挖矿原理 【科普】区块链和比特币的原理是什么？挖矿怎么了？纯干货

简介

最近，“区块链”成为了一个流行词。习近平总书记在中共中央政治局第十八次集体学习中强调，“把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”，“加快发展区块链技术和产业创新”。最高层的前瞻性判断挖矿原理，将“区块链”带入了公众视野，成为金融资本、实体经济和社会舆论共同关注的焦点。但是什么是区块链和比特币，挖矿呢？今天就让小编带你走进区块链的神秘世界。

1 区块链和比特币的诞生

2008 年挖矿原理，一位名叫 的网络极客发表了一篇名为“比特币：一种点对点现金系统”（：A Peer-to-Peer Cash）的论文，也称为比特币白皮书。我们仍然不知道中本聪是谁，这也给比特币技术蒙上了一层神秘的面纱。或许这就是天才的魅力吧。

2 什么是区块链

区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。

什么是去中心化？

以集中处理为例。你想在某宝买手机。交易流程是：你汇款到支付宝——支付宝收款后通知卖家发货——卖家发货——你确认收货——支付宝给卖家打款。

在整个过程中，虽然你是和卖家打交道，但确实牵涉到第三方支付宝。如果扩展到整个互联网，这个中心点就变得至关重要。如果支付宝系统出现问题，影响将是巨大的。

去中心化处理就简单多了，你只需要和卖家换钱和手机，然后双方都声称完成交易，就OK了。

3 区块链的运行机制

为了便于理解，我们来看一个简单的去中心化模型：如果A借给B 100元，这时，A在人群中喊道：“我是A，我借给B 100元！”，B也大喊人群中：“我是B，A借给我100块钱！”这时，人群中的每个人都会在心里默默写下“A借B100元”。此时贷款系统中不需要银行，也不需要贷款协议和收据。假设当B悔改时，人们会站起来说：“不，我的小本子上记载着你一天向A借了100块钱！”。

区块链的运行机制类似，只是增加了共识机制、分布式存储、加密机制等。

4为什么要记账

您可能会问：“我为什么要使用我的计算资源来为陌生人记账？我的小书本不需要钱？”。

因为记账有奖励！

为了激励大家记账，中本聪在设计之初就规定记账有奖励挖矿原理，也就是比特币。

有两种奖励来源。一是记录本次交易的手续费。例如挖矿原理，如果A向B转账10个比特币（BTC），那么一小部分将作为手续费给记账员；另一部分也是主要奖励是系统的默认奖励。

那么奖励价值是多少？中本聪最初的设计是每十分钟诞生一个区块，每个区块奖励 50 BTC，每四年奖励减半。 2019年，一个区块奖励12.5BTC。

那么作为一个课外题，我们可以算一下一共有多少比特币。

因此，您获得的比特币越多，您获得的收入就越少。想加入挖矿大军的小伙伴们赶紧来吧！

5 谁将占上风

既然记账有奖励，为什么不大家都做呢？ ?

回答：没有。根据白皮书的规定，只有一个人有权记录区块。

那么谁可以录音呢？

中本聪给出的原则是工作量证明。矿工竞争计算是一个基于加密哈希算法的数学问题。能尽快计算出正确答案，获得记账权。矿工计算这个问题需要支付算力，称为“工作量证明”作为矿工计算这个问题的证明。说到这里，你熟悉吗？是的，它是采矿。那么挖矿到底是什么意思呢？接下来，我们就简单的看一下吧。

6 挖矿

抱歉图片有误。 . . .

我主要介绍挖矿的原理以及为什么这么难。

在了解这个问题之前，我们先来了解一下比特币原理中的哈希函数。该函数可以将任意长度的信息转换成256位二进制形式，但是给定256位二进制数据很难推导出原始数据。 ，还有一点，如果原始数据有任何微小的变化，它生成的256位二进制数据就会发生巨大的变化。

言归正传，为什么挖矿这么难？

我们以节点 A 为例。收到广播交易消息后，A会：

1、区块链当前最后一个区块的头部信息+交易票据信息+时间戳+其他+随机数组成一个字符串，假设为M。

2、 对M进行两次运算挖矿原理，即：Hash=((M))，得到一个256位的二进制数N。变态就到这里了。根据中本聪的设计，计算出的Hash值N的前n位必须为零，才能被批准接入区块链。

那么如何使前 n 位为零呢？在刚才的字符串M中，唯一可以改变的就是随机数，所以只能不断的改变随机数，反复尝试。难度的另一个关键是n。显然，n越大，计算难度越大。中本聪当时设计时要求10分钟内诞生一个区块，即10分钟内全世界矿工的算力与2的n次方进行比较，若约等于，n的当前值被确定。因此，n 的值是不断变化的。随着矿工数量的增加和算力的增加，n的值会不断增加，也就是挖矿难度越来越大，这就有点恶性循环了。

7 保密

区块链如何保证数据的安全？

这里有两个主要问题：

1.收到的交易记录确实是发起交易的人创建的。

2.接收到的交易记录在传输过程中未被篡改。

在区块链中，认证方式主要基于电子签名。在注册期间，用户将被分配一个私钥和一个公钥。私钥要妥善保管。

我将通过简单的描述来介绍这个过程，希望你能理解。

假设A给B转了10BTC，那么A先通过哈希函数对交易信息进行处理得到一个定长的字符串，然后用A的私钥对该字符串进行加密形成签名，然后A进行签名在整个网络上。广播，内容包括A向B转账10BTC的具体记录、自己的公钥、加密后形成的签名。网络中的其他人收到广播信息后，会先通过哈希函数计算具体信息得到摘要，然后通过A广播的公钥解密电子签名，将结果与摘要信息进行比较。如果相同则接受挖矿，否则丢弃。

8个区块链技术在海上航空安全方向的应用设想

AIS是一种用于海上安全和船岸、船船之间通信的新型助航系统。他最大的特点是可以在海上航行的船舶之间动态交换信息。想象一下，海上各种大小的船舶是否像独立的、相互连接的节点，这与区块链分布式的观点非常相似。如果在现有AIS系统形成的网络结构的基础上构建区块链模型，就可以发挥区块链的优势，即信息共享和防篡改功能。

信息共享：目前，AIS系统传输的信息主要是船舶的属性参数和定位信息。定位部分采用GPS定位。如果使用北斗定位中短消息互文功能，可以丰富传输信息的内容。 ，从而使区块链上的船舶之间可以进行更多样化的信息交互，例如货物贸易。

防篡改功能：利用区块链的安全优势，如果想恶意篡改某艘船的信息，必须修改区块链上51%的区块信息。因此，不能私自更改船舶信息。

以上纯属小编的一些奇思妙想。如有错误，请指正并批评。

9 结论

区块链是一种新模式，其最大特点是去中心化和高安全性。正是这些特性挖矿原理，区块链可能在金融监管、物联网、共享经济、数字货币等领域引发革命性颠覆。

以上是对区块链和比特币知识的一些粗浅理解。当然，关于区块链还有其他一些问题，比如“双花问题”等等挖矿原理，也希望大家多多交流。如果您有任何问题，请纠正我。谢谢！

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本期来源：连云港通信中心、东海航行保障中心王伟（部分内容来自知乎）