pow算法解释

PoW，全称Proof of Work，即工作量证明，又称挖矿。大部分公有链或虚拟货币，如比特币、以太坊，均基于PoW算法，来实现其共识机制。即根据挖矿贡献的有效工作，来决定货币的分配。

工作量证明是什么

工作量证明（ PoW ）通过计算一个数值（ nonce ），使得拼揍上交易数据后内容的 Hash 值满足规定的上限。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则表明已经有节点成功解迷，自己就不再竞争当前区块打包，而是选择接受这个区块，记录到自己的账本中，然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块，才会添加的账本中，其他的节点进行复制，这样就保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。

工作量证明的例子

举个例子，给定的一个基本的字符串”Hello, world!”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符串后面添加一个叫做nonce的整数值，对变更后（添加nonce)的字符串进行SHA256哈希运算，如果得到的哈希结果（以16进制的形式表示）是以”0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标。我们需要不停的递增nonce值，对得到的新字符串进行SHA256哈希运算。按照这个规则，我们需要经过4251次计算才能找到恰好前4位为0的哈希散列。

"Hello, world!0" => 1312af178c253f84028d480a6adc1e25e81caa44c749ec81976192e2ec934c64
"Hello, world!1" => e9afc424b79e4f6ab42d99c81156d3a17228d6e1eef4139be78e948a9332a7d8
"Hello, world!2" => ae37343a357a8297591625e7134cbea22f5928be8ca2a32aa475cf05fd4266b7
...
"Hello, world!4248" => 6e110d98b388e77e9c6f042ac6b497cec46660deef75a55ebc7cfdf65cc0b965
"Hello, world!4249" => c004190b822f1669cac8dc37e761cb73652e7832fb814565702245cf26ebb9e6
"Hello, world!4250" => 0000c3af42fc31103f1fdc0151fa747ff87349a4714df7cc52ea464e12dcd4e9

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通过这个示例我们对工作量证明机制有了一个初步的理解。

工作量证明的优缺点

优点：完全去中心化，节点自由进出；

缺点：目前bitcoin已经吸引全球大部分的算力，其它再用Pow共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全；挖矿造成大量的资源浪费；共识达成的周期较长，不适合商业应用

通过一个App的演示深入理解区块链运行原理

下载安装

如果没有安装nodejs，需要先安装 nodejs

# Clone this repository
$ git clone https://github.com/seanseany/blockchain-cli

# Go into the repository
$ cd blockchain-cli

# Install dependencies
$ npm install

# Run the app
$ npm start

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运行结果：

创建区块

在 blockchian ->后面输入 bc查看创始区块结构。

当一个区块挖矿时都发生了什么？

在 blockchian ->后面输入 mine kongyixueyuan.com 挖矿并创建一个新的模块。

Hash是怎么计算的？

Hash值是一个十六进制固定长度为64位的唯一的标识。

hash值是由index, previous block hash, timestamp, block data 和 nonce 作为输入数据计算而得。

CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data + nonce)
The SHA256 algorithm will calculate a unique hash, given those inputs. The same inputs will always return the same hash.

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SHA256算法将根据给出的输入数据计算出一个唯一的hash值，只要输入值不变，永远返回相同的结果。

在线演示： 
https://anders.com/blockchain/hash.html

你是否注意到块哈希中的四个前导0？

四个前导0是有效散列的最低要求。 所需的前导0的数量称为难度。

下面的方法验证hash难度是否有效。

function isValidHashDifficulty(hash, difficulty) {
  for (var i = 0, b = hash.length; i < b; i ++) {
      if (hash[i] !== '0') {
          break;
      }
  }
  return i >= difficulty;
}

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这就是我们所熟知的工作量证明系统 - Proof-of-Work system。

什么是nonce？

nonce是一个用来找到满足条件的hash值的数字。

let nonce = 0;
let hash;
let input;
while(!isValidHashDifficulty(hash)) {     
  nonce = nonce + 1;
  input = index + previousHash + timestamp + data + nonce;
  hash = CryptoJS.SHA256(input)
}

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nonce 值一直迭代，直到 hash 值有效为止。在我们案例中一个有效的hash 值是最少有4个前导0。找到nonce 值以满足合适条件的hash值的过程就叫做挖矿。

随着难度的增加，可能的有效散列数减少。 使用较少可能的有效散列，需要更多的处理能力才能找到有效的散列。