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（4)

一个比特币是怎么来的？在本节中，我们将得到答案。

本系列历史文章列表

从零开始的区块链：什么是点对点和电子现金？ ——比特币经典论文研究(1)

从零开始区块链：如何防止一笔钱花两次？ ——比特币经典论文研究（2)

从零开始区块链：如何证明计算机的工作量？ - 比特币经典论文研究（3)

7.工作量证明（2）

继续第三章的铺垫比特币如何寻找下一个区块，这里比较容易理解。

(1)比特币使用SHA256标准进行哈希运算，平均工作量随着0位数呈指数级增长。

(2)为了时间戳，计算每个区块的hash值时，加上一个随机数（nonce）。随机数每次加1，生成一个hash值，并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block的内容，需要重新计算并找到满足条件的hash值，hash值的细节参考这里，修改内容时，hash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。在网络中，究竟用什么来表示“多数”？如果一个IP地址代表一票，那么IP地址多的人可以操纵结果，所以作者采用“一个CPU，一票”的方式来代表多数意见。因为链的生成需要工作，所以最长的链必须有最大的工作量是大部分人的意见。工作量其实是由CPU计算的，所以实现了一个CPU一票的精神。作者这里的逻辑是选择一个比较难的指标，计算工作量，然后把工作量的大多数人在一起，形成了一个共同的看法。然而，笔者没想到的时候，也有很多人拥有大量的CPU，而且不仅仅是CPU，已经有专用芯片了……

(4)如果大部分CPU算力都掌握在好人手里，那么大家齐心协力计算，工作的积累会非常快，链上的增长速度会是比其他链多。如果要修改一个过去的块，攻击者必须再次做这个块之后的所有其他块。作者稍后会证明，随着链的增长，成功的概率会降低。可以理解为: 历史的潮流是强大的，如果你想逆潮流而动，那么你比潮流更有活力。

(5)考虑到区块增加的速度会不断调整，如果增加速度过快，计算工作量就会变得更加困难。

这是工作量证明部分的结束。我有两个想法：

(1)你有没有发现，在看论文的时候，如果你打得扎实，即使需要一些时间，效果也可以复合。比如我昨天花了很多时间讨论HashCash。搞清楚基本情况后，讨论工作量证明就容易了。

(2) 中本聪在设计比特币的时候，就是想用一种去中心化的CPU方式来构造出没有人可以操纵的结果。但是随着比特币的发展，越来越有趣的计算权力掌握在少数人手中，现在所谓的挖矿其实就是计算哈希值的隐喻。

(3)基于工作量证明有人认为该机制过于浪费资源，因此开发了一种不需要挖矿工作的新机制，稍后会讨论。

8.网络

本节介绍比特币网络如何运作的基本规则：

(1)所有交易全网广播。

(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就是找到哈希值。

(4)如果一个节点计算出hash值，即工作量证明完成，就会在全网广播。

(5) 如果有一个所有交易都有效且没有双花的区块，则节点接受该区块。注意每个节点都会有所有的网络交易，并且每笔交易都有一个签名需要验证。

(6) 节点识别区块的方式是将该区块当作前一个区块，继续寻找下一个区块的工作量证明。下一个区块的数据字段包含一个“previous阻止“哈希值”并填写批准的哈希。

除此之外，还有几点：

(1)节点只识别出最长的链作为正确结果，然后继续延长链。

(2) 如果两个节点同时发现新的不同区块并广播出去，那么有的节点先收到第一个，有的先收到第二个，怎么办？应该怎么办？是吗？在第一个收到的块上继续挖矿，但是保存另一个分支。等到下一个块出现的时候，总会有一个更长的块，然后到那个时候，切换到一个更长的块。

(3)不用担心丢包的问题，​​总有不足的，可以通过各种方式补充。

9.激励机制

激励机制一直是P2P网络研究的重点问题[14,15]。只要是去中心化的，就会面临激励机制的问题。为什么？因为你让很多人做一个中心可以做的事情，一个是我为什么做这些事情，这对我来说意味着什么？优势？第二，如果人多，就会出现做小事的人。激励机制的出现，就是要设计一个系统，激励大家做好事，不做任何事。

P2P网络最初的设计理念是“我为大家，大家为我”。但由于部分节点频繁“搭便车”，网络运行不如设计好。 例如，在BT下载中，会有“吸血鬼”节点只从其他节点下载，而从不或很少上传。这样，社会科学中的“公地悲剧”终将出现[16]。

公地悲剧是指在共享资源的体系中，每个人都根据自己的最大利益独立行动，但最终这些行动导致了与共同利益背道而驰的事实。在 P2P 网络中，如果吸血节点越来越多，网络最终会拥堵崩溃。社会环境中，每家工厂都向外界排放污水，最终生态环境被破坏，无人能逃。

比特币的激励机制是如何设计的？

(1) 区块内的第一笔交易，由区块创始人生成新币。这样可以激励节点参与P2P网络的维护，也可以将新发行的币流通到因为在比特币的场景中，没有中央机构发币，这样出现在网络中的币都是匀速发行的，就像金矿工挖出黄金一样；只不过是比特币消费而已是电能和CPU的计算速率。

(2) 激励机制还包括交易费用。如果交易的输出值小于输入值，那么差额就是交易费用，包含在交易费用中。在交易下区块。一旦货币进入流通，主要的激励是主要费用，不受通货膨胀的影响。

(3) 激励机制允许节点选择做诚实节点，不要做坏事。因为如果攻击者组织的算力比诚实节点多，他面临一个选择：要么选择用它来骗别人，这样他就可以把钱偷回来，或者用它来生成新币但是，经过计算，创建新币应该还是划算的比特币如何寻找下一个区块，因为你已经有一半以上的计算量了权力，其实你可以赚的比谁都多。按规矩办事对自己有利，否则整个网络就毁了。，自己留一堆币也没用。

所以比特币的激励机制就是用“币”简单直接地激励节点。这种激励效果有多好？因为我知道挖矿可以赚到比特币，现在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。看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)通过哈希碰撞挖掘比特币

(2)比特币作为一种激励机制，鼓励节点参与网络运营

参考文献

[14] 马如铁 B，李 S C M，Lui J C S，等。 P2P网络的一种激励机制，2004[C].

[15] Zhang K, Antonopoulos N, Mahmood Z. A Review of Incentive Mechanism in Peer-to-Peer Systems, 2009[C].Oct.

[16] Hardin G.公地悲剧[J].自然资源政策研究杂志，2009，1(3):24 3-253.