本章源代碼地址：[https://github.com/daleboy/blockchain2] # 前言 區塊鏈的一個關鍵點就是，一個人必須經過一系列困難的工作，才能將數據放入到區塊鏈中。正是這種困難的工作，才使得區塊鏈是安全和一致的。此外，完成這個工作的人也會獲得獎勵（這也就是通過挖礦獲得幣）。第一版的區塊鏈加入區塊太容易了，這會導致上鏈變得輕而易舉，那么各種無意義的區塊將充斥于區塊鏈，使得區塊鏈無意義地膨脹，反而會擠壓有效區塊的空間和計算資源。 整個 “努力工作并進行證明” 的機制，就叫做工作量證明（proof-of-work）。尋求證明（尋找有效哈希），就是實際要做的事情，在比特幣中，稱為“挖礦”。 # 哈希計算 在區塊鏈中，哈希被用于保證一個塊的一致性。哈希算法的輸入數據包含了前一個塊的哈希，因此使得不太可能（或者，至少很困難）去修改鏈中的一個塊：因為如果一個人想要修改前面一個塊的哈希，那么他必須要重新計算這個塊以及后面所有塊的哈希。 比特幣使用[Hashcash](https://link.jianshu.com/?t=https://en.wikipedia.org/wiki/Hashcash)，一個最初用來防止垃圾郵件的工作量證明算法。它可以被分解為以下步驟： 1. 取一些公開的數據（比如，如果是 email 的話，它可以是接收者的郵件地址；在比特幣中，它是區塊頭） 2. 給這個公開數據添加一個計數器。計數器默認從 0 開始 3. 將 data(數據) 和 counter(計數器) 組合到一起，獲得一個哈希 4. 檢查哈希是否符合一定的條件： 1.如果符合條件，結束 2.如果不符合，增加計數器，重復步驟 3-4 因此，這是一個暴力算法：改變計數器，計算一個新的哈希，檢查，增加計數器，計算一個哈希，檢查，如此反復。這也是為什么說它是在計算上是非常昂貴的，因為這一步需要如此反復不斷地計算和檢查。 現在，讓我們來仔細看一下一個哈希要滿足的必要條件。在原始的 Hashcash 實現中，它的要求是 “一個哈希的前 20 位必須是 0”。在比特幣中，這個要求會隨著時間而不斷變化。因為按照設計，必須保證每 10 分鐘生成一個塊，而不論計算能力會隨著時間增長，或者是會有越來越多的礦工進入網絡，所以需要動態調整這個必要條件。 # POW實現 我們看看一個第一版的block的結構：  （1）Timestamp，為時間戳，容易獲得 （2）Data，為實際有效信息，上鏈前由上鏈者提交 （3）PrevBlockHash，上一個區塊的哈希，已經存在，直接獲得 （4）Hash，本區塊的哈希 顯然要增加創建區塊的難度，只有在計算本區塊的哈希上做文章，為此，區塊的結構添加一個計數器nonce。假設將挖礦難度設定為24bit為0，那么挖礦者在獲得上鏈者提交的交易信息后，通過不斷調整計數器，計算Timestamp+Data+PrevBlockHash+nonce的哈希，直到該哈希的前三個字節全是0（16進制）的哈希，然后將block提交到鏈上。 當然，在礦工將block提交到鏈上之前，檢驗節點可以進行驗證，所挖的礦是否是合格的。本版本的POW實現提供驗證方法，在主程序中可以進行驗證。 新的block結構：  ## **1、proofofwork.go** POW即挖礦，其實現是關鍵。我們首先要定義挖礦難度系數：  即：要求區塊計算出的哈希值轉為大整數后，其前24bit為0 挖礦當然是以包含交易數據的區塊和需要滿足的條件為基礎來工作，我們定義下這個工作基礎，即結構體ProofOfWork：  這里的必要條件，等價于前面定義的targetBits。 接下來，我們需要構建一個pow實例，用于后面挖礦用。這里主要是在構建pow實例時候確定target條件。  代碼的注釋非常清楚，將數字1左移256-targetBits位，即為target，這個target擴展到寬度為256位后，前置0為23位，第24位為1，所以只要礦工挖礦中找到的哈希值轉為大整數后小于target，那么前24位必為0，滿足挖礦條件要求！ 我們開始要準備挖礦了，首先需要準備計算哈希的數據：  我們開發了一個IntToHex函數，將整型轉為byte數組。詳細見utils.go。 需要注意，這次計算哈希，新增了一個nonce。 接下來是關鍵的挖礦核心算法：  挖礦中，通過遞增計數器nonce（為防止溢出，定義了一個maxNonce），修改data，直到找到的哈希值符合條件，返回找到的哈希值和對應的nonce。 這里可能需要計算非常多次，如果處理不好，不僅耗費cpu，還耗費內存。在循環中，我們以hash數組為參數調用函數時候，是通過哈希創建的切片進行，相當于引用數組，而不是直接調用hash數組，就是為了減小內存的開銷。 當然，挖礦也可能失敗，即沒有挖出滿足條件的區塊，因此，需要對挖出的區塊進行驗證：  一般來說，只有通過驗證的區塊，才可以加入到區塊鏈中。 ## **2、block.go** 需要對block進行修改，去掉SetHash，修改NewBlock：  區塊不再是直接創建，而是通過挖礦產生。 當然創始區塊也是通過挖礦產生：  ## **3、blockchain.go** 這個跟上一版本沒有變化。 當然AddBlock需要改進，這里是挖礦+加入區塊鏈一起完成，最好是在加入區塊鏈之前，先驗證下。 ## **4、main.go** 好了，我們現在開始進行測試了，看看是否能夠驗證我們的想法：  運行后，需要些時間：  可以看到，無論是挖出的創始區塊，還是普通區塊，哈希值均為64位（16進制），前面六位的值是0，也就是二進制的24個0，滿足我們最開始設置的挖礦條件。