一、如何分析区块链共识(常见的区块链共识机制)

区块链共识机制之一：POW工作量证明机制

区块链可以理解为一个不可篡改的公共账本，所有参与者都能验证交易并进行记账，即为分布式账本。那到底由谁来记账？又如何保证账本的一致性、准确性呢？也就是区块链的共识机制是如何的？

区块链的共识机制就是解决由谁来记账（构造区块），以及如何维护区块链的一致性问题。目前区块链项目采用的共识机制有多种，如：POW工作量证明机制，POS权益证明机制，DPOS股份授权证明机制等等。本文说明POW工作量证明机制。

区块链的第一个成功应用比特币系统采用的POW工作量证明机制。即以比特币系统为例说明POW机制，首先比特币系统有一套激励机制让所有参与者竞争记账的权利，即谁拥有记账权谁将获取构造新区块的比特币奖励（目前奖励为12.5比特币），同时获取新区块内所有交易的手续费作为奖励。

参与者如何竞争记账权利呢？参与者通过自己的算力计算一道数学难题，谁先计算的结果，谁就拥有了记账的权利，也就可获得构造新区块的奖励。这道数学难题就是寻找一个随机数Nonce，使得对区块头的哈希计算的结果小于目标值，Nonce本身是区块头中的一个字段，所以通过不断的尝试Nonce的值，以满足区块头的哈希计算结果小于目标值。通过动态调整目标值，即可调整计算的Nonce值的难度。

关于哈希计算Nonce的过程通常类比为掷筛子游戏，基于参与游戏的筛子的个数通过调整掷得筛子的点数可调整游戏的难度。例如：100个人参与掷筛子，总共有100个筛子，要求掷得点数为100为赢，则100个人谁先掷得点数100即为胜利者，即拥有了记账权。如果发现大家掷出100点的时间太快，则可增加难度，要求掷得点数为80为赢。如果又有100个人参与游戏，则游戏中增加了筛子数，如：筛子数增加为200个，同样通过设置掷得点数来调整游戏的难度。

筛子类似于比特币网络的算力，掷得点数类似于比特币网络可动态调整的目标值。

区块链以最长的链条视为正确的链条，如果存在同时出现两个区块，会暂时并行记录两个区块，后续再生成的区块基于其中的某一个区块，将会形成的最长的链条作为一致性的链条，另外一个区块将会被丢弃，比特币是基于6个区块的确认，所以被丢弃的区块将不会获得比特币系统的奖励，也就是白白将竞争记账权的算力（电费）浪费了。基于工作量的激励，参与者必然尽最大能力构造正确的区块，也就是满足区块链的一致性。即全网的所有用户可以达成唯一的一致性的公共账本。

目前比特币系统全网算力已达到惊人的24.75EH/s，其中1E=1000P，1P=1000T，1T=1000G，1G=1000M，1M=1000K，1K=1000，H/s为每秒一次哈希计算（哈希碰撞），也就是每秒进行24.75E次哈希计算，且仍有持续的算力加入比特币系统。比特币记账权的竞争，提供算力的硬件从CPU，GPU，专业矿机，矿池。目前单机版的专业矿机已无法竞争到记账权，必须由多台矿机组合为矿池才能竞争到记账权。

区块链技术的共识算法的形成方式是怎样的？

重庆金窝窝分析共识算法的形成方式如下：

区块链的共识机制，就是所有分布式节之间怎么达成共识，通过算法来生成和更新数据，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。

区块链主要包括四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。

区块链技术中的共识模型是什么？

重庆金窝窝分析区块链技术中的共识模型如下：

每个节点交换数据过程不被篡改；交换历史记录不可被篡改；

每个节点的数据会同步到最新数据，且承认经过共识的最新数据；

基于少数服从多数的原则，整体节点维护的数据本身客观反映了交换历史。

区块链几大共识机制及优缺点

首先，没有一种共识机制是完美无缺的，各共识机制都有其优缺点，有些共识机制是为解决一些特定的问题而生。

1.pow(ProofofWork）工作量证明

一句话介绍：干的越多，收的越多。

依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50%节点出错。

优点：

1)算法简单，容易实现；

2)节点间无需交换额外的信息即可达成共识；

3)破坏系统需要投入极大的成本；

缺点：

1)浪费能源；

2)区块的确认时间难以缩短；

3)新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临比特币的算力攻击；

4)容易产生分叉，需要等待多个确认；

5)永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性；

2.POSProofofStake，权益证明

一句话介绍：持有越多，获得越多。

主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，相对于PoW，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升，但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度

优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要大量消耗能源挖矿。

缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点；所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响。例如，以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出现，事实上证明了此次硬分叉的失败。

DPOS与POS原理相同，只是选了一些“人大代表”。

BitShares社区首先提出了DPoS机制。

与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。

DPoS的工作原理为：

去中心化表示每个股东按其持股比例拥有影响力，51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标，每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费，一名代表将获得1股作为报酬。

网络延迟有可能使某些代表没能及时广播他们的区块，而这将导致区块链分叉。然而，这不太可能发生，因为制造区块的代表可以与制造前后区块的代表建立直接连接。建立这种与你之后的代表(也许也包括其后的那名代表)的直接连接是为了确保你能得到报酬。

该模式可以每30秒产生一个新区块，并且在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小，即使发生也可以在几分钟内得到解决。

成为代表：

成为一名代表，你必须在网络上注册你的公钥，然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的“头部”引用。

授权选票：

每个钱包有一个参数设置窗口，在该窗口里用户可以选择一个或更多的代表，并将其分级。一经设定，用户所做的每笔交易将把选票从“输入代表”转移至“输出代表”。一般情况下，用户不会创建特别以投票为目的的交易，因为那将耗费他们一笔交易费。但在紧急情况下，某些用户可能觉得通过支付费用这一更积极的方式来改变他们的投票是值得的。

保持代表诚实：

每个钱包将显示一个状态指示器，让用户知道他们的代表表现如何。如果他们错过了太多的区块，那么系统将会推荐用户去换一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区块，那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。

抵抗攻击：

在抵抗攻击上，因为前100名代表所获得的权力权是相同的，每名代表都有一份相等的投票权。因此，无法通过获得超过1%的选票而将权力集中到一个单一代表上。因为只有100名代表，可以想象一个攻击者对每名轮到生产区块的代表依次进行拒绝服务攻击。幸运的是，由于事实上每名代表的标识是其公钥而非IP地址，这种特定攻击的威胁很容易被减轻。这将使确定DDOS攻击目标更为困难。而代表之间的潜在直接连接，将使妨碍他们生产区块变得更为困难。

优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。

缺点：整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的。

3.PBFT：PracticalByzantineFaultTolerance，实用拜占庭容错

介绍：在保证活性和安全性（livenesssafety）的前提下提供了(n-1)/3的容错性。

在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算机（Coordinator/Commander）或成员计算机（Member/Lieutanent）可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性。

拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这无法找到一个绝对的答案，但只可以用来验证一个机制的有效程度。

而拜占庭问题的可能解决方法为：

在N≥3F+1的情况下一致性是可能解决。其中，N为计算机总数，F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后，各计算机列出所有得到的信息，以大多数的结果作为解决办法。

1）系统运转可以脱离币的存在，pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保证。

2）共识的时延大约在2~5秒钟，基本达到商用实时处理的要求。

3）共识效率高，可满足高频交易量的需求。

缺点：

1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；

2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据

下面说两个国产的吧~

4.dBFT：delegatedBFT授权拜占庭容错算法

介绍：小蚁采用的dBFT机制，是由权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。

此算法在PBFT基础上进行了以下改进：

将C/S架构的请求响应模式，改进为适合P2P网络的对等节点模式；

将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点；

为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识参与节点（记账节点）；

在区块链中引入数字证书，解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。

优点：

1)专业化的记账人；

2)可以容忍任何类型的错误；

3)记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分叉；

4)算法的可靠性有严格的数学证明；

缺点：

1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；

2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据；

以上总结来说，dBFT机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。

5.POOL验证池

基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。

优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基础上，实现秒级共识验证。

缺点：去中心化程度不如bictoin；更适合多方参与的多中心商业模式。

什么是区块链共识？

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

区块链作为一种按时间顺序存储数据的数据结构，可支持不同的共识机制。共识机制是区块链技术的重要组件。区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：

1）一致性。所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。

2）有效性。由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。

二、区块链如何形成共识(区块链共识机制是什么)

区块链常见的三大共识机制

区块链是建立在P2P网络，由节点参与的分布式账本系统，最大的特点是“去中心化”。也就是说在区块链系统中，用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间，无需建立彼此之间的信任，只需依靠区块链协议系统就能实现交易。

可是，要如何保证账本的准确性，权威性，以及可靠性？区块链网络上的节点为什么要参与记账？节点如果造假怎么办？如何防止账本被篡改？如何保证节点间的数据一致性？……这些都是区块链在建立“去中心化”交易时需要解决的问题，由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”，就是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；当出现意见不一致时，在没有中心控制的情况下，若干个节点参与决策达成共识，即在互相没有信任基础的个体之间如何建立信任关系。

区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时候都反应出全网的状态。

目前为止，区块链共识机制主要有以下几种：POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT（实用拜占庭容错算法）、dBFT、DAG（有向无环图）

接下来我们主要说说常见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念：

工作量证明机制（Proofofwork），最早是一个经济学名词，指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作，通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出，并通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。

应用：

POW最著名的应用当属比特币。在比特币网络中，在Block的生成过程中，矿工需要解决复杂的密码数学难题，寻找到一个符合要求的BlockHash由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。这期间需要经过大量尝试计算（工作量），计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻找合理hash是一个概率事件，当节点拥有占全网n%的算力时，该节点即有n/100的概率找到BlockHash。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则表明已经有节点成功解迷，自己就不再竞争当前区块，而是选择接受这个区块，记录到自己的账本中，然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块，才会添加的账本中，其他的节点进行复制，以此保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。

优缺点

优点：结果能被快速验证，系统承担的节点量大，作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺点：需要消耗大量的算法，达成共识的周期较长

概念：

权益证明机制（ProofofStake），要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。

应用：

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin（点点币），是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式，采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全。

为了实现POS，SunnyKing借鉴于中本聪的Coinbase，专门设计了一种特殊类型交易，叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理，其中币龄指的是货币的持有时间段，假如你拥有10个币，并且持有10天，那你就收集到了100天的币龄。如果你使用了这10个币，币龄被消耗（销毁）了。

优缺点：

优点：缩短达成共识所需的时间，比工作量证明更加节约能源。

缺点：本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，转账真实性较难保证

概念：

授权股权证明机制（DelegatedProofofStake），与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。

授权股权证明在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。

同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

应用：

比特股（Bitshare）是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个（N通常定义为101）候选者可以当选为见证人，当选见证人的个数（N）需满足：至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期（1天）更新一次。见证人然后随机排列，每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人（矿池），只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机，或者试图利用手中的权力作恶。

优缺点：

优点：缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证

缺点：中心程度较弱，安全性相比POW较弱，同时节点代理是人为选出的，公平性相比POS较低，同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。

深入了解区块链的共识机制及算法原理

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

要想整个区块链网络节点维持一份相同的数据，同时保证每个参与者的公平性，整个体系的所有参与者必须要有统一的协议，也就是我们这里要将的共识算法。比特币所有的节点都遵循统一的协议规范。协议规范（共识算法）由相关的共识规则组成，这些规则可以分为两个大的核心：工作量证明与最长链机制。所有规则（共识）的最终体现就是比特币的最长链。共识算法的目的就是保证比特币不停地在最长链条上运转，从而保证整个记账系统的一致性和可靠性。

区块链中的用户进行交易时不需要考虑对方的信用、不需要信任对方，也无需一个可信的中介机构或中央机构，只需要依据区块链协议即可实现交易。这种不需要可信第三方中介就可以顺利交易的前提是区块链的共识机制，即在互不了解、信任的市场环境中，参与交易的各节点出于对自身利益考虑，没有任何违规作弊的动机、行为，因此各节点会主动自觉遵守预先设定的规则，来判断每一笔交易的真实性和可靠性，并将检验通过的记录写入到区块链中。各节点的利益各不相同，逻辑上将它们没有合谋欺骗作弊的动机产生，而当网络中有的节点拥有公共信誉时，这一点尤为明显。区块链技术运用基于数学原理的共识算法，在节点之间建立“信任”网络，利用技术手段从而实现一种创新式的信用网络。

目前区款连行业内主流的共识算法机制包含：工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制和Pool验证池这四大类。

工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。然而，由于工作量证明机制在比特币网络中的应用已经吸引了全球计算机大部分的算力，其他想尝试使用该机制的区块链应用很难获得同样规模的算力来维持自身的安全。同时，基于工作量证明机制的挖矿行为还造成了大量的资源浪费，达成共识所需要的周期也较长，因此该机制并不适合商业应用。

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin，该加密电子货币采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全，这是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。因此，PoS机制并没有从根本上解决PoW机制难以应用于商业领域的问题。

股份授权证明机制是一种新的保障网络安全的共识机制。它在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。

股份授权证明机制与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。然而，该共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题，因为该共识机制无法摆脱对于代币的依赖，而在很多商业应用中并不需要代币的存在。

Pool验证池基于传统的分布式一致性技术建立，并辅之以数据验证机制，是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。

Pool验证池不需要依赖代币就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上，可以实现秒级共识验证，更适合有多方参与的多中心商业模式。不过，Pool验证池也存在一些不足，例如该共识机制能够实现的分布式程度不如PoW机制等

这里主要讲解区块链工作量证明机制的一些算法原理以及比特币网络是如何证明自己的工作量的，希望大家能够对共识算法有一个基本的认识。

工作量证明系统的主要特征是客户端要做一定难度的工作来得到一个结果，验证方则很容易通过结果来检查客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性：工作对于请求方是适中中的，对于验证方是易于验证的。它与验证码不同，验证码是易于被人类解决而不是易于被计算机解决。

下图所示的为工作量证明流程。

举个例子，给个一个基本的字符创“hello，world！”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符创后面添加一个叫做nonce（随机数）的整数值，对变更后（添加nonce）的字符创进行SHA-256运算，如果得到的结果（一十六进制的形式表示）以“0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标，需要不停地递增nonce值，对得到的字符创进行SHA-256哈希运算。按照这个规则，需要经过4251次运算，才能找到前导为4个0的哈希散列。

通过这个示例我们对工作量证明机制有了一个初步的理解。有人或许认为如果工作量证明只是这样一个过程，那是不是只要记住nonce为4521使计算能通过验证就行了，当然不是了，这只是一个例子。

下面我们将输入简单的变更为”Hello,World!+整数值”，整数值取1~1000，也就是说将输入变成一个1~1000的数组：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后对数组中的每一个输入依次进行上面的工作量证明—找到前导为4个0的哈希散列。

由于哈希值伪随机的特性，根据概率论的相关知识容易计算出，预计要进行2的16次方次数的尝试，才能得到前导为4个0的哈希散列。而统计一下刚刚进行的1000次计算的实际结果会发现，进行计算的平均次数为66958次，十分接近2的16次方（65536）。在这个例子中，数学期望的计算次数实际就是要求的“工作量”，重复进行多次的工作量证明会是一个符合统计学规律的概率事件。

统计输入的字符创与得到对应目标结果实际使用的计算次数如下：

对于比特币网络中的任何节点，如果想生成一个新的区块加入到区块链中，则必须解决出比特币网络出的这道谜题。这道题的关键要素是工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块是这道题的输入数据，难度值决定了解这道题的所需要的计算量。

比特币网络中使用的工作量证明函数正是上文提及的SHA-256。区块其实就是在工作量证明环节产生的。旷工通过不停地构造区块数据，检验每次计算出的结果是否满足要求的工作量，从而判断该区块是不是符合网络难度。区块头即比特币工作量证明函数的输入数据。

难度值是矿工们挖掘的重要参考指标，它决定了旷工需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币网络大约每10分钟生成一个区块，如果在不同的全网算力条件下，新区块的产生基本都保持这个速度，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。总的原则即为无论挖矿能力如何，使得网络始终保持10分钟产生一个新区块。

难度值的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每隔2016个区块，所有节点都会按照统一的格式自动调整难度值，这个公式是由最新产生的2016个区块的花费时长与期望时长（按每10分钟产生一个取款，则期望时长为20160分钟）比较得出来的，根据实际时长一期望时长的比值进行调整。也就是说，如果区块产生的速度比10分钟快，则增加难度值；反正，则降低难度值。用公式来表达如下：

新难度值=旧难度值*（20160分钟/过去2016个区块花费时长）。

工作量证明需要有一个目标值。比特币工作量证明的目标值（Target）的计算公式如下：

目标值=最大目标值/难度值，其中最大目标值为一个恒定值0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

目标值的大小与难度值成反比，比特币工作量证明的达成就是矿中计算出来的区块哈希值必须小于目标值。

我们也可以将比特币工作量的过程简单的理解成，通过不停变更区块头（即尝试不同nonce值）并将其作为输入，进行SHA-256哈希运算，找出一个有特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0），而要求的前导0个数越多，难度越大。

可以把比特币将这道工作量证明谜题的步骤大致归纳如下：

该过程可以用下图表示：

比特币的工作量证明，就是我们俗称“挖矿”所做的主要工作。理解工作量证明机制，将为我们进一步理解比特币区块链的共识机制奠定基础。

区块链的共识机制

1.网络上的交易信息如何确认并达成共识？?

虽然经常提到共识机制，但是对于共识机制的含义和理解却并清楚。因此需要就共识机制的相关概念原理和实现方法有所理解。?

区块链的交易信息是通过网络广播传输到网络中各个节点的，在整个网络节点中如何对广播的信息进行确认并达成共识最终写入区块呢？?如果没有相应的可靠安全的实现机制，那么就难以实现其基本的功能，因此共识机制是整个网络运行下去的一个关键。

共识机制解决了区块链如何在分布式场景下达成一致性的问题。区块链能在众多节点达到一种较为平衡的状态也是因为共识机制。那么共识机制是如何在在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题呢？?

当分布式的思想被提出来时，人们就开始根据FLP定理和CAP定理设计共识算法。规范的说，理想的分布式系统的一致性应该满足以下三点：

1.可终止性（Termination）：一致性的结果可在有限时间内完成。

2.共识性(Consensus)：不同节点最终完成决策的结果应该相同。

3.合法性(Validity)：决策的结果必须是其他进程提出的提案。

但是在实际的计算机集群中，可能会存在以下问题:

1.节点处理事务的能力不同，网络节点数据的吞吐量有差异

2.节点间通讯的信道可能不安全

3.可能会有作恶节点出现

4.当异步处理能力达到高度一致时，系统的可扩展性就会变差（容不下新节点的加入）。

科学家认为，在分布式场景下达成完全一致性是不可能的。但是工程学家可以牺牲一部分代价来换取分布式场景的一致性，上述的两大定理也是这种思想，所以基于区块链设计的各种公式机制都可以看作牺牲那一部分代价来换取多适合的一致性，我的想法是可以在这种思想上进行一个灵活的变换，即在适当的时间空间牺牲一部分代价换取适应于当时场景的一致性，可以实现灵活的区块链系统，即可插拔式的区块链系统。今天就介绍一下我对各种共识机制的看法和分析，分布式系统中有无作恶节点分为拜占庭容错和非拜占庭容错机制。

FLP定理即FLP不可能性，它证明了在分布式情景下，无论任何算法，即使是只有一个进程挂掉，对于其他非失败进程，都存在着无法达成一致的可能。

FLP基于如下几点假设：

仅可修改一次：?每个进程初始时都记录一个值（0或1）。进程可以接收消息、改动该值、并发送消息，当进程进入decidestate时，其值就不再变化。所有非失败进程都进入decidedstate时，协议成功结束。这里放宽到有一部分进程进入decidedstate就算协议成功。

异步通信：?与同步通信的最大区别是没有时钟、不能时间同步、不能使用超时、不能探测失败、消息可任意延迟、消息可乱序。

通信健壮：只要进程非失败，消息虽会被无限延迟，但最终会被送达；并且消息仅会被送达一次（无重复）。

Fail-Stop模型：进程失败如同宕机，不再处理任何消息。

失败进程数量：最多一个进程失败。

CAP是分布式系统、特别是分布式存储领域中被讨论最多的理论。CAP由EricBrewer在2000年PODC会议上提出，是EricBrewer在Inktomi期间研发搜索引擎、分布式web缓存时得出的关于数据一致性(consistency)、服务可用性(availability)、分区容错性(partition-tolerance)的猜想：

数据一致性(consistency)：如果系统对一个写操作返回成功，那么之后的读请求都必须读到这个新数据；如果返回失败，那么所有读操作都不能读到这个数据，对调用者而言数据具有强一致性(strongconsistency)(又叫原子性atomic、线性一致性linearizableconsistency)[5]

服务可用性(availability)：所有读写请求在一定时间内得到响应，可终止、不会一直等待

分区容错性(partition-tolerance)：在网络分区的情况下，被分隔的节点仍能正常对外服务

在某时刻如果满足AP，分隔的节点同时对外服务但不能相互通信，将导致状态不一致，即不能满足C；如果满足CP，网络分区的情况下为达成C，请求只能一直等待，即不满足A；如果要满足CA，在一定时间内要达到节点状态一致，要求不能出现网络分区，则不能满足P。

C、A、P三者最多只能满足其中两个，和FLP定理一样，CAP定理也指示了一个不可达的结果(impossibilityresult)。

三、区块链怎么挖矿的***区块链挖矿的成本不包括***

区块链是什么，怎么用区块链赚钱？

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。

区块链的赚钱方法：

1、推广赚佣金。

区块链的做法是，首先注册交易所账号，生成自己的邀请链接，然后推广，有人通过你的链接注册了交易所并产生交易的话，你就有佣金。

2、炒币。

炒币就像炒股。炒币是区块链赚钱门槛最低的一种方式。

3、挖矿。

比特币中的“挖矿”就是记账的过程。这个过程需要抢，抢到记账权机会就有奖励，奖励的东西是比特币。这个行为就是“挖矿”。

4、开发钱包。

钱包是区块链的基础设施，就像区块链的“支付宝”或“微信支付”。

拓展资料：

1、区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

2、区块链诞生自中本聪的比特币，自2009年以来，出现了各种各样的类比特币的数字货币，都是基于公有区块链的。

3、2016年1月20日，中国人民银行数字货币研讨会宣布对数字货币研究取得阶段性成果。会议肯定了数字货币在降低传统货币发行等方面的价值，并表示央行在探索发行数字货币。中国人民银行数字货币研讨会的表达大大增强了数字货币行业信心。这是继2013年12月5日央行五部委发布关于防范比特币风险的通知之后，第一次对数字货币表示明确的态度。

区块链——百度百科

天天说挖矿，比特币挖矿流程概述。

通俗易懂的大概流程

如果你之前对挖矿根本没有了解，这段介绍就适合你阅读，进入状态后再进行更深层次的学习。

其实通俗来讲原理很简单，比特币作为一种点对点的电子货币体系，挖矿的过程就是一个纪录数据的过程，因为整个系统是开放的，人人可参与的，所以人人都可以进行挖矿，虽然理论上人人都可以参与，但无利不起早没有人会平白无故的参与到网络的建设中，中本聪就利用Hash函数设计了一种激励和竞争方式。

大家都进行数据的处理工作，谁处理的又快又准确，谁就获得记账权，同时获得该区块的奖励。既有奖励又有竞争才使得比特币网络得以正常运转。

想要竞争成功就要经历几个基本的流程。

一、首先你要将没有被记录的交易信息检查并归集到一个数据块中。

二、数据块打包好后，进行哈希运算，算出哈希值，哈希值这个概念在昨天文章中已经详细的介绍过。

三、算出哈希值后进行全网广播，其他矿工接收到后进行验证，验证没有问题就会将这一个数据块连接到整个区块链上，就可以获得这个区块的奖励了。

大致过程了解后就可以开始详细的了解整个过程了。

开始挖矿前的准备工作

这里所说的准备，可不是让你准备买矿机或者给矿机通电，说的是在进行POW工作量证明之前记账节点所作的准备工作。也就是前面流程的第一步的具体解释。

想要收集齐全交易信息，第一步就是收集广播中还没有被记录账本的原始交易信息。收集完成后就要自己先进行验证，主要验证两个方面，1.每个交易信息中的付款地址有没有足够付款的余额。2.验证交易是否有正确的签名。这两项必不可少，通俗一点就是你给别人打钱银行需要确认的就是两点，你账号里到底有没有那么多钱，是不是你本人或本人同意的行为。

这两项验证完后就可以将验证好的数据进行打包，打包完成后当然没有完，因为还有对于矿工来说最最重要的一步，添加一个奖励交易，写一个给自己地址增加6.25枚比特币的交易。

如果你竞争成功，那么你的账户地址内就会增加6.25枚比特币，在这里也顺便提一下减半，最开始一个区块的记账奖励是50个比特币，比特币大概每4年奖励就进行减半，前一段时间的减半过后比特币一个区块的奖励已经变成了6.25枚。

值得一提的是前两次减半后都伴随着牛市的来临，现在第三次减半已过，在之后会有什么样的变化呢？

准备工作完成后就要正式的争夺了

因为10分钟左右就一个记账的名额，在这个阶段全世界的矿工，都进行着一场没有硝烟的战争。

那这场仗怎么打呢？其实就是计算Hash函数，矿工算力的比拼，所以说在比特币网络哪里都离不开Hash函数。为了保证在10分钟只有一个人能够成功，这个哈希函数的难度必须适当。直接哈希难度过低，所以规定Hash出的结果必须以若干个0构成。

可能直接这么说开头若干个0还没有什么难度概念，那就简单分析一下，进行这样的计算有多难，也就顺便可以解释为什么单打独斗的矿工已经不吃香了。

Hash值跟平常我们设置的密码要求相似，是由数字、字母组成，其中字母区分大小写。也就是说每一位都有62种可能，哈希运算本质就是试错，相当于给你一个不限出错次数的手机让你开锁一样。而比特币的哈希值是以18个0开头的，理论上需要进行62的18次方，这个数字在普通计算器上都是以科学计数法显示的，结果为1.832527122*10的32次方。

指数爆炸式的运算次数增长保证了其挖矿的难度。同时也因为难度大带来了一些争议，有人就会说耗费那么大却不产生价值，之前挖矿还在一份意见征集稿中放到了落后产能里。可以说对于挖矿行业的争议是一直存在的。

最后一步验证

找到哈希值后，进行广播打包区块，网络节点就会进行验证。

情况无非就是两种，一种是验证通过，那么表明这个区块成功挖出，其他矿工就不再竞争，选择接受这个区块，将这个区块进行记录，挖出这个区块的矿工就获得了该区块的奖励，并且进入下一个区块的竞争。

另外一种就是不通过，那么前面的那些工作都白费了，投入的成本就没有办法收回，所以矿工们都自觉的遵守着打包和验证的规则，因为作恶成本较高，也就维护了比特币网络的安全。

相信你读完文章已经大致了解了比特币挖矿的整个流程，不过挖矿实际操作起来又是另一个概念了，其中什么时候适合进场挖矿、入手什么样的矿机进行挖矿、通过什么样的方式参与挖矿都是有一定学问的。

挖矿有风险投资需谨慎呀，搞懂再行动，没搞懂之前就要多学习。

区块链挖矿是什么?区块链如何挖矿

区块链挖矿是什么?区块链如何挖矿

在区块链兴起之前，矿工专指挖煤矿的工人，群体印象是浑身沾满了煤屑，衣服以外都是黝黑皮肤的男人。区块链诞生之后，矿工不再只是煤矿工人的简称，有了一种全新的含义：从事虚拟货币挖矿的人。

对于没有参与过挖矿的人来说，想要了解区块链挖矿可能是比较难的，所以今天我们就从最基础的问题说起：区块链挖矿是什么?区块链如何挖矿?

区块链挖矿是什么?

新时代的挖矿有2种，第一种是挖比特币。每一笔交易发生后，并不算完成，交易数据必须写入数据库，才算成立，对方才能真正收到钱。首先，所有的交易数据都会传送到矿工那里，矿工负责把这些交易写入区块链，完成挖矿获得收益。

第二种则是挖山寨。零币、门罗币、以太币、莱特币、比特股等各种“山寨币”。组装好一台矿机后，连接指定的矿池，根据特定的算法，开始满负荷运算，完成一个计算周期即可获得“一枚”虚拟货币。然后再将“这枚”货币放在网上交易平台，套现。

区块链如何挖矿?

最初的时候，用电脑CPU就可以挖到比特币，比特币的创始人中本聪就是用他的电脑CPU挖出了世界上第一个创世区块。然而，CPU挖矿的时代早已过去，现在的比特币挖矿是ASIC挖矿和大规模集群挖矿的时代。

如果你想成为一名矿工，其实也比较简单，购买一台专用的挖矿设备，就可以开始挖矿了，挖矿不需要亲自动手，实际是由电脑在执行特定的运算，对于矿工来说只要保证矿机电力供应和网络连接就可以了。

区块链挖矿还能赚钱吗?

最初的时候，的确有人通过区块链挖矿致富，但是随着挖矿人数的增多，矿工之间也存在很大的竞争，利润空间被压缩得越来越小，加上挖比特币一台机器上万元，一年也挖不出一个币，投入成本高，产出少，如果又遇上市场行情不利的话，矿工基本亏钱。

因此除了挖矿之外，越来越多的投资者选择投资外汇赚钱，和挖矿不同，外汇的投资成本极低，如巨汇ggfx最低8美金即可交易，做多做空双向操作，无论是涨势还是跌势，投资者都可交易获利。对于时间繁忙又想投资赚钱的人来说也很方便，把巨汇ggfx的MT4交易软件下载到手机上，就能随时通过手机了解最新的市场行情和参与交易，最快秒速成交订单，简单快捷，赚钱的效率极高，所以除了挖矿，这也是不错的致富途径。

挖矿并不是一件容易的事情，挖矿非常消耗资源，因为虚拟货币生成的计算难度非常高，而且在不断的变化，在全球范围内每生成2016个数据块之后，挖掘虚拟货币的难度就会增加一次，所以普通人在加入矿工行列之前，要从各方面多做考虑。

1.简答题区块链技术中的挖矿工作需要具有哪些条件?

区块链技术中的挖矿工作需要具有哪些条件?1)一台蚂蚁矿机S9。2)一个电源，建议官电(蚂蚁官方电源)。3)电源线。4)一台电脑：用于注册矿池账号，登录矿机后台，配置挖矿地址和矿工名。5)路由器。6)网线等。7)注册矿池账号。8)钱包/交易所地址：注册钱包或者交易所账号，获取所挖币种的地址，填写至矿池。若不填写地址，收益将暂时存放矿池

区块链的挖矿是什么意思？

2009年中本聪发明比特币，并且设定了比特币只有2100万个，加入到比特币网络中，通过参与到区块的生产中，提供工作量证明（PoW），即可获得比特币网络的奖励。这个过程即是挖矿。

“挖矿”的概念取自于我们现实经济生活中已有的概念，黄金挖矿、白银挖矿等，因为矿物是有价值的，所以才驱使人们去付出劳动力来挖。

比特币挖矿还有一个重要的点是因为参与挖矿的矿工认可比特币的价值，他们挖矿挖到的比特币市场上有人愿意花钱。所以，比特币的挖矿是有意义的。

扩展资料

比特币的货币特征

1，去中心化

比特币是第一种分布式的虚拟货币，整个网络由用户构成，没有中央银行。去中心化是比特币安全与自由的保证。

2，全世界流通

比特币可以在任意一台接入互联网的电脑上管理。不管身处何方，任何人都可以挖掘、购买、出售或收取比特币。

3，专属所有权

操控比特币需要私钥，它可以被隔离保存在任何存储介质。除了用户自己之外无人可以获取。

4，低交易费用

可以免费汇出比特币，但最终对每笔交易将收取约1比特分的交易费以确保交易更快执行。

5，无隐藏成本

作为由A到B的支付手段，比特币没有繁琐的额度与手续限制。知道对方比特币地址就可以进行支付。

6，跨平台挖掘

用户可以在众多平台上发掘不同硬件的计算能力。

参考资料来源：百度百科-比特币

什么是挖矿，怎么挖矿？

简单来说，挖矿就是利用芯片进行一个与随机数相关的计算，得出答案后以此换取一个虚拟币。虚拟币则可以通过某种途经换取各个国家的货币。运算能力越强的芯片就能越快找到这个随机答案，理论上单位时间内能产出越多的虚拟币。由于关系到随机数，只有恰巧找到答案才能获取奖励。有可能一块芯片下一秒就找到答案，也有可能十块芯片一个星期都没找到答案。越多芯片同时计算就越容易找到答案，内置多芯片的矿机就出现了。而多台矿机组成一个“矿场”同时挖矿更是提高效率。而矿池则是由多个“个体户”加入一个组织一起挖矿，无论谁找到答案挖出虚拟币，所有人同时按贡献的计算能力获得相应的报酬，这种方式能使“个体户”收入更稳定。

举一个通俗的例子：

我在一张纸上随便写一串数字，给出部分提示，谁猜对就给他奖金(挖矿)

聪明的人根据提示能作出更多猜测(计算能力)

有人出钱请许多人回来一起猜测(矿场)

有人召集大家一起猜测，无论谁猜到，按照每个人猜测次数比例分配奖金(矿池)

上面举的例子大家可以看到，越聪明的人能作出越多次猜测，猜到的机会就越大，相应地能获得越多的收益。

我们以比特币为例

比特币网络上进行着大量的交易

这些交易需要被记录到账本中才有效

每10分钟左右会生成一个账单

为了鼓励大家都来帮忙记账

现在规定第一个记下账的“会计”可以获得12.5个比特币的奖励

但是这个账本有一个很复杂的密码

只有第一个破解出密码的人才能记账获取奖励

但因为这个密码太过复杂且没有规律，只能靠猜

于是大家就拼命尝试密码

比特币挖矿就是依靠区块链技术获取比特币。区块链就相当于一个账本，每一个区块就是一页账单，将所有的区块连在一起就是区块链，任何的交易信息转账记录都被记录在区块链里面。比特币挖矿就类似一个寻宝游戏，每隔一段时间，比特币系统就在系统节点上生成一个随机代码，互联网中所有的计算机都可以寻找这个代码，谁只要一找到就会生成一个区块，随即得到一个比特币，这个产生比特币的过程就是“比特币挖矿”。

一般挖矿的种类分为两种，一种是普通挖矿，另一种是云挖矿。普通挖矿就是自己购买设备自行安放进行挖矿，但是这种挖矿牵扯到供电费、主板、显卡、配件、噪音、散热、占地等多方面，比较麻烦，因此不推荐。

和我们比较贴近，也比较适用于我们的就是“云挖矿”。云挖矿就是你在平台付款购买云算力然后坐享其成就可以了，其余的一切事宜皆由平台处理，简便安全。

我们经常看到有矿工为了挖矿，不断升级计算机配置，或者买多台计算机，其实质目的就是为了提高自己的算力。挖矿的过程是每一个矿工，在一个时间段里，和所有的矿工竞争计算那一份比特币，实质就是一个人的算力PK全球的算力，由此可见，挖矿没那么容易。

什么是算力？

在“挖矿”的过程中，我们需要找到其相应的解，而要找到其解，并没有固定算法，只能靠计算机随机的哈希碰撞。一台矿机每秒钟能做多少次哈希碰撞，就是其“算力”的代表，单位写成hash/s。