比特币基础教学之：工作量证明 PROOF OF WORK

chw1963

比特币基础教学之：工作量证明 PROOF OF WORK

工作量证明即proof of work 是指系统为达到某目标而设置的工作度量方法。工作量证明最初被应用在网络的拒绝服务识别和反垃圾邮件上，用户的计算机必须完成一些工作来证明自身行为的可靠性。

工作量证明的含义
工作量证明需要由工作者和验证者两方共同完成。
工作量证明中包含了两层含义:
第一、工作者需要完成的工作必须有一定的量，这个量由工作验证者给出。
第二、验证者可以迅速的检验工作量是否达标，注意这里的检验完成过程必须简单。

关于proof of work，举几个简单的例子
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你想到一家公司去工作，这家公司会让你先实习一段时间，公司会考量你的实习质量来决定是否录用你，这段实习的时间就是你的工作量证明。
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某吊丝男女谈恋爱，吊丝女为了考验吊丝男的忠心，便让吊丝男去给她买套房，吊丝男便用光老爸老妈所有的钱买了套房，吊丝女可以轻易的检验吊丝男是否购房，这个行为也可以看做是工作量证明。
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解一个10次方程，过程很麻烦，但是结果容易验证。
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在计算机系统中，proof of work可以这样设计：
A向B请求一个服务，如果A可以在短时间内向B发送大量请求，则会造成B的崩溃，于是B对于服务的请求者A出题。这个题需要花费一定的时间去计算，计算好了以后，发送给B验证，B可以瞬间完成验证，如果验证通过，再给A提供服务。
如果A是一个黑客，则A要花可观的时间来完成B的验证问题，这对A来说很麻烦，因此可以有效阻止恶意攻击。


在比特币中的工作量证明
在比特币系统中，矿工为了挖掘新的block（数据区块）必须进行并完成工作量证明过程。矿工计算每个数据区块头部信息的sha256值（HASH值的一种），如果比前一个数据区块的sha256值小那么P2P网络便接受这个新的数据区块


关于sha256SHA (Secure Hash Algorithm，译作安全散列算法) 是计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。由美国国家安全局 (NSA) 设计，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 发布。正式名称为 SHA 的家族第一个成员发布于 1993年。然而现在的人们给它取了一个非正式的名称 SHA-0 以避免与它的后继者混淆。两年之后， SHA-1，第一个 SHA 的后继者发布了。 另外还有四种变体，曾经发布以提升输出的范围和变更一些细微设计: SHA-224, SHA-256, SHA-384 和 SHA-512。

每个数据区块的头部信息中都含有一个随机数（nonce），当计算出来的sha256值不满足要求时，那么这个随机数（nonce）便增加一个单位，直到满足要求为止。现在没有发现预测sha256值的方法，所以矿工需要大量的计算来找到符合要求的头部sha256值。但是一旦找到答案，验证信息的sha256值是非常容易的。因此，比特币block（数据区块）生成的这一过程便成为了矿工工作量的证明。

需要指出的是，如果发现有效的快速碰撞sha256值的数学算法，那么整个比特币体系将受到很大冲击。


下图比特币block之间的验证关系：

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