挖礦

以比特幣網(wǎng)絡(luò)為例，比特幣挖礦主要使用到的算法是SHA-256，其具體流程參見下圖。

我們從上往下進(jìn)行分析：

第一層是：n Version（版本號(hào)）；

第二層是：hash Preb Block（前一個(gè)區(qū)塊的哈希）；

第三層是：hash Merkle Root（交易Merkle樹根），

第四層是：n Time（時(shí)間戳）；

第五層是：n Bits（難度值）；

第六層是：n Nonce（隨機(jī)數(shù)）；

第七層是：Hash（哈希函數(shù)）。

里面的n代表連續(xù)0的個(gè)數(shù)，該值要小于當(dāng)前區(qū)塊難度目標(biāo)值m，挖到塊的條件是前n個(gè)比特位全部為0，n越大，難度越大。假設(shè)最低難度對(duì)應(yīng)最大目標(biāo)值為M，則區(qū)塊難度為：M/m

看過前面課程的朋友應(yīng)該會(huì)有印象，這些全部是區(qū)塊頭中的數(shù)據(jù)字段。

再來看左邊，我們分析一下為什么其中有些是固定而有些是可變的。

1.版本號(hào)和前一個(gè)區(qū)塊哈希是固定的，以比特幣為例，假設(shè)當(dāng)前比特幣區(qū)塊高度為N，如果某人想挖接下來N+1區(qū)塊的話，那么這個(gè)時(shí)候版本號(hào)必須是固定的，前一個(gè)區(qū)塊的哈希必須也是固定的。因?yàn)樵诓淮嬖诜植娴那闆r下，當(dāng)前區(qū)塊包含上一個(gè)區(qū)塊的哈希值；

也就是N-1區(qū)塊的哈希值加上N區(qū)塊數(shù)據(jù)算出N區(qū)塊哈希值，然后將N區(qū)塊哈希值當(dāng)成N+1區(qū)塊的的前一區(qū)塊哈希值。這里有點(diǎn)繞，希望大家多理解一下；

2.交易Merkle根是可變的，為什么說可變呢？因?yàn)樵谕诘V的時(shí)候，肯定會(huì)準(zhǔn)備一個(gè)打包區(qū)塊，打包區(qū)塊形成的時(shí)候，礦工會(huì)根據(jù)自己的需求或根據(jù)利益算法，將交易打包進(jìn)去，最后整理成一個(gè)Merkle根；

3.時(shí)間戳是可變的，挖礦有個(gè)時(shí)間范圍，在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)挖出的礦都為有效，所以在有效時(shí)間內(nèi)的時(shí)間是可以任意調(diào)節(jié)的；

4.難度值在一定周期內(nèi)是固定的，會(huì)隨著周期的改變而變化；

5.Nonce是可變的，這里就不展開講了，忘記的朋友可以翻閱前面的講解。

在挖礦的時(shí)候，到Nonce的時(shí)候，由于時(shí)間戳和Merkle根都已經(jīng)經(jīng)過計(jì)算固定了，這時(shí)只需要改變Nonce就可以了。此時(shí)可以把這7個(gè)數(shù)據(jù)看成一個(gè)整體，前面6個(gè)數(shù)據(jù)是X，把X放在哈希函數(shù)里面，會(huì)出來一個(gè)值，比如說Y值。

由于比特幣網(wǎng)絡(luò)里使用的哈希算法是SHA-256，當(dāng)Y值出來之后，就會(huì)得到一個(gè)256個(gè)由0和1組成的字符串。這個(gè)字符串出來之后，它會(huì)和X里面的難度值比較大小。

每計(jì)算一次，也就是通過了一個(gè)Nonce，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Y值，Y值會(huì)和難度值比較大小，如果Y值小于難度值，此時(shí)就找到了一個(gè)有效的Nonce，礦也就挖出來了。

生成地址

地址的生成中也用到了哈希算法。從下圖可以看到從公鑰到比特幣地址生成的流程。

第一層：生成公鑰（如何生成會(huì)在后續(xù)課程解答）；

第二層：兩層哈希算法，SHA-265和RIPMD-160（常稱為雙哈?；騂ash160）；

第三層：然后雙層哈希計(jì)算，會(huì)產(chǎn)生公鑰哈希；

第四層：Base58Check編碼（在Base58編碼基礎(chǔ)上的改良）；

第五層：經(jīng)過編碼，得到一個(gè)編碼串，這個(gè)編碼串就是公鑰哈希即比特幣地址。

形成 Merkle tree 和交易Hash

在默克樹樹結(jié)構(gòu)和形成交易哈希里面也使用到了哈希算法。

上圖的默克樹中，最底層有4個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，最左邊H A下面有個(gè)Hash（TxA），意思是：Tx表示交易，A表示交易編號(hào)。

假設(shè)現(xiàn)在使用的哈希算法是SHA-256，那么交易產(chǎn)生時(shí)，會(huì)對(duì)HA、HB分別進(jìn)行哈希計(jì)算，會(huì)分別得到2個(gè)由256個(gè)0和1組成的字符串。同理，HC、HD也會(huì)得到相應(yīng)的字符串，這樣四個(gè)交易會(huì)形成總的默克爾根。

區(qū)塊鏈（哈希鏈）

大家都知道在區(qū)塊鏈中，每個(gè)區(qū)塊都是一環(huán)套一環(huán)銜接上去的，就像一個(gè)鏈條一樣。我們通過下面的圖片，具體分析一下。

從圖中可以看出鏈的順序是從下往上增長的，最下面塊的高度是277314，這個(gè)區(qū)塊里面包含上一個(gè)區(qū)塊的哈希值：0000…0bdf（紅框1），這里的0000…0bdf是上一個(gè)區(qū)塊（277312）區(qū)塊頭的哈希值。

同理，277315區(qū)塊里面包含的 上一區(qū)塊頭哈希值：0000…2249（紅框3），也是區(qū)塊277314的區(qū)塊頭哈希值，即：0000…2249（紅框2）。同理277316區(qū)塊也是這樣的情況，這也是我們第一節(jié)希望大家多理解的問題。

這樣的情況就保證了任何人可以從某一個(gè)區(qū)塊中，找到這個(gè)區(qū)塊里面包含的 上一區(qū)塊的哈希值，也就是其父區(qū)塊。

現(xiàn)在我們討論的問題都是針對(duì)于區(qū)塊鏈沒有分叉的一個(gè)情況，到后面我們?cè)敿?xì)分析區(qū)塊鏈分叉之后情況又是怎樣的。

通過這三個(gè)區(qū)塊我們能發(fā)現(xiàn)，從某種程度上來說區(qū)塊鏈就是一個(gè)哈希鏈。最新產(chǎn)生的區(qū)塊通過哈希值指向上一個(gè)區(qū)塊，上一個(gè)區(qū)塊在指向上上一個(gè)區(qū)塊……一直指向創(chuàng)世區(qū)塊。通過這個(gè)關(guān)系，這些區(qū)塊形成了鏈條，也就是我們常說的區(qū)塊鏈。

這是哈希算法在區(qū)塊鏈中常用到的具體應(yīng)用，大家可以預(yù)先想一下，為什么區(qū)塊鏈中會(huì)使用哈希算法，而不是其他算法呢？后面的課程我們會(huì)給大家進(jìn)行解答。

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