比特币和区块链:矿工实际解决了什么数学难题?

crawler
crawler 2018-10-12 12:09
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作者;cryptovest
原文:https://steemit.com/bitcoin/@cryptovest/bitcoin-and-blockchain-what-math-puzzle-do-miners-actually-solve
在这篇文章中,我们将尝试用简单的术语来分解区块链和比特币的机制。假定读者熟悉一些基本的密码学和区块链相关的术语。今天,我将特别关注交易验证和挖矿奖励。矿工通过解决复杂的数学难题验证交易,第一个矿工解决这个难题是奖励与全新的硬币又名处女硬币。这种新硬币的创造有点相当于政府打印纸币,或者像经济学家所说的那样,量化宽松。政府可以随意打印货币导致通货膨胀和货币贬值。但是比特币经济中的货币创造是以这样一种方式预先定义的,即总供给接近2140 万(准确的说是20.99999998万)到2140年。之后就不会有硬币了。控制供应和价格是不可能的。在下图中,绿线表示随着时间的推移BTC供应。
可分性,可移植性,可互换性,稀缺性,对供应操纵的抵制性和分布式权威等等,使得比特币成为政府发行的纸质(或数字)货币的优越形式。
现在,比特币经济如何赚钱?我得到的最普遍的答案是,矿工们通过解决数学难题而获得奖励,他们为比特币区块链增加了一个新的区块。那个数学难题我们究竟意味着什么?我们会在这篇文章的末尾看到。
比特币概述

图: 比特币概述
下面的图片展示了比特币对等网络和连接的参与者,比特币用户用他的私钥发布和传递的交易,以及矿工对交易的验证。
图: 显示各种节点类型,网关和协议的扩展比特币网络
以下是比特币网络中连接参与者的扩展插图:
假设Alice将1 BTC转账给Bob以换取高端游戏笔记本电脑,Pete转让0.001 BTC作为披萨,还有更多这样的交易。目前一个区块由大约1000-2500个交易组成。现在让我们看看矿工如何验证交易。换句话说,矿工检查发行人是否是相关比特币地址的合法所有者(私钥持有人)。矿工验证所有这些交易,并在一个块中包含。如果矿工可以将此块添加到现有的块(称为区块链),则会根据其计算进行奖励。矿工基本上:
Alice(或任何其他人)钱包应用程序创建的交易长度为258个字节,并包含确认资金所有权和分配新所有者所需的所有内容。现在,交易必须传输到比特币网络,在那里它将成为分布式账本(区块链)的一部分。
我们现在详细地讨论哈希。截至目前,Block#472391区块链中最新区块的哈希值是:
0000000000000000014228823553852a90563fe84da5f0a5aa4832e85f68b1b5
注意开始处的一堆零。简而言之,矿工需要选择一个随机数(nonce),使得由sha256(sha256(data + nonce))生成的散列以0的数字
(十三)开始。这个难度级别根据平均需要多少时间才能找到一个块来改变。随着网络联合开采能力的增加,难度也随之增加,反之亦然。下图说明了块的形成
我们现在来看看等待交易的哈希:
图片来源:维基百科
Block 472391的Merkle根源是:
假设我们想找到下一个块(块472392)。所以我们采取472391块的散列,事务根(等待包含在块472392中的所有事务,时间戳(我们将在图中忽略),我们有(向右滚动看整行):
现在连接1到上面的字符串(为了便于阅读,缩短了它):
通过SA256运行,看它是否符合难度要求,即从一堆0开始。尝试2,3,4等,直到找到满足难度条件的数字。我不是如何计算机(矿工)这个随机数猜测。Block 472391中的这个随机数是1900492548,由F2Pool找到。
猜数1900492548正在解决复杂的数学问题
这个随机数不是唯一的,即可以找到多个满足难度条件的数字(随机数)。该块被添加到区块链和矿工被授予12.5 BTC。

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