2.4 共识 - 数据结构 - 机器学习
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2.4 共识
1094 人参与 2018年09月18日 09:53 分类 : 区块链精品文章 评论
以太坊网络中的每个节点包含区块链的一个备份。用户需要确保节点不能够篡改区块链，还需要一个机制检查区块是否合法，如果遇到两个不同的合法区块链，需要有办法确定选择哪个。
以太坊使用工作量证明共识协议防止区块链被篡改。工作量证明系统需要解决一个复杂问题以创建一个新的区块。解决问题需
要大量算力，这就使创建区块很困难了。在工作量证明系统中，创建区块的过程称为挖矿。矿工（miner）是网络中挖区块的节点。使用工作量证明的所有
DApp并不一定都使用同样的算法。使用什么算法取决于矿工需要解决的问题、问题难度值、需要多长时间解决等。我们将学习与以太坊有关的工作量证明。
任何人都可以成为网络中的矿工。每个矿工独自解决问题，第一个解决问题的矿工是胜利者，它得到的回报是5个以太币和该
区块中全部交易的交易费。如果你的处理器比网络中的其他节点更强大，也并不意味着你总会成功，因为所有矿工要解决的问题的参数并不完全相同。但是如果你有
一台比网络中的其他节点都强大的处理器，成功的概率会比较大。网络安全不是用矿工总数衡量的，而是用网络的全部算力衡量的。
区块链中有多少个区块没有限制，可以生成的以太币总数也没有限制。矿工一旦成功挖到区块，就向网络中的所有其他节点广播该区块。区块有一个区块头（header）和一系列交易。每一个区块存储前一个区块的哈希值，由此创建一个相连的链。
让我们来看矿工需要解决的问题是什么以及如何在高水平解决问题。为了挖区块，矿工首先从收到的广播中收集新的、未挖出
的交易，然后滤掉不合法的交易。合法的交易必须满足正确地使用私钥签名、账户有足够的余额进行交易等条件。现在矿工创建一个有区块头和内容的区块。内容
（content）是区块包含的交易列表。区块头包含前一个区块的哈希、区块序号、随机数（nonce）、目标值（target）、时间戳
（timestamp）、难度值（difficulty）、矿工地址（address）等内容。时间戳表示区块初始时间。随机数是一个没有意义的值，纯粹
是为了设置一个小于或等于目标值的区块哈希。以太坊使用ethash哈希算法。发现随机数的唯一方法是穷尽所有可能。目标值是一个256位的数字，根据不
同的因素计算。区块头的难度值是目标值的一种不同表述方法。目标值越低，发现随机数需要的时间越多；目标值越高，需要的时间越少。计算问题难度值的公式如
下：
网络中的任何节点都可以检查区块链是否合法，首先检查交易在区块链中是否合法以及时间戳的验证情况，然后检查区块的目标值和随机数是否合法、矿工是否得到合法的回报等。
如果网络中的节点接收到两个不同的合法区块链，那么所有区块的整体难度值较高的那个区块链被视为合法的区块链。
例如，假设网络中的一个节点想改变一个区块中的一些交易，就需要重新计算该块以及该块后面所有区块的随机数。可是在该
节点计算的同时，网络其他节点已经又挖出了许多新的区块，因此当它重新计算到最新区块时会因整体难度值较低而被系统拒绝。可见，私自篡改账本的难度是非常
大的。
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