从零开始的区块链：比特币是如何开采的？ ——比特币经典论文研究（四）

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一枚比特币是怎么来的？ 本节我们将得到答案。

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7. 工作证明 (2)

连接的伏笔到这里就很容易理解了。

(1)比特币采用SHA256标准进行哈希运算，平均工作量和0位数量呈指数增长。

（2）出于时间戳的考虑，在计算每个区块的哈希值时，加入一个随机数（nonce）。 随机数每次加1生成一个hash值，检查是否满足前缀为几个0的要求。 CPU需要做大量的计算才能得到满足要求的解。 如果要修改区块内容，需要重新计算，找到满足条件的哈希值。这里参考的是哈希的细节敏感特性。 当您修改内容时，哈希值会发生变化。

(3) 工作量证明也解决了一个“集体决策”的“多数”问题。 在互联网中，究竟用什么来代表“多数”？ 如果一个 IP 地址代表一票，那么拥有多个 IP 地址的人就可以操纵结果。 所以作者采用了“一个CPU，一票”的方式来代表大多数人的意见。 因为链条的产生需要大量的工作，最长的链条一定是工作量最大的，也就是代表了大多数人的意见。 工作量实际上是由CPU来计算的，所以这就贯彻了一个CPU，一票的精神。 笔者这里的逻辑是选择一个比较难的指标，计算工作量，然后把大部分人的工作量聚集在一起，形成一个共识。 但是让笔者没想到的是，现在很多人都有很多CPU，而且不仅仅是CPU，还有专用芯片……

（4）如果大部分CPU算力都在好人手里，那么大家一起工作一起计算，工作积累会非常快，链的增长速度会超过其他链。 如果要修改过去的块，攻击者必须重做该块之后的所有其他块。 作者后面会证明，随着链条的增长，成功的概率不断降低。 你可以理解为：历史的潮流浩浩荡荡手机上怎样挖比特币，你要逆潮流而动，则比潮流有余力。

(5)综合考虑，不断调整出块速度。 如果增加的速度太快，计算工作量的难度会增加。

工作量证明部分结束。 我有两个想法：

(1)你有没有发现，在看论文的时候，如果把基础打牢，即使需要一些时间，效果也是可以复合的。 例如，我昨天花了很多时间讨论 HashCash。 弄清基本情况后，再讨论工作量证明就比较容易了。

(2) 中本聪在设计比特币时，想利用CPU去中心化来构造一个无人可以操纵的结果。 但是自比特币发展以来，越来越多的算力掌握在少数人手中，这也很有意思。 现在所谓的挖矿，其实就是计算哈希值的一种比喻表达。

(3)有人认为基于工作量证明的机制太浪费资源，所以又开发了一种不需要挖矿工作的新机制，后面会讲到。

8.互联网

这部分描述了比特币网络运行的基本规则：

(1) 所有交易都在网络上广播。

(2) 每个节点将新交易合并到一个块中。

(3) 每个节点计算对应区块的工作量证明，即求哈希值。

(4) 如果一个节点计算出哈希值，即工作量证明完成，将在全网广播。

(5) 如果一个区块中的所有交易都有效且没有双花，则节点接受该区块。 注意每个节点都会有所有的网络交易，每个交易都有一个可以验证的签名。

(6) 节点认可一个区块的方式是把这个区块当作上一个区块，继续寻找下一个区块的工作量证明。 如果下一个区块数据字段中有“前一个区块哈希值”，则填入认可的哈希值。

除此之外，还有几个重要的点：

(1) 节点只将网络中最长的链识别为正确结果，然后继续延长链。

(2) 如果同时有两个节点发现新的不同的块并广播出去，那么有的节点先收到第一个，有的节点先收到第二个，怎么办？ 该怎么办。 继续挖掘之前收到的区块，但保留另一个分叉。 下一个方块出现时，总会有一个变长，那时候就换一个更长的方块。

(3) 不用担心丢包，少了总能通过各种方式补上。

九、激励机制

激励机制一直是 P2P 网络研究中的一个关键问题 [14,15]。 只要是去中心化的，就会面临激励机制的问题。 为什么？ 因为你让很多人去做一个中心能做的事情，一个是我为什么要做这些事情，对我有什么好处？ 二是牵扯的人多了，就会出现搞小动作的人。 激励机制的出现，就是设计一个制度手机上怎样挖比特币，鼓励大家努力工作，不惹事生非。

P2P网络最初是本着“人人有我，人人有我”的原则设计的。 但由于部分节点频繁“搭便车”，导致网络运行不如设计。 比如在BT下载中，会出现“吸血鬼”节点，这些节点只从其他节点下载，而从不或很少上传。 这样，社会科学中所谓的“公地悲剧”最终就会出现[16]。

公地悲剧是指在共享资源的系统中，每个个体独立行动以实现自身利益最大化，但这些行动最终导致的结果却与共同利益背道而驰。 在 P2P 网络中，如果吸血节点越来越多，网络最终会拥塞崩溃。 在社会环境上，每个工厂都向外排放污水，最后生态环境被破坏，谁也逃不掉。

比特币的激励机制是如何设计的？

(1) 区块中的第一笔交易，由区块创建者生成一个新币。 这样可以激励节点参与P2P网络的维护，也可以让新发行的币进入市场流通。 因为就比特币而言，没有中央机构发行货币。 这样，出现在网络中的币就以恒定的速度发行，就像淘金者挖出黄金一样； 除了比特币消耗的是功率和CPU计算率。

(2) 激励机制还包括交易手续费。 如果交易的输出值小于输入值，那么这个差值就是交易费，在包含该交易的区块下计算。 货币一旦进入流通，激励主要靠手续费，不受通货膨胀的影响。

(3) 激励机制允许节点选择做一个诚实的节点，不做坏事。 因为如果一个攻击者组织了比诚实节点更多的算力，他将面临这样的选择：要么选择用它来欺骗其他人，这样他就可以偷回花掉的钱； 或用它来生成新的硬币。 但毕竟创造新币应该是划算的，因为我已经拥有了一半以上的算力，其实我可以赚到比别人更多的钱，按规矩办事对自己也有好处; 否则，整个网络将被摧毁。 给自己留一堆硬币是没有用的。

因此，比特币的激励机制是用“币”的方式简单直接地激励节点。 这种激励的效果如何？ 因为我们知道挖矿可以赚比特币，现在已经有专门的人从事矿机的生产制造，已经形成了相当规模的产业。 这样一来，激励效果还是挺不错的……

综上所述，本节主要关注两个主题：

(1) 比特币是通过哈希碰撞开采的

(2) 以比特币作为激励，鼓励节点参与网络运行

用苹果手机一次性打赏S的私密红包

参考

[14]马RTB，李SCM，吕JCS，等。 一种P2P网络的激励机制，2004[C]．

[15] Zhang K, Antonopoulos N, Mahmood Z. 点对点系统激励机制综述, 2009[C].Oct.

[16] Hardin G. 公地悲剧[J]. 自然资源政策研究杂志，2009，1（3）：243-253。

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