区块链共识机制之POW算法
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Technology Analysis
技术分析
DCW
81
数字通信世界
2019.03
1 工作量证明的原理
POW 是区块链主流共识算法：工作量证明POW 、权益POS 、
股份授权证明DPOS 中一种，是由算力决定区块的记账权归属那个节点所有，那个节点先算出哈希函数的下一个随机数数值，得到收益，即俗称的“挖矿”。
例如以下的区块链中一个区块的基本结构：Summary
Number Of Transactions 2Output Total 10BTC Estimated Transaction V olume 0BTC Transaction Fees 0BTC
Height 780890（Main Chain ）
Timestamp 2018-12-28 09：10：20Received By 2018-12-28 09：
10：20Relayed By AntPool Difficulty 9，890，231，384，872.65……
Nonce 3670855786Block Reward 10BTC
以上区块信息中“Nonce ”就是这个随机数，各个节点通过算力计算出下一个区块的Nonce ，即拥有该区块记账打包的权利，并获得Block Reward 。
2 工作量证明函数
POW 采用SHA256对区块头做双重运算，而SHA256是单向函数，所以结果很难计算出来。节点在挖矿过程中，当随机生成的Hash 值小于难度值则挖矿成功，例如以下节点挖矿的函数：
func （pow *ProofOfWork ）Run （）（[]byte ，int64）{ nonce ：=0
var hashInt big.Int var hash[32]byte for {
dataBytes ：=pow.prepareData （nonce ） hash=sha256.Sum256（dataBytes ）
fmt.Printf （“\r%x ：
”，hash ） hashInt.SetBytes （hash[：
]） if pow.diff.Cmp （&hashInt ）==1 { break }
nonce=nonce+1 }
return hash[：]，int64（nonce ）
在以上函数中，当hashInt 小于Block 里面的target ，则跳出
循环，输出计算得出的nonce 数值，
即挖矿成功，得到挖矿的收益。3 工作量证明过程
3.1 创始区块
区块作为区块链存储结构中的数据元素，收尾相接促成单向
链式存储结构，第一个元素为创始区块，包块共识机制的设置，出块时间，矿工收益等初始参数设置。例如以下为一个区块的创始区块：
{
“config ”
：{ “chainId ”：
666， “homesteadBlock ”：1， “eip150Block ”：
2， “eip150Hash ”：”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”，
“eip155Block ”：3， “eip158Block ”：
3， “byzantiumBlock ”：
4， “ethash ”
：{} }，
“nonce ”
：”0x0”， “timestamp ”：”0x5b4ee860”
， “extraData ”：”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”，
“gasLimit ”：”0x989680”， “difficulty ”：”0x80000”
， “mixHash ”
：”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”，
“coinbase ”：”0x0000000000000000000000000000000000000000”，
“alloc ”：
{ “e8f0b72b5fd9fe7a926a346fe209acd1268b3533”：
{ “balance ”：”2500000000000000000000000000” }}，
“number ”：”0x0”，“gasUsed ”：”0x0”
，“parentHash ”：”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”
}
3.2 生成铸币交易
……
CMutableTransaction coinbaseTx ；
coinbaseTx.vin.resize （1）
； coinbaseTx.vin[0].prevout.SetNull （）
； coinbaseTx.vout.resize （1）
；……注释：coinbaseTx 新建一铸币交易对象。3.3 调整Nonce 数值
采用SHA256对区块头做双重运算，当节点计算出的随机数小于小于设置的难度值时，则挖矿成功。
区块链共识机制之POW 算法
程 瑶1，高丽芬1，胡全贵2
（1.中国矿业大学（北京），北京 100000；2.北京国网信通埃森哲信息技术有限公司，北京 100000）
doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.03.061
中图分类号：
TP311.13 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）03-0081-01