第一节 比特币—PoW

得整个系统可用的“工作量证明”。下面是三串无效值的例子：

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在找到一个有效值之前，成百万上亿个更多的类似上面这样的字符串会被计算出来：0000000000000000028ca6ba75ab59da9f0c0ca78c79c84557c03251f0889972那台发现像上面这一行一样的有效哈希值的机器（或者说在前面故事中的城邦），把所有的它所接收到的信息放到一起，并附上自己的信息，以及自己的签名、图章，并向网络中的其他机器广播出去。只要其他网络中的机器接收到并验证通过了这个13个0的哈希值和附着在上面的信息（哈希算法的反向验证有效值的速度远远快于计算出它），一个新的区块就产生了，它们就会停止自己当下的计算，使用新的区块内的信息更新它们的共享账本或者说区块链拷贝，然后把新更新的账本作为下一个哈希算法的输入，再次开始计算哈希值。哈希计算竞赛从一个新的开始点重新开始。如此这般，网络持续同步着，所有网络上的计算机都使用着同一版本的总账。

与此同时，每一次成功找到有效哈希值以及区块链更新的间隔大概是10分钟（这是故意的，算法难度每两周调整一次以保证网络一直需要花费10分钟来找到一个有效的哈希值）。在那10分钟以内，网络上的参与者发送信息并完成交易，并且因为网络上的每一台机器都使用同一个共享账本，所有的这些交易和信息都会进入遍布全网的每一份账本拷贝。当区块链更新并在全网同步之后，所有在之前10分钟内进入区块链的交易也被更新并同步了。因此分散的交易记录是在所有的参与者之间进行对账和同步的。

最后，在个人向网络输入一笔交易的时候，他们使用内嵌在比特币客户端的标准公钥加密工具来通过他们的私钥以及接收者的公钥为这笔交易签名。与之相对应的就是拜占庭将军问题中城邦将军们用来签名和验证消息时所使用的“图章”。因此，哈希计算速率的限制，加上非对称加密，使得一个不可信网络变成了一个可信的网络，使得所有参与者都可以在某些事情上达成一致（比如说攻击时间、一系列的交易、域名记录、政治投票系统，以及任何其他的需要分布式协议的地方）。

反观区块链的解决方案，实际上是将拜占庭将军问题中十个邻邦之间因无法达成共识而产生的不完整的信息链转化成为哈希算法中算得的无效值，通过将无效过程内化到每个节点的自身计算上来减去节点之间无效信息传输的压力。同时工作量证明的哈希算法还通过将每一个新生区块中的信息作为下一次哈希计算的输入值的方式，实现了历史信息的串联，形成了可追溯的链条。就像拜占庭城外十个邻邦中的将军都努力地通过总结拜占庭城的发展历史来研究进攻的战术，其中关于拜占庭城的最新消息也不断地在邻邦之间被传递，但只有最优秀的那一位将军才能够总结出最高效的战术，并将所有他收集到的拜占庭城的信息结合他的战术及攻城计划发布给其他邻邦。其他九个邻邦能轻易地将接收到的战术与拜占庭城的历史资料相对比，从而验证出战术的真实性、有效性并达成共识。当然，那位贡献卓绝的将军应得到更多的战利品，而在比特币的区块链中，那就是计算出新的有效哈希值时所获得的比特币。

二、比特币工作量证明原理

比特币最大的成功之处，在于它解决了一个无国界数字化货币长期以来存在的问题：在没有政府或者中央银行的情况下，如何实现货币交易的追踪，并且防止欺诈行为的出现。

针对这两个问题，中本聪在自己的论文中提供了两套解决方案。一是在网络上建立共享的公共账目，从而对比特币交易进行验证。一旦有比特币在系统中被交易，所有运行比特币交易的人都会第一时间知道这笔交易。二是构建挖矿模式，通俗来讲，挖矿就是利用硬件设备计算SHA256算法的数学难题，确认网络交易，保证整个网络系统的安全，比特币系统会根据矿工贡献算力的大小给予一定的比特币奖励。挖矿的用户需要运行一种高度专业化的比特币软件，通过解决系统中的数学问题来获得比特币，而系统中的数学问题每小时都会被重置。

中本聪在创建比特币时，还需要解决三个核心问题。第一，交易确认。利用互联网P2P协议，防止货币的重复支付，即防止造假币。第二，比特币的发行问题。第三，保护比特币系统不受恶意攻击。通过他的论文我们可以发现，中本聪设计的比特币，通过挖矿、记账、算力保护，从而“一石三鸟”地解决了上述三个核心问题。

首先，中本聪为比特币定制了一套专门的挖矿算法——SHA256加密算法，正是基于这种十六进制的加密算法，比特币的数量问题得到