比特币和区块链：矿工实际解决了哪些数学难题？

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作者; 加密货币

原文：@cryptovest/bitcoin-and-blockchain-what-math-puzzle-do-miners-actually-solve

在这篇文章中，我们将尝试简单地分解区块链和比特币的机制。假定读者熟悉一些基本的密码学和与区块链相关的术语。今天比特币数学题是谁在出，我将特别关注交易验证和挖矿奖励。矿工通过解决复杂的数学难题来验证交易，第一个解决难题的矿工将获得一枚全新的硬币，即处女币。这种新硬币的创造有点像政府印制的纸币，或者经济学家称之为量化宽松。政府可以随意印钞造成通货膨胀和货币贬值。但是比特币经济中的货币创造是预先定义的，到 2140 年总供应量接近 2140 万（准确地说是 20.99999998 百万）。在那之后将没有硬币。控制供应和价格是不可能的。在下图中，绿线代表一段时间内的 BTC 供应量。

可分割性、可移植性、可替代性、稀缺性、对供应操纵的抵抗力和分布式权力等，使比特币成为政府发行的纸质（或数字）货币的一种优越形式。

现在，比特币经济是如何赚钱的？我得到的最常见的答案是，矿工因解决数学难题而获得奖励，这些难题为比特币区块链添加了一个新区块。这个数学难题到底是什么意思？我们将在这篇文章的末尾看到。

比特币概述

下面是比特币网络中连接参与者的扩展图：

假设 Alice 向 Bob 转移 1 BTC 以换取一台高端游戏笔记本电脑，Pete 转移 0.001 BTC 以换取披萨，以及更多此类交易。目前一个区块包含大约 1000-2500 笔交易。现在让我们看看矿工如何验证交易。换句话说，矿工检查发行者是否是相关比特币地址的合法所有者（私钥持有人）。矿工验证所有这些交易并将它们包含在一个区块中。如果矿工可以将此区块添加到现有区块（称为区块链）中，他们将根据他们的计算获得奖励。矿工基本上：

收集所有待处理的交易，验证它们捆绑到一个块中猜测一个随机数（又名 nonce），使得 sha256（sha256（data + nonce））小于 SHA256 是加密哈希函数的难度。SHA-256 算法旨在获取任意数量的输入数据并生成 256 位输出，同时还保持有效加密哈希的某些属性。随机数是一个随机整数。矿工试图“猜测”随机数；只有矿工才能通过蛮力找到这个数字，即尝试数百万个随机数。数据是一个块（交易），前一个块的散列内容的散列难度是衡量在特定目标下找到散列的难度

Alice（或任何其他人）钱包应用程序创建的交易有 258 个字节长，包含确认资金所有权和分配新所有者所需的一切。现在，交易必须传输到比特币网络，在那里它将成为分布式账本（区块链）的一部分。

我们现在详细讨论哈希。截至目前，Block #472391 区块链中最新区块的哈希为：

00000000000000000142288235538​​52a90563fe84da5f0a5aa4832e85f68b1b5

请注意开头的一堆零。简而言之，矿工需要选择一个随机数（nonce），使得sha256（sha256（data + nonce））产生的hash以数字0结尾

（十三）开始。这个难度级别会根据平均找到一个块所需的时间而变化。随着网络的综合挖矿能力增加，难度也会增加，反之亦然。下图说明了块的形成

现在让我们看一下待处理事务的哈希：

2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824-交易1

91e9240f415223982edc345532630710e94a7f52cd5f48f5ee1afc555078f0ab-交易2

87298cc2f31fba73181ea2a9e6ef10dce21ed95e98bdac9c4e1504ea16f486e4-交易3

 …  

现在，矿工创建了一个交易根（又名 Merkle 根），它本质上是所有交易组合的哈希值。该过程如下所示：

区块 472391 的默克尔根是：

d29b40ec75fe295493398f4675b60633a9d5a6a20e2914df9a0b353e2a742a2a

假设我们想要找到下一个区块（区块 472392）。所以我们获取区块 472391 的哈希值、交易根（等待区块 472392 中包含的所有交易）、时间戳（我们将在图中忽略），我们有（向右滚动查看整行）：

00000000000000000142288235538​​52a90563fe84da5f0a5aa4832e85f68b1b5--e361a57a7406adee653f1dcff660d84f0ca302907747af2a387f67821acfce33

现在将 1 连接到上面的字符串（为便于阅读而缩短）：

00000000000000000142288--e361a57a7406adee653f1-1

跑一遍SA256，看是否满足难度要求，即从一堆0开始。尝试 2、3、4 等，直到找到符合难度标准的数字。我不是计算机（矿工）如何猜测这个随机数的。区块 472391 中的这个随机数是 1900492548，由 F2Pool 发现。

猜数字 1900492548 正在解决一个复杂的数学问题

这个随机数不是唯一的比特币数学题是谁在出，即可以找到多个满足难度条件的数（随机数）。该区块被添加到区块链中，矿工获得 12.5 BTC。