一分钟了解比特币：挖矿与共识机制

假期余额低得可怜，我们的“一分钟比特币”系列已经进行了一半。 如果您在阅读我们的文章时有任何问题，不妨在公众号下留言，说不定以后我们会出文章解答您的问题。

通过上一篇文章，我们知道了如何保证财产和信息的安全和隐私。 但是，没有一个中央服务器来协调，大家又怎么会同意别人的账户余额确实像账户持有人说的那么多呢？

让我们回顾一下之前用10个币换一只羊驼的例子：在一个无政府状态的市场中，每个人都可以随意交换物品，并将交易记录在账本上，最后希望各方相互认可并达成共识。 有了区块链，我们可以勾勒出一个类似的系统，在这个系统中，广泛的人群可以达成共识并就单一有效的交易历史达成一致。 所以要解释什么是“共识”，首先要了解整个系统中的重要元素或者说用户“矿工”。

矿工：一类特殊的用户

不不不，这不是我们要说的。 不是《白雪公主与七小公主》中与黄金有关的“矮人矿工”。

当然，稍微熟悉比特币的人应该都知道，矿工并不是对应黄金“挖矿”的所谓矿工。 其定义为：在账本中执行记录任务的一组特殊的受信任和经过验证的用户。 下次有人跟你提到“挖矿”或“矿工”时，别忘了问他说的是哪个概念。

这个工作不是单独指定给某一群人的，而是谁想当矿工就可以成为矿工——是的，矿工就是你想做的，你想做矿工就可以做矿工。 作为一个商业机会，整个工作过程是开放的。 作为矿工的基础，强大的电脑是必不可少的，维护电脑设备的钱也是必不可少的。

矿工的目的是通过努力工作赚钱，但不是每个人都能赚钱。 和其他生意一样，有些人可以抓住机会赚钱，但很多人因为风险太大、投资太多或其他原因放弃了这个机会。

大多数区块链领域的人都知道矿工进行密集计算以获得新创建的比特币。 人们可能会想象，为了创造新的比特币，必须以某种方式处理大量的数学公式和计算。

这种误解其实是一种普遍现象。 一条解释比特币游戏规则和奖励的流行推文是这样的：“只要 7 天 24 小时开着车，你就可以解决一些数独难题，（只要解决了一个数独，你就可以将它换成一定量的海洛因。”

该推文实际上具有误导性：也就是说，当您解决难题时，比特币就有价值。 事实上，比特币只是账本上的一个数字。 如果账本上的一笔交易说我有 8 个比特币，而我只是将该数字更改为 9，我可以说我有 9 个比特币。 根本没有数独或谜题需要解决。

所以，敲黑板！ 挖矿的目的不是创造比特币。 确切地说，它的目的是在中心化系统中执行中央服务器下达的任务，即处理服务器上所有人的交易，并及时更新数据库。 新的比特币是完成这项关键任务的奖励。 这就像把一切都外包给一群自由职业者，以便以去中心化的方式管理数据库，只是这个行业的支付方式是比特币。

同样，需要大量计算的目的是确保矿工在获得比特币之前将钱花在应该花的地方。 因此，这些投资的钱也被称为“工作量证明”。 矿工需要使用这个“证明”来证明他们已经完成了一定量的计算工作。

矿工负责监控网络上发生的所有交易比特币实时行情币透明实时监控，及时报告和更新信息。 这些矿工不是一次一个地在数据库中记录交易，而是一次添加数百个被称为“块”的成批交易。 因此，“区块链”数据库也是一个不断增长的区块链。

根据系统的设计，每十分钟发布一个区块。 块只能添加，不能修改。 每次矿工写入一个区块时，他们都会将一定数量的新比特币存入他们的账户作为回报。 每个矿工还可以针对下一个区块的交易向用户收取交易费。 比特币客户端会告诉你当前的平均交易费用，这样你就知道其他人花了多少钱。

如果矿工没有及时赶上并更新你的交易，那这就不好办了，相当于你的交易从来没有发生过。 如果真的遇到这种问题，就得等10分钟后新一轮的发现。 （或者尝试给矿工更高的交易费）

在这种情况下，普通人不再需要担心更新账号，而是需要担心更新速度。 现在有一群出版商（代表矿工）通过在各种账户中记录他们了解到的每一笔交易来四处赚钱。 一旦有人达成交易，他们就需要告诉其他出版商，正如许多人所知，越多越好。 每隔十分钟，就会选出一个发布者，然后将更新的数据（新账户交易记录）放到网上，然后分发给市场内所有的会员，让每个参与的人都有记录。 这样大家的账本记录都是一样的，不会出现共识混乱的情况。

通过使用这个系统，我们可以维护一个一致的、定期更新的分类账，系统中的每个人都可以同意，只要我们信任发布者并同意一次发布一个新的有效块。 有了这个完善的系统，出版商或矿工可以很容易地看到是否有人在花他们不拥有的钱。 因为发布者或矿工可以在账本上查看某人的所有转账，并计算出该人的余额应该是多少。

而且，包括矿工和发布者在内的任何人都不能伪造他人的交易，因为交易需要不可伪造的交易签名才能完成。 用户也不必盲目信任矿工和出版商，因为他们可以自己验证现有交易。

共识

现在，我们需要弄清楚我们如何让矿工和用户就最新区块达成一致。 上述系统可以防止花别人钱的行为，但如果不能达成公平透明的共识，那么欺骗就会产生“双花攻击”。

如果这个问题得不到解决，那么就有可能阻碍数字货币的发展。 比特币之所以成功成为第一个去中心化数字货币，是因为它是第一个解决“双花攻击”的数字货币。 在解释这个方案之前，有必要先解释一下什么是“双花攻击”。

简单来说比特币实时行情币透明实时监控，“双花攻击”就是用户持有的数字资产中的余额，进行多次交易。 在不同的交易中消费，双重消费不会产生新的货币，只能取回你消费的钱。 假设矿工可以通过发布交易来使交易“不发生”。 那么矿工就相当于空手套来一张支票。 假设某人的账户中有价值 200 美元的比特币，并且有反向交易的想法。 他可以在机械键盘上花费 200 美元的比特币，然后通过立即撤回交易在 Xbox 上花费 200 美元。 但他实际上只花了 200 美元就得到了一台 Xbox 和一个很酷的机械键盘。 这样，卖键盘的人就输了，因为他一无所获，把键盘弄丢了。

这就是为什么我们需要共识。 如果没有这个协议，就会有多个相互矛盾的历史版本，有人可能会利用这一点同时为两件事买单。

但想象一下：你刚刚跌跌撞撞地走进霍格沃茨后面黑暗、雾蒙蒙的禁林，失去了你的魔杖，只有一盏小灯笼和微弱的月光可以帮助你。 你看不到任何东西，只能通过触摸和语音导航。 一个声音在雾中呼唤你：“我会给你一根魔杖，换取一个隐形的加隆（魔法世界的一种货币单位）。”

在这片凶险的森林里，没有魔法能力的人就像麻瓜一样，绝对不可能活着出去。 而且魔杖的价格听起来很合理，但是对方怎么知道你有一艘隐形帆船，而你确定他有魔杖呢？ “来，检查我的账本，”另一个说，同时一只布满皱纹的手将几张纸片塞进你的灯笼里。 你仔细阅读，看到神奇的签名，似乎真的可以证明账本的真实性。

突然，禁林中传来一道声音吼道：“这本账本是真的！”，随之而来的是周围无数的怒吼声“我在场，我看到他拿走了我的账本！他的账本跟我的一模一样！” 你吓了一跳，这时候你的同学哈利和赫敏不会来救你了。 其实你也不知道这个账本是从哪里来的，是从别人那里得到的。 你不知道你在和谁说话，因为一个人很容易在数百甚至数千台不同的计算机上运行相同的程序（例如通过云计算平台），所以你不知道你有多少人跟...交谈。

禁林中的故事说明当一个矿工发布一个新区块时，你不知道网络的其余部分是否会接受它。 对于其他人，他们也不知道其发布者是否在试图欺骗他人。 如果多人同时发布新区块怎么办？ 哪个区块将被批准？ 也许你会想到少数服从多数的原则，让大家投票决定批准哪个新区块，然后大家就可以在多数批准的区块上继续发布新的区块，而这个批准的区块就变成了一个区块链中真实历史的一部分。 但你不能投票，因为你不知道有多少人参与其中。 怎么做？

不用数人，你可以数电。 这就是昂贵的、浪费能源的挖矿部分的更高价值所在。所有矿工都需要参与一场比赛，获胜者将获得下一个区块的发行权。 谁在这个游戏上耗电多，谁获胜的概率就大。 获胜的概率大致与系统输入的功率和所有玩家的总功率成正比。

因此，为了有更大的概率（即 51%）你发布的下一个区块被批准，你需要消耗比单位矿工耗电量总和更多的电量。 这很难做到，因为矿工是来自世界各地的志愿者，被纯粹的利润吸引。 换句话说，除非你拥有系统51%以上的算力，否则你不可能伪造交易记录来产生一个大家都认可的新区块。

用电投票，实际上是用钱投票。 这样一来，世界上的每个人实际上都团结起来反对骗子。 那么，让我们回到丛林中的神秘声音：要让他们真正有机会欺骗你，他们需要比世界上所有巫师的总和还要强大，除非他是邓布利多或伏地魔，这显然也是不可能（因为两个角色在原书中都死了）。 更有可能的是，他可能真的只是一个卖魔杖的巫师。 因此，如果价格合适并且您知道如何使用魔杖，请立即购买，至少在数学上您是安全的。

关于这种耗电游戏，上面已经说了很多。 （专供挖矿使用，生活中请勿模仿或随意浪费电能）接下来，我们来探究一下游戏的运行原理。 欢迎继续关注CertiK长假不剩两天的系列文章：每天一分钟，了解比特币（系列三），学习“哈希函数”。 不要一听到功能就被吓跑，不妨把它当成一个游戏。

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