本系列內容包含:基本概念及原理、密碼學、共識算法、錢包及節點原理、挖礦原理及實現。
挖礦
以比特幣網絡為例,比特幣挖礦主要使用到的算法是SHA-256,其具體流程參見下圖。
我們從上往下進行分析:
第一層是:nVersion;
第二層是:hashPrebBlock;
第三層是:hashMerkleRoot,
第四層是:nTime;
第五層是:nBits;
第六層是:nNonce;
第七層是:Hash。
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里面的n代表連續0的個數,該值要小于當前區塊難度目標值m,挖到塊的條件是前n個比特位全部為0,n越大,難度越大。假設最低難度對應最大目標值為M,則區塊難度為:M/m
看過前面課程的朋友應該會有印象,這些全部是區塊頭中的數據字段。
再來看左邊,我們分析一下為什么其中有些是固定而有些是可變的。
1.版本號和前一個區塊哈希是固定的,以比特幣為例,假設當前比特幣區塊高度為N,如果某人想挖接下來N+1區塊的話,那么這個時候版本號必須是固定的,前一個區塊的哈希必須也是固定的。因為在不存在分叉的情況下,當前區塊包含上一個區塊的哈希值;
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也就是N-1區塊的哈希值加上N區塊數據算出N區塊哈希值,然后將N區塊哈希值當成N+1區塊的的前一區塊哈希值。這里有點繞,希望大家多理解一下;
2.交易Merkle根是可變的,為什么說可變呢?因為在挖礦的時候,肯定會準備一個打包區塊,打包區塊形成的時候,礦工會根據自己的需求或根據利益算法,將交易打包進去,最后整理成一個Merkle根;
3.時間戳是可變的,挖礦有個時間范圍,在這個時間范圍內挖出的礦都為有效,所以在有效時間內的時間是可以任意調節的;
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4.難度值在一定周期內是固定的,會隨著周期的改變而變化;
5.Nonce是可變的,這里就不展開講了,忘記的朋友可以翻閱前面的講解。
動態 | 中農網今日發布繭絲區塊鏈項目:卓爾智聯旗下農業B2B中農網今日發布繭絲區塊鏈項目,形成了包括授權存證、農產品溯源、供應鏈金融、智能風控在內的繭絲垂直行業應用場景。該項目從2016年起進行技術籌備,2019年會在廣西30個點進行推廣,未來將在全國繭絲行業進行推廣應用。[2019/1/11]
在挖礦的時候,到Nonce的時候,由于時間戳和Merkle根都已經經過計算固定了,這時只需要改變Nonce就可以了。此時可以把這7個數據看成一個整體,前面6個數據是X,把X放在哈希函數里面,會出來一個值,比如說Y值。
由于比特幣網絡里使用的哈希算法是SHA-256,當Y值出來之后,就會得到一個256個由0和1組成的字符串。這個字符串出來之后,它會和X里面的難度值比較大小。
每計算一次,也就是通過了一個Nonce,就會產生一個Y值,Y值會和難度值比較大小,如果Y值小于難度值,此時就找到了一個有效的Nonce,礦也就挖出來了。
生成地址
地址的生成中也用到了哈希算法。從下圖可以看到從公鑰到比特幣地址生成的流程。
第一層:生成公鑰;
第二層:兩層哈希算法,SHA-265和RIPMD-160;
第三層:然后雙層哈希計算,會產生公鑰哈希;
第四層:Base58Check編碼;
第五層:經過編碼,得到一個編碼串,這個編碼串就是公鑰哈希即比特幣地址。
形成Merkletree和交易Hash
在默克樹樹結構和形成交易哈希里面也使用到了哈希算法。
上圖的默克樹中,最底層有4個葉子節點,最左邊HA下面有個Hash,意思是:Tx表示交易,A表示交易編號。
假設現在使用的哈希算法是SHA-256,那么交易產生時,會對HA、HB分別進行哈希計算,會分別得到2個由256個0和1組成的字符串。同理,HC、HD也會得到相應的字符串,這樣四個交易會形成總的默克爾根。
區塊鏈
大家都知道在區塊鏈中,每個區塊都是一環套一環銜接上去的,就像一個鏈條一樣。我們通過下面的圖片,具體分析一下。
從圖中可以看出鏈的順序是從下往上增長的,最下面塊的高度是277314,這個區塊里面包含上一個區塊的哈希值:0000…0bdf,這里的0000…0bdf是上一個區塊區塊頭的哈希值。
同理,277315區塊里面包含的上一區塊頭哈希值:0000…2249,也是區塊277314的區塊頭哈希值,即:0000…2249。同理277316區塊也是這樣的情況,這也是我們第一節希望大家多理解的問題。
這樣的情況就保證了任何人可以從某一個區塊中,找到這個區塊里面包含的上一區塊的哈希值,也就是其父區塊。
現在我們討論的問題都是針對于區塊鏈沒有分叉的一個情況,到后面我們詳細分析區塊鏈分叉之后情況又是怎樣的。
通過這三個區塊我們能發現,從某種程度上來說區塊鏈就是一個哈希鏈。最新產生的區塊通過哈希值指向上一個區塊,上一個區塊在指向上上一個區塊……一直指向創世區塊。通過這個關系,這些區塊形成了鏈條,也就是我們常說的區塊鏈。
這是哈希算法在區塊鏈中常用到的具體應用,大家可以預先想一下,為什么區塊鏈中會使用哈希算法,而不是其他算法呢?后面的課程我們會給大家進行解答。
下節預告:什么是哈希
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