区块链第二版：增加工作量证明

本章源代码地址：[https://github.com/daleboy/blockchain2]

undefined前言

区块链的一个关键点就是，一个人必须经过一系列困难的工作，才能将数据放入到区块链中。正是这种困难的工作，才使得区块链是安全和一致的。此外，完成这个工作的人也会获得奖励（这也就是通过挖矿获得币）。第一版的区块链加入区块太容易了，这会导致上链变得轻而易举，那么各种无意义的区块将充斥于区块链，使得区块链无意义地膨胀，反而会挤压有效区块的空间和计算资源。

整个 “努力工作并进行证明” 的机制，就叫做工作量证明（proof-of-work）。寻求证明（寻找有效哈希），就是实际要做的事情，在比特币中，称为“挖矿”。

undefined哈希计算

在区块链中，哈希被用于保证一个块的一致性。哈希算法的输入数据包含了前一个块的哈希，因此使得不太可能（或者，至少很困难）去修改链中的一个块：因为如果一个人想要修改前面一个块的哈希，那么他必须要重新计算这个块以及后面所有块的哈希。

比特币使用Hashcash，一个最初用来防止垃圾邮件的工作量证明算法。它可以被分解为以下步骤：

取一些公开的数据（比如，如果是 email 的话，它可以是接收者的邮件地址；在比特币中，它是区块头）
给这个公开数据添加一个计数器。计数器默认从 0 开始
将 data(数据) 和 counter(计数器) 组合到一起，获得一个哈希
检查哈希是否符合一定的条件： 1.如果符合条件，结束 2.如果不符合，增加计数器，重复步骤 3-4

因此，这是一个暴力算法：改变计数器，计算一个新的哈希，检查，增加计数器，计算一个哈希，检查，如此反复。这也是为什么说它是在计算上是非常昂贵的，因为这一步需要如此反复不断地计算和检查。

现在，让我们来仔细看一下一个哈希要满足的必要条件。在原始的 Hashcash 实现中，它的要求是 “一个哈希的前 20 位必须是 0”。在比特币中，这个要求会随着时间而不断变化。因为按照设计，必须保证每 10 分钟生成一个块，而不论计算能力会随着时间增长，或者是会有越来越多的矿工进入网络，所以需要动态调整这个必要条件。

undefinedPOW实现

我们看看一个第一版的block的结构：

（1）Timestamp，为时间戳，容易获得

（2）Data，为实际有效信息，上链前由上链者提交

（3）PrevBlockHash，上一个区块的哈希，已经存在，直接获得

（4）Hash，本区块的哈希

显然要增加创建区块的难度，只有在计算本区块的哈希上做文章，为此，区块的结构添加一个计数器nonce。假设将挖矿难度设定为24bit为0，那么挖矿者在获得上链者提交的交易信息后，通过不断调整计数器，计算Timestamp+Data+PrevBlockHash+nonce的哈希，直到该哈希的前三个字节全是0（16进制）的哈希，然后将block提交到链上。

当然，在矿工将block提交到链上之前，检验节点可以进行验证，所挖的矿是否是合格的。本版本的POW实现提供验证方法，在主程序中可以进行验证。

新的block结构：