第一节 比特币—PoW

解决。

先让我们先来了解一下SHA256加密算法：安全散列算法SHA，英译为Secure Hash Algorithm，是由美国国家安全局设计的。美国国家标准与技术研究院发布的一系列密码散列函数，包括SHA1、SHA224、SHA256、SHA384和 SHA512等变体，是一类主要适用于数字签名标准里面定义的数字签名算法，而SHA256加密算法是最适用于比特币的一系列算法。

中本聪在他最原始的比特币论文中写道：“工作量证明过程包括扫描SHA256的哈希数由多少个0开头，每增加一个0，平均工作量都会有指数级的增加，就是24，增加了多少个零就是多少个24乘在一起的倍数的工作量增加，这些将在解一个哈希数，也就是挖一个比特币区块过程中得到证明。”

比特币系统就是靠对于挖矿的哈希值前面加零来控制挖币的总量，不管全网算力如何增加，都能通过在哈希值前面加零来保证平均每十分钟每个区块目前都只能挖出12.5个币，这样建立制度，就自然解决了第二个问题，即比特币发行的问题。

那么比特币是怎样利用密码学挖矿系统来防止重复支付呢？靠挖矿的计算机算力来同时“记账”和盖时间戳，每十分钟挖出一个区块，必须记录这十分钟全网的比特币交易和给每一个交易盖上时间戳，每一笔交易必须通过全网产生区块的节点六次确认，才能算合法交易，这样一个庞大的记账和盖时间戳系统，保证了重复支付的不可行。所以，整个比特币系统的挖矿，既保证了比特币的正常发行，也保证了它的记账，从而避免了重复支付的可能。

第三个问题，即保护比特币系统不受恶意攻击的问题。所谓挖矿的矿工，也就是记账员，其实矿工对于比特币世界还有一个重要的功能就是保护，按照中本聪最初的比特币系统协议，必须持有全网51%算力的人，才有可能攻击比特币系统，并造成重复支付，也就是造假币。据比特币资深挖矿人士透露，当前算力成本每年维持1THash/s约需要2500元人民币，即现在比特币全网算力的年成本约540亿元人民币，这是保护比特币系统的基础力量，也是它现有价值的支撑。

三、全网共识下区块链的延长

PoW共识机制之下，比特币的区块链延长依赖于算力的持续输出，约每10分钟全球比特币网络都会根据新发现的区块达成一次共识。

由于区块链使用的是点对点网络传输机制，因此一个新的区块链的发现将由近及远地被广播到全球其他区块链节点。但比特币中仅对新区块的区块头格式有所限定，并不限制具体答案，因此会出现全球不同地方的节点几乎同时算得了新区块中的有效区块头数值。

由于传播的先后关系，全球的比特币区块链节点被分裂成了两个阵营。这个时候的状况就是区块链的分叉，相当于全网络在这一时间段形成了两个不同的认识。各个节点在各自的认识基础上会马上进入计算下一个有效区块的流程当中，从而抢夺下一个区块的奖励。这时，若原本在某个区域的节点算出了有效区块，会向全网广播。

PoW工作量证明机制的原理就在于算法中要求了所有参与者通过贡献算力来竞争记账权，而最终的共识来自对最长链的认可。因此，即使出现了分叉也并不会持续存在，从而确保了共识机制的长期稳定。