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挖礦從入門到精通(三):POW挖礦邏輯過程_比特幣

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POW挖礦本質就是構造符合要求的區塊并進行驗證的過程。本期教程將通過介紹比特幣區塊的結構與其打包,驗證過程來解釋POW挖礦的邏輯過程。

區塊結構

2019-09-1914:49:20爆出的比特幣區塊來自:BTC.com

比特幣區塊分為四部分,區塊頭Blockheader,區塊大小Size,區塊交易數Txcounter,以及交易列表。

Gate.io第六期ALGO PoS挖礦活期理財今日開售:據官方公告,Gate.io “理財寶”PoS理財服務將于1月20日(今日)中午12:00上線《ALGO PoS挖礦活期理財第六期》認購,幣年化收益率根據網絡產出情況調整。[2021/1/20 16:35:36]

區塊頭內包含六個字段,Version,PrevBlock,MerkleRoot,Time,Bits,Nonce。

金色財經挖礦數據播報 | BSV今日全網算力下降9.00%:金色財經報道,據蜘蛛礦池數據顯示:

BTC全網算力123.450EH/s,挖礦難度16.95T,目前區塊高度643299,理論收益0.00000859/T/天。

ETH全網算力202.741TH/s,挖礦難度2574.47T,目前區塊高度10642200,理論收益0.01158487/100MH/天。

BSV全網算力2.013EH/s,挖礦難度0.27T,目前區塊高度647741,理論收益0.00044707/T/天。

BCH全網算力2.629EH/s,挖礦難度0.38T,目前區塊高度647951,理論收益0.00034229/T/天。[2020/8/12]

區塊打包過程

動態 | 美國紐約州少年提議利用挖礦產生的熱量供暖:據Coin Crypto Rama消息,美國紐約州Plattsburgh的Ryan Brienza提議,將裝有挖礦計算機的箱子放在建筑物旁邊,來為這些建筑供暖。據悉,這一提議已得到該市的初步支持。Ryan Brienza僅有19歲,他擁有一家數字貨幣挖礦公司。[2018/12/11]

具體過程如下:

從未確定交易池中選擇交易,通常盡可能多的優先選擇手續費高的交易。

構造coinbase交易,計算打包交易中的挖礦手續費,與coinbase獎勵一起發送到打包礦工的地址。

美國康奈爾大學數字貨幣專家Emin Gün Sirer:比特幣挖礦排名前三的挖礦機構占有61%的挖礦份額:美國康奈爾大學計算機系的數字貨幣專家Emin Gün Sirer在最近的研究中發現,比特幣挖礦前四位的機構占有大約53%的挖礦份額;以太幣系統的集中度更高,排名前三的挖礦機構占有61%的挖礦份額。此外他們還發現,全球56%的比特幣挖礦軟件和28%的以太幣挖礦軟件集中在數據中心,顯示出比特幣的經營更加公司化。[2018/1/22]

由打包交易與coinbase交易得到區塊結構中的區塊大小,區塊交易數與交易列表。

對所有交易進行hash運算,得到MerkleRoot。

自行填寫Nouce,由當前環境填寫Version,PrevBlock,Time,Bits,與得到的hashMerkleRoot一同構成區塊頭。

區塊頭與區塊大小,區塊交易數與交易列表就構成了一個比特幣區塊。

打包一個比特幣區塊,礦機一瞬間就可以完成,但是比特幣主鏈只會允許符合難度要求的區塊進行廣播,那么如何驗證區塊是否符合難度要求呢?

區塊難度驗證

20190919比特幣難度情況來源:BTC.com

驗證過程為:區塊打包成功后對區塊中的區塊頭進行hash運算,將運算結果與當前全網難度比對,若運算結果小于全網難度,則成功廣播。但如果運算結果大于全網難度,則需要重新構造區塊頭再次循環。

由于hash算法的不可逆性質,礦工只能挨個去嘗試改變區塊頭的構造來滿足難度要求,算力越大,滿足難度要求的可能性就越大,這就是POW工作量證明機制。

礦工需要不斷改變區塊頭的信息,使得SHA256D<全網難度,那么在第一次驗證失敗后如何更改區塊頭信息呢?

區塊頭中的數據,Version,PrevBlock,Bits,Time在同一時刻是一定的,不會發生變化。礦工能夠修改的部分為Nonce和MerkleRoot。

Nouce是一個四個字節的隨機數,可能取到的值有2^32個。在早期使用CPU與GPU進行比特幣挖礦時,礦工只需要通過改變Nonce的值來重新構造區塊頭從而得到新的SHA256D。

MerkleRoot是對區塊內所有交易進行hash運算的256位hash值,改變coinbase的輸入信息和改變交易排列順序都可以改變MerkleRoot從而改變區塊頭得到新的SHA256D。

ASIC礦機出現后,Nonce提供的2^32可能取值無法將爆塊時間控制在10分鐘,故現階段礦工通過修改Nonce和MerkleRoot兩種方式來重構區塊頭。

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