機率小，第二個機率大。由於被限定的個數越多，其餘可選的可能性也就越少了。
• 同理，挖礦就是去匹配已經被指定了位數的哈希值。而挖礦的「難度」，就是由被指定位數的多少來決定的。這和被指定的是十六進制下的哪一個數無關。

• 如上圖框內所示，當哈希值難度設定了前四位爲「0」的時候，只有當匹配上前四位爲「0」的時候，才產生了一次成功的哈希碰撞。若是設定的「0」的個數越多，那麼哈希成功的難度也越大，挖礦的難度也就越大。
• 在比特幣最開始的時候，難度是很小的，只有第一位爲「0」及碰撞成功。那是的挖礦是很是簡單的。而如今隨着全網算力的增長，挖礦的難度也大大，如今的哈希難度已是十幾個「0」了。哈希的難度的設定也不是人爲操做的，區塊鏈系統會根據當前全網的算力作出調整，將難度保持在可以每10分鐘生成一個區塊的程度。