简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战

8月 3, 2021

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战

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作业量证明(PoW)被用于一些最大的加密钱银上,但这并不意味着其是最高效、最安全的体系。

原文标题:《科普丨什么是加密钱银挖矿?》
撰文:Jerry Qi
翻译:Olivia

当我仍是一个七年级的学生时,我就现已被加密钱银的国际招引住了。起先,我觉得这简直便是一个免费的钱银生成器,只需我让我的笔记本电脑像风火轮相同呼呼地运转 Crypto-mining 软件,它就会给我免费的加密钱银。

最终,我的笔记本电脑的确发生了加密钱银,可是,只要十分十分少的加密钱银。

我用我的笔记本电脑做的作业,本质上是「加密挖矿」。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战来历:btcwires

「挖矿」

你或许听说过加密钱银比特币,也听说过一个叫「挖矿」的名词与这类加密钱银有关。

加密钱银挖矿,简略来说,便是矿工或个人运用设备从事支撑区块链网络的「作业」,以取得加密钱银奖赏的进程。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战Onenote 上的小型 P2P 网络草图

区块链:它是一种网络分布式记载或分布式账本,记载那些人们在网络上的行为。因而,关于加密钱银的区块链网络来说,区块链的功用将是记载网络上个人的买卖。

在这篇文章中,我将以比特币为例,解读挖矿背面的含义。

回到矿工的「作业」这个论题。为了让矿工取得比特币的奖赏,矿工要做的简略「作业」便是对比特币区块链上的买卖进行验证。

在验证时,挖矿者将履行一系列查看,以保证分配的买卖是合法的,而且买卖参与者不会付出相同数量的加密钱银两次。例如,当 Joe 给 Brandon 发送了 12 个比特币,而 Brandon 企图给 Tony 发送 7 个比特币和 Max 8 个比特币,这将被认为是一笔诈骗买卖,由于 7+8>12。我方才给出的状况是「双花问题」的一个比方:Brandon 企图两次消费同一个比特币。

在矿工现已验证了 0-4 兆字节之间的比特币买卖(大约 1500-3000 笔买卖),适当于一个区块的近似最大巨细。他们现已完成了比较简单的一半作业,以取得比特币奖赏。可是,在验证之前的使命是最杂乱的,使矿工有资历验证买卖。

挖矿业的命运部分

经过首先处理一个字符串序列的核算,也便是所谓的创立作业证明 (Proof of Work)。创立作业证明 (Proof of Work) 是矿工们最需求核算力的进程。(下面我将在后边的章节中解说为什么叫作业证明 (Proof of Work))

为了了解作业证明 (Proof of Work) 算法,你有必要先了解区块链中的「哈希」一词。

网络检测区块链中区块的篡改的办法是经过其哈希值 ; 由区块中的信息界说的数字和字符组成的长字符串。经过把数据经过哈希函数,比方比特币运用的 SHA-256 运用,就会发生一个针对该特定输入的序列。意思是说,假设输入数据哪怕改动一个字符,输出的哈希值就会彻底改动。别的,哈希是一个可加密但不行解密的成果,因而,它不能用来获取原始数据,只能作为验证哈希的输入数据是否相同的一种办法。

创立作业证明 (Proof of Work) 需求矿工运转哈希算法来「猜想」问题的适宜答案。关于比特币区块链网络来说,矿工有必要首先创立一个契合必定要求的哈希值,这个哈希值被称为「方针哈希」。

猜想方针哈希的必要信息就存在于新区块的区块头中。包含:区块版本号,时刻戳,前一个区块的哈希值,以及方针哈希值。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战onenote 上的猜想进程草图

方针哈希的答案是由前一个区块的哈希值、现区块买卖数据,加上 0-4,294,967,296 的整数(简称 nonce),然后放入哈希算法中生成的。

假设答案契合方针哈希的要求,该区块就会被添加到区块链中。最早验证买卖并找出添加到该区块哈希中的那个 nonce 的矿工,就会得到比特币的奖赏。不然,他们就会不断测验寻觅有用的方针值。

由于哈希算法的随机性,咱们需求做许多的随机猜想来确认满意方针哈希的数值。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战来历:Investopedia

尽管自己想找到 nonce 现已适当困难,而且在同一个网络上还有≥百万的其他个别与你竞赛,使得一个设备取得比特币奖赏的几率相似于中彩票的几率。因而,你能够经过进步处理才能或运用多台设备来取得更快的 Hash Rate (单位包含:KH/s、MH/s、GH/s 等)。

Hash-rate 一词能够解说为一个或一组设备核算数字和验证买卖速度有多快的量(是核算才能的衡量标准)。

一致机制

像比特币区块链这样去中心化 P2P 的网络,没有中心首要人物,只能依据不同的一致机制进行决议计划。一致机制在买卖验证的一起,也奠定了挖矿的意图。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战来历:维基百科

一致机制有许多办法,但它们都是为了同一个方针:「核实并保证记载的实在性和完整性」(来历:Tech in Asia)。

现在首要有三种机制:作业证明 (Proof of Work)、权益证明和权利证明。在本文中,我将要点介绍一致的作业证明 (Proof of Work) 办法。

提到挖矿,这总结了作业证明 (Proof of Work) 形式的作业原理:个人首先要创立一个作业证明 (Proof of Work),然后他们验证比特币买卖以保证区块链中的记载是实在的。可是,在验证买卖之前先让咱们深化了解一下作业证明 (Proof of Work) 的意图。

作业证明 (Proof of Work) 的前史和意图

这种作业证明 (Proof of Work) 的主意在 1993 年就现已呈现,由 Cynthia Dward 和 Moni Naor 在一篇论文(On Memory-Bound Functions For Fighting Spam)上提出,文中解说了阻挠废物邮件的不同办法。这篇论文的要点是经过核算才能来发送电子邮件的主意。

例如,假设你想经过电子邮件给我发送一条信息,那么你有必要证明你仅仅为了给我发送这条信息就花费了比方说 30 秒的核算才能。

由于现代核算机的速度很快,在这种状况下,废物信息 / 邮件 / 买卖就成了一个大问题。可是,经过给每个操作设置一个「工价」,就能够大大削减废物信息。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战在 onenote 上验证勤劳的门钥匙比方

简而言之,「prover」向「vercker」证明他们在必定的时刻距离内投入了必定的核算才能。

跟着年代的展开,比特币的创造者「中本聪」修改了让比特币矿工生成数据片段的主意,这是比较困难的部分。而网络上的其他人要验证它是否真的满意方针哈希值就很简单了,由于他们只需求把需求的数据经过 SHA-256 算法。

经过这种作业证明 (Proof of Work) 体系,就能够保证区块链等体系的安全性并树立一个验证一致,由于真实验证区块的将是一个投入了巨大核算才能的设备。这就给了网络一个坚持公平缓诚信的经济理由。

怎么做到这一点呢?

举例来说,假设发生了诈骗买卖并被赞同,用户就会变得「优柔寡断」转而运用其他加密货而且下降价格。从经济上来说,矿工,也便是做比特币「出产」的人,会由于价格跌落而不高兴。而与此一起,只要操控矿工才有满足的核算才能来触发诈骗性验证。所以,矿工们的作业动机就会转向维护买卖,以保证币价不跌。

作业证明 (Proof of Work) 机制的下风

尽管作业证明 (Proof of Work) 被用于一些最大的加密钱银(比特币、以太坊等)上,但这并不意味着其是最高效、最安全的体系。

简明解读加密钱银 PoW 挖矿原理及应战来历:BBC

消耗功率

作业证明 (Proof of Work) 的进程需求消耗许多作业,由于核算机仅仅经过粗犷的办法用一切的或许性来猜想正确答案。这一办法糟蹋许多的电力和资源。从更大的规模来看,幻想一下,全国际一切的矿工都在企图「挖矿」以取得比特币的奖赏一起糟蹋着资源,假设他们不先猜出 nonce 乃至对网络没有奉献。

违反了去中心化的理念

由于挖矿需求消耗许多的电费,矿工们树立了中心矿场,操控了大部分的区块验证。这简直让 P2P 去中心化的主意变得毫无用处由于这意味着只要操控矿工才会赞同进犯网络。

电力本钱也促进矿商集合在电力本钱较低、赢利较高的当地,以便展开挖矿活动。会集决议计划权。

作业证明 (Proof of Work) 的代替计划

如上所述,还有其他一致机制能够替代 PoW。例如:Proof of Stake、Proof of Authority 和 Proof of Capacity。

Proof of Stake 经过验证者钱包里的钱银数量来确认买卖验证者。

假设你幻想一群人买彩票。买彩票最多的人将有更大的中奖时机。这与股权证明相似,假设你的钱包里有最多的加密钱银,你将有最大的时机成为验证者并取得奖赏。

权限证明经过个人的「可信度」来确认买卖验证者。

幻想一下,一群人挑选几个最值得信赖、诺言最好的人去验证买卖的有用性。

才能证明经过个人对网络内存空间的奉献来确认验证者。

这种机制答应网络上的奉献节点同享内存空间,所以奉献的设备具有的内存越多,它成为验证者和取得奖赏的或许性就越大。

上述这些办法所需求的核算量大大削减,在买卖的验证中能够愈加省电。

总结

挖矿行为是验证和生成作业证明 (Proof of Work) 的进程。

生成作业证明 (Proof of Work) 答应矿工验证买卖。

生成作业证明 (Proof of Work) 是一个数字猜想和逼迫的进程。

作业证明糟蹋电 (Proof of Work wastes electricity),除了作业证明 (Proof of Work),还有其他办法,如利害关系证明 (Proof of Stake)、才能证明 (Proof of Capacity)、权利证明 (Proof of Authority)

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