比特币验证双花 共识机制

共识的一些理解

比如现在有四个人要平分一块蛋糕。 如果大家都满意的话，在中心化系统中，还有第五个人，就是一个母亲和四个孩子。 那个妈妈绝对不会偏心，分布肯定是比较均匀的。

如果是四个不相干的人呢？ 有几种选择。 第一个是随机选择一个分蛋糕的人。 蛋糕分好后，让其他三个人先选蛋糕，分蛋糕的人拿最后一个。 第二种，这四个人打麻将，赢的不仅可以分蛋糕，还可以从其他三个人那里分一块。 如果其他三个人不满意，其他三个人可以拒绝分配方案，不给他分蛋糕，更严重的是，他分蛋糕的权利可以被取消。 这也确保了均匀分布。

共识很容易理解比特币验证双花，就是多方达成一致。 示例中为约定的分配蛋糕方案，共识机制为一套完整的分配蛋糕方案。

同理，在区块链中，共识机制就是交易达成的协议。 更彻底的一点是在资金流向上达成协议。

详细解释一下，一段时间内（BTC为10mins）在BTC网络上产生的所有交易都需要记录在区块链上。 首先，要保证这些交易的有效性，比如避免双花问题等； 第二，一致性，即整个BTC网络都同意这些交易； 这时候就需要一个节点来完成这些操作，将这些交易打包，并进行验证。 然后将打包好的交易交给全网进行验证，验证通过后上链。

这里有几个问题需要考虑

为什么不能随便选一个人，把交易打包上链呢？

如果被选中的人里面也有一笔交易，如果他偷偷改了数据怎么办，原来的交易是10BTC，他自己改成了100BTC；

我们怎么能无条件地信任一个陌生人呢？

绝对不是爱，答案是钱。 这很容易理解。 想要找保镖，最稳妥的办法就是花钱请武林高手。 只要你多给点钱，就算你不认识他，他也会保证你的安全，所以我们在选人的时候可以趁人之危，不作弊的可以奖励BTC，以及作弊者将受到惩罚。

比特币的共识——工作量证明（POW）

简单来说，就是反复计算区块头的哈希值，不断修改参数，直到与哈希值匹配的过程。 哈希函数的结果无法预先知道，也没有获得特定哈希值的模式。 哈希函数的这一特性意味着获得哈希值的唯一方法是不断尝试，每次随机修改输入比特币验证双花，直到出现合适的哈希值。

先计算出符合条件的人，即可获得Coinbase的比特币和交易手续费； 还有记账权，是不是类似于打麻将？

hash = SHA256（区块头）

现在解析一些难度目标，例如它的值为 0x1903a30c。 该标志的值以系数/指数格式存储，前两位十六进制数字是幂，接下来的六位是系数。 在这个块中，0x19 是幂，0x03a30c 是系数。

难度目标的计算公式为：

目标 = 系数 * 2^(8 * (指数 - 3))

从这个公式和难度位0x1903a30c的值，我们可以得到：

目标 = 0x03a30c * 2^(0x08 * (0x19 - 0x03)) = 238,348 * 2^176

转换为十六进制：

目标=0x0000000000000003A30C00000000000000000000000000000000000000000000

也就是说，有效块的头部信息的哈希值小于目标值。 该数字的二进制表示形式中的前 60 位全为 0。 在这个难度下，每秒可以处理 1 万亿次哈希计算（每秒 1 tera-hash 或 1 TH/sec）的矿工平均每 8,496 个区块可以找到一个正确的结果。 找到一个块的正确哈希值需要 59 天。

难度调整

比特币区块平均每 10 分钟生成一次。 这是比特币的心跳，是货币发行速度和交易完成速度的基础。 它必须保持不变，不仅在短期内，而且在几十年内。 在此期间，计算机性能将飙升。 此外，参与挖矿的人员和计算机也在不断变化。 为了以每 10 分钟一个的速度产生新区块，必须根据这些变化调整挖矿难度。 事实上，难度是一个动态参数，它会定期调整以达到每 10 分钟出一个新区块的目标。 简单地说，难度设置为无论挖矿能力如何，新块的产生速度都保持在 10 分钟。

难度调整在每个完整节点内独立且自动发生。 所有节点每 2,016 个区块调整一次难度。 难度调整公式是通过将最近 2,016 个区块花费的时间与 20,160 分钟（两周，或者以 10 分钟的速度计算这些区块预计花费的时间）进行比较来计算的。 根据实际时间与预期时间的比率调整难度（更难或更容易）。 简单来说，如果网络发现出块速度快于 10 分钟，就会增加难度。 如果发现慢于10分钟，则降低难度。

这个公式可以总结如下：

新难度=旧难度*（最后2016个区块的实际时间/20160分钟）

为防止难度变化过快，每个周期的调整必须小于一个因子（值 4）。 如果要调整的范围大于4倍，则调整4倍。 由于在下一个2016个区块的周期会继续不平衡，所以下一个周期会做进一步的难度调整。 因此，平衡散列能力和难度的巨大差异可能需要几个 2,016 个块周期才能完成。

目标难度和挖矿功耗与将比特币转换为现金以支付该功率密切相关。 一个高性能的挖矿系统就是用当前的硅芯片以最有效的方式将电能转化为哈希算力。 挖矿市场的一个关键因素是每千瓦时电力转换为比特币的价格。 因为这决定了挖矿活动的盈利能力，也刺激了人们选择进入或退出挖矿市场。