用python阐释工作量证明(proof of work)

了解比特币的都知道挖矿很耗电,这是因为比特币用到了工作量证明.

工作量证明是指系统为达到某目标而设置的工作度量方法.一开始是用在网络攻防上,大大提高攻击者的计算量,攻击成本也就上去了.
工作量证明需要由工作者和验证者两方共同完成.它有两层含义.

• 1.工作者需要完成的工作必须有一定的量,这个量由验证者给出.
• 2.验证者可以迅速的检验工作量是否达标,注意这里的检验完成过程必须简单.

举几个例子

• A跟B说,你给我还原这个魔方,B还原魔方需要很多时间,而A验证却很快,只需要看一眼就行了.
• A跟B说,你给我解这个10次方程,过程很麻烦,但是结果容易验证.
• A跟B说,你给我把这个游戏玩通关,B需要一定时间,而A验证却很快.
• RSA算法基于一个十分简单的数论事实:将两个大素数相乘十分容易,但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难.
• ...

在计算机系统中,可以这样设计:
验证者给定一个随机字符串s,工作者必须找出一个数n,使得随机字符串拼上这个数n后的md5结果前面几位都是0.
即md5(s+n)的结果符合验证者的要求.工作者只能不停的穷举,找出这样一个数n.

下面上python代码.

工作方:

#coding=utf-8
from itertools import count
from hashlib import md5
msg = 'randomstring'
for i in count():
    hashid = md5(msg+str(i)).hexdigest()
    if hashid.startswith('0000'):
        print i,hashid
        break

输出39496 00001c48020e444f58a297a0785df5cf,即工作方需要md5()39496次.

而验证方只需要拿工作方给过来的n,进行一次md5即可验证.
即if md5(msg+str(n)).hexdigest()[:4] == '0000'.

因为md5用十六进制表示,每一位出现的概率是16.所以工作者要找到前面4位都是0平均需要16*16*16*16=65536次.
验证者可以根据自身需要来规定前面0的个数来控制工作者的工作量.想要对方耗多点电,那就多加几个0吧.