比特币挖矿（一）：1 CPU 1 VOTE

工作证明

挖矿是工作量证明（POW）的完成。 POW机制的核心是哈希（HASH）函数。 哈希函数最大的特点是：输入不同，输出随机。

对于特定要求的输出，只能通过大量的枚举和不同的输入来获得。 没有捷径，也没有懒惰。 无论输入尝试多少次或数亿次，验证者只需要对结果执行一次处理。

比如学校里有10000个人，名字各不相同。 设计一个哈希函数，输出范围为：[1, 100]。

要找到一个输出等于 42 的名字（1-100 之间的任何值都相同），理论上需要尝试 100 次。 也意味着：1、尝试100次并不意味着一定要找到名字； 2.尝试100次也可能会找到输出为42的多个名字； 3.不管用什么遍历顺序，效率都是一样的。

比特币的区块（Block）是用来证明工作量的，准确的说是区块头（Block Head）的80字节。 一个完整的块由两部分组成：Head + Body。 Head存放固定的80字节信息，Body部分存放交易数据。

块头构成字段名含义大小（字节）

版本

版本号

4个

hashPrevBlock

前一个区块哈希值

32

hashMerkleRoot

从前一个区块的产生到新区块的产生，

交易数据打包形成的哈希

32

时间

Unix 时间戳

4个

位

目标值，即难度

4个

随机数

随机数

4个

块哈希算法：对这80个字节进行双sha256计算。 输出的是32字节，平时看到的是64位的字符串，十六进制显示。

DSHA256(block head) = 区块哈希

采矿过程

下面结合区块头的组成简述比特币工作量证明过程，梳理一下挖矿的计算过程。

CPU时代

nonce大小为4字节（2^32），其空间为42亿，即4G。 这在CPU时代完全够用了。 单核Double SHA256计算速度一般在0.1M到4M之间。 核心越多，优势越多。

bitcoind源码中CPU挖矿的代码片段，bitcoin/src/miner.cpp（nonce遍历2个字节后会重建区块）：

过程很简单简述比特币工作量证明过程，就是反复构造区块，尝试计算nonce。 N个CPU核心开启N个线程，所以挖矿时CPU一般都是100%。 cpuminer这个软件很快就出现了，可以让一个bitcond节点支持多台电脑挖矿。 许多比特币爱好者纷纷购买高规格电脑开始挖矿，正如中本聪在论文中所预言的理想数字民主：1 cpu 1 vote！

参考