區(qū)塊鏈共識機(jī)制之POW算法

程 瑤，高麗芬，胡全貴

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100000；2.北京國網(wǎng)信通埃森哲信息技術(shù)有限公司，北京 100000）

1 工作量證明的原理

POW是區(qū)塊鏈主流共識算法：工作量證明POW、權(quán)益POS、股份授權(quán)證明DPOS中一種，是由算力決定區(qū)塊的記賬權(quán)歸屬那個節(jié)點(diǎn)所有，那個節(jié)點(diǎn)先算出哈希函數(shù)的下一個隨機(jī)數(shù)數(shù)值，得到收益，即俗稱的“挖礦”。

例如以下的區(qū)塊鏈中一個區(qū)塊的基本結(jié)構(gòu)：

以上區(qū)塊信息中“Nonce”就是這個隨機(jī)數(shù)，各個節(jié)點(diǎn)通過算力計(jì)算出下一個區(qū)塊的Nonce，即擁有該區(qū)塊記賬打包的權(quán)利，并獲得Block Reward。

2 工作量證明函數(shù)

POW采用SHA256對區(qū)塊頭做雙重運(yùn)算，而SHA256是單向函數(shù)，所以結(jié)果很難計(jì)算出來。節(jié)點(diǎn)在挖礦過程中，當(dāng)隨機(jī)生成的Hash值小于難度值則挖礦成功，例如以下節(jié)點(diǎn)挖礦的函數(shù)：

在以上函數(shù)中，當(dāng)hashInt小于Block里面的target，則跳出循環(huán)，輸出計(jì)算得出的nonce數(shù)值，即挖礦成功，得到挖礦的收益。

3 工作量證明過程

3.1 創(chuàng)始區(qū)塊

區(qū)塊作為區(qū)塊鏈存儲結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素，收尾相接促成單向鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)，第一個元素為創(chuàng)始區(qū)塊，包塊共識機(jī)制的設(shè)置，出塊時間，礦工收益等初始參數(shù)設(shè)置。例如以下為一個區(qū)塊的創(chuàng)始區(qū)塊：

3.2 生成鑄幣交易

注釋：coinbaseTx 新建一鑄幣交易對象。

3.3 調(diào)整Nonce數(shù)值

采用SHA256對區(qū)塊頭做雙重運(yùn)算，當(dāng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出的隨機(jī)數(shù)小于小于設(shè)置的難度值時，則挖礦成功。