本章源代码地址：[https://github.com/daleboy/blockchain2] # 前言 区块链的一个关键点就是，一个人必须经过一系列困难的工作，才能将数据放入到区块链中。正是这种困难的工作，才使得区块链是安全和一致的。此外，完成这个工作的人也会获得奖励（这也就是通过挖矿获得币）。第一版的区块链加入区块太容易了，这会导致上链变得轻而易举，那么各种无意义的区块将充斥于区块链，使得区块链无意义地膨胀，反而会挤压有效区块的空间和计算资源。 整个 “努力工作并进行证明” 的机制，就叫做工作量证明（proof-of-work）。寻求证明（寻找有效哈希），就是实际要做的事情，在比特币中，称为“挖矿”。 # 哈希计算 在区块链中，哈希被用于保证一个块的一致性。哈希算法的输入数据包含了前一个块的哈希，因此使得不太可能（或者，至少很困难）去修改链中的一个块：因为如果一个人想要修改前面一个块的哈希，那么他必须要重新计算这个块以及后面所有块的哈希。 比特币使用[Hashcash](https://link.jianshu.com/?t=https://en.wikipedia.org/wiki/Hashcash)，一个最初用来防止垃圾邮件的工作量证明算法。它可以被分解为以下步骤： 1. 取一些公开的数据（比如，如果是 email 的话，它可以是接收者的邮件地址；在比特币中，它是区块头） 2. 给这个公开数据添加一个计数器。计数器默认从 0 开始 3. 将 data(数据) 和 counter(计数器) 组合到一起，获得一个哈希 4. 检查哈希是否符合一定的条件： 1.如果符合条件，结束 2.如果不符合，增加计数器，重复步骤 3-4 因此，这是一个暴力算法：改变计数器，计算一个新的哈希，检查，增加计数器，计算一个哈希，检查，如此反复。这也是为什么说它是在计算上是非常昂贵的，因为这一步需要如此反复不断地计算和检查。 现在，让我们来仔细看一下一个哈希要满足的必要条件。在原始的 Hashcash 实现中，它的要求是 “一个哈希的前 20 位必须是 0”。在比特币中，这个要求会随着时间而不断变化。因为按照设计，必须保证每 10 分钟生成一个块，而不论计算能力会随着时间增长，或者是会有越来越多的矿工进入网络，所以需要动态调整这个必要条件。 # POW实现 我们看看一个第一版的block的结构：  （1）Timestamp，为时间戳，容易获得 （2）Data，为实际有效信息，上链前由上链者提交 （3）PrevBlockHash，上一个区块的哈希，已经存在，直接获得 （4）Hash，本区块的哈希 显然要增加创建区块的难度，只有在计算本区块的哈希上做文章，为此，区块的结构添加一个计数器nonce。假设将挖矿难度设定为24bit为0，那么挖矿者在获得上链者提交的交易信息后，通过不断调整计数器，计算Timestamp+Data+PrevBlockHash+nonce的哈希，直到该哈希的前三个字节全是0（16进制）的哈希，然后将block提交到链上。 当然，在矿工将block提交到链上之前，检验节点可以进行验证，所挖的矿是否是合格的。本版本的POW实现提供验证方法，在主程序中可以进行验证。 新的block结构：  ## **1、proofofwork.go** POW即挖矿，其实现是关键。我们首先要定义挖矿难度系数：  即：要求区块计算出的哈希值转为大整数后，其前24bit为0 挖矿当然是以包含交易数据的区块和需要满足的条件为基础来工作，我们定义下这个工作基础，即结构体ProofOfWork：  这里的必要条件，等价于前面定义的targetBits。 接下来，我们需要构建一个pow实例，用于后面挖矿用。这里主要是在构建pow实例时候确定target条件。  代码的注释非常清楚，将数字1左移256-targetBits位，即为target，这个target扩展到宽度为256位后，前置0为23位，第24位为1，所以只要矿工挖矿中找到的哈希值转为大整数后小于target，那么前24位必为0，满足挖矿条件要求！ 我们开始要准备挖矿了，首先需要准备计算哈希的数据：  我们开发了一个IntToHex函数，将整型转为byte数组。详细见utils.go。 需要注意，这次计算哈希，新增了一个nonce。 接下来是关键的挖矿核心算法：  挖矿中，通过递增计数器nonce（为防止溢出，定义了一个maxNonce），修改data，直到找到的哈希值符合条件，返回找到的哈希值和对应的nonce。 这里可能需要计算非常多次，如果处理不好，不仅耗费cpu，还耗费内存。在循环中，我们以hash数组为参数调用函数时候，是通过哈希创建的切片进行，相当于引用数组，而不是直接调用hash数组，就是为了减小内存的开销。 当然，挖矿也可能失败，即没有挖出满足条件的区块，因此，需要对挖出的区块进行验证：  一般来说，只有通过验证的区块，才可以加入到区块链中。 ## **2、block.go** 需要对block进行修改，去掉SetHash，修改NewBlock：  区块不再是直接创建，而是通过挖矿产生。 当然创始区块也是通过挖矿产生：  ## **3、blockchain.go** 这个跟上一版本没有变化。 当然AddBlock需要改进，这里是挖矿+加入区块链一起完成，最好是在加入区块链之前，先验证下。 ## **4、main.go** 好了，我们现在开始进行测试了，看看是否能够验证我们的想法：  运行后，需要些时间：  可以看到，无论是挖出的创始区块，还是普通区块，哈希值均为64位（16进制），前面六位的值是0，也就是二进制的24个0，满足我们最开始设置的挖矿条件。