《比特币白皮书》区块圣经(4)工作量证明(Proof-of-Work)

BIU区块营2019-07-01 06:28:43

《比特币白皮书》

?作者:中本聪
?版源:巴比特译本

?B-0015

?PS:巴比特版《比特币白皮书》下载链接如下?

? ? ? ? ?感谢先驱与布道者们?

? ? ? ? ?链力与你同在:

链接:https://pan.baidu.com/s/1nd0_cW64bPCEwhher8N2Lw

密码:gut5

章节4 工作量证明(Proof-of-Work)


这一章对于我个人而言,我认为是最具有区块链精神的,即机制制衡,诚实多数。而且也堪称是让人荡气回肠(没错,真的是这个词可堪形容)。

之前看到很多类似的科普文章把工作量证明(Proof-of-Work)介绍为算数学题,一人一套五三,谁做得快谁记账,记完大家同步后再开始下一轮。这个说法大意上是很领会了工作量证明(Proof-of-Work—以下简称POW)的真谛。

我们先来看,为什么要有这个叫做工作量证明(Proof-of-Work)的机制的存在呢?区块链世界的最核心权力——记账权,在中本聪的设想中也是最公平化的,它不被任何个体和组织所完全掌控,记账权可以被任何人所获取,当然所掌握算力越多,则获取到这个权力的几率就越大。一台S9和一台PC,后者可能计算几百天才相当于前者一小时的数据,但即使我们使用个人电脑SOLO挖矿,也完全是存在几率可以获得记账权的,当然这种概率小到忽略不计。随机记账权的存在,使其获得(记账同时获得新BTC的铸造权,简单说就是获得BTC报酬)被大家所竞争,竞争者的不断增加,会导致全网总算力不断提升,则任何个体或组织发动51%攻击的可能性就在不断的减小,其发动成本也会不断增加,时至今日,我们可以比较乐观的说51%在可预见的未来发生的概率在不断的减小直至可忽略不计(《现在干不掉,以后也没机会》)。

POW的存在,首先为货币的分发铸造设立了一种较为公平的模式和基本门槛,在记账权争夺过程中(挖矿)消耗的能量也可以被认为是为BTC的铸造加入了一定的成本(赋予基本价值,稀缺性);为共识机制提供一定的门槛和群体裁决机制;为网络(区块链)信息的保存传播和持续提供了随着时间推移不断增强的安全保障(因为区块头和链接机制的存在,如果我们要修改BTC的创世块或其他已经被广播过的块,并使其得到所有人的认可,即使在所有人都会接受修改后数据的情况下,也必须独立完成从创世块开始的所有工作量,并打包广播,最后抢在最长的链之前完成最新的块,这种机制保证了完成越久的块越安全。且随着时间推移,修改或发布虚假信息的可能性在不断的减小直至其可能性忽略不计。关于这一点,白皮书提到了“我们将在后文证明,设想一个较慢的攻击者试图赶上随后的区块,那么其成功概率将呈指数化递减。”)。

当然POW提供的工作量并不是类似一加一或者几成几的数学运算,这对于运算的门槛过于简单且难以量化增减难度,无法实现竞争并以此保证网络安全。

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所以实际上的题目是这样什的:


在进行随机散列运算时,工作量证明机制引入了对某一个特定值的扫描工作,如在SHA-256下,随机散列值以一个或多个0 开始。那么随着0 的数目的上升, 找到这个解所需要的工作量将呈指数增长,但是检验结果仅需要一次随机散列运算。我们在区块中补增一个随机数(Nonce),这个随机数要使得该给定区块的随机散列值出现了所需的那么多个0。我们通过反复尝试来找到这个随机数,找到为止。这样我们就构建了一个工作量证明机制。

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矿机的出现其实并不是POW的设计本意,单个CPU的solo模式,才应该最符合POW的理念,但任何规则的设立都存在其漏洞,固定原则就必然存在被利用的缺陷,因此人们在单个CPU的计算能力难以获得高效挖矿后,就逐渐开始走向矿机,即CPU集成(这一点中国人的“智慧”也发挥了贡献,南瓜张、烤猫等人率先发布并推广的CPU矿机开启了BTC算力的“军备竞赛”,随后出现的ASIC即专用集成芯片,矿机功效比不断飙升)矿机的出现造成了算力的集中和垄断,已经被传统舆论所诟病的“资源浪费”,但也同时大幅提升了BTC网络的生存能力,建立了愈加坚固的安全壁垒,孰是孰非,怕是中本聪也难以分辨吧。


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