第三课：区块链挖矿

区块链挖矿

1、区块链挖矿

最火的数字货币是比特币，也是大家钟爱的对象，现在一直都说爱她就送她

BTC，因为可以增值。比特币是如何得到的？有两个途径：一个是挖矿，一个是交易。交易大家都懂，说白了花钱买东西呗！

但是说到挖矿，很多人都会联想到采矿业。采矿业是你对于矿产资源用一定劳动力进行挖取，是一定可以挖到的。而区块链里面的挖矿，不是挖就能挖到的， 这个概率是随机的，而且挖到的不是矿，而是记账权。挖矿的人称为矿工，但是区块链会作为回报给矿工数字货币作为奖励，也就是苦力费。

 2、怎么挖矿？

区块链相当于盖楼，上一个区块的 hash，若之间发生一个比特的变化就会发生“雪崩效应”。用户先发起交易，用私钥加密，然后节点对其进行验证合法性。若合法，则打包到块里面。一个块什么时候可以开始争夺记账权。可以有两个参数进行决定：时间间隔和交易的数量。有时候等了半天交易量很少可以采用时间间隔来确定一个块，有时候交易量太大了可以采用交易量来确定为一个块。只要服务器运行协议，这个服务器对应的就相当于一个节点，然后矿工（愿意贡献算力）上面的节点进行争夺记账权，节点可以随时加入和退出。只有矿工挖到了块并且广播出去，经过确认验证之后，才算挖到块，给予奖励，之后的块在这个块的基础上进行继续挖。只不过在争夺记账权的时候系统会动态设置难度（比如要求哈希结果256位当中前20位为0，动态增加难度可以让前21位为0），广播并通过共识机制达成共识。比特币效率慢的原因是每次记账都要达成共识，

比较繁琐，消耗了大量的电力等能源，所以有些人认为这是一种浪费。也导致对于 POW 机制，想要发生 51%的是多么困难的事情。有人会说可以使用银河超算， 其实那样的算力还不及现在算力的 1%。比特币现在的分配机制中挖矿奖励在逐渐减少，但是手续费在增加（虽然目前手续费不是那么夸张）。以后当没有新的币产生时，就会依赖于手续费。

3、量子计算机对区块链的冲击

最近量子计算机被谈论的很多，很多人都说区块链完蛋了，数字货币完蛋了， 其实真的是这样吗？就算不是，量子计算机带来的影响又有哪些？

首先介绍一下什么是量子计算机？

传统计算机采用二进制比特，即“0”和“1”；

量子计算采用量子比特（qubit）作为最小的运算单元。

量子计算将会是真正意义上的并行计算，计算速度大大提升，对 1000 位的

大数进行因数分解只需要几秒，而传统的计算机则需要 1025 年。为什么需要量子计算机？

 在算法上，经典计算机也存在着局限性：经典计算机在运算时只有“0”、“1”两种状态，这种运算方式计算常规数学模型上不会有任何问题，但遇到了一些特定场景上就无能为力了。人类世界日益增长的计算需求与落后的计算能力之间的矛盾也势必变得越来越突出，量子计算机也成了各大科技公司必争之地。

量子计算机在进行运算时，可以同时计算 2N 的数学运算，相当于经典计算机要重复 2N 的计算，由此可见，量子计算机可以节约大量的时间和计算单元。

近期，谷歌在72位量子计算机上已经实现了这个目标，单量子比特门为0.1%，双量子比特门为0.6%，无论是量子比特的数量还是错误率，Google 再次领先全 世界，接下来就看 IBM 和微软的了。

量子计算机计算能力如此强大，对区块链有啥影响？

量子计算强大的计算性能能对现有加密算法强力破解

量子计算威胁区块链安全性

挖矿竞争的格局会改变。拥有量子计算能力的挖矿速度较传统的二次加速，

即利用 Grover 算法暴力搜索 hash 码。但区块链不一定基于 pow 的机制，因此该影响在未来未必存在。

基于大数分解的密钥方案将被shor算法破解，让区块链失去保密性。解决的方案是引入其它用量子算法无法破解的密钥机制。

区块链技术怎么解决量子计算机带来的影响？

正所谓有攻击就有防御，也就是技术发展的双刃剑。

量子密码通信——技术成熟

量子密码的安全性由量子力学的物理原理保障，采用量子态作为信息载体， 经由量子通道在合法的用户之间传送密钥。当没有监听者时信息传输的误码率在正常范围内，一旦信息通道中存在监听情况，误码率将高于阈值。现有通信加密算法存在量子计算等潜在威胁，未雨绸缪，大国纷纷大力研发量子密码通信，目前国内外都有试点网络建成，量子密码通信的发展领先于量子计算。

抗量子密码——尚在研发

量子计算对非线性方程组求解、背包问题等难题并不擅长，针对量子计算难以求解的问题设计密码，成为了抗量子计算密码的设计思路。

后量子时代的到来

 需研究安全高效的、抗量子计算机的签名方案，以及实际可行的抗量子计算的隐私保护机制（如：抗量子计算的环签名方案，抗量子计算的零知识证明方案等）。

后量子时代：量子计算机的出现将对于基于传统公钥密码的分布式账本系统形成非常大的安全威胁，需要及时未雨绸缪。

基于 Hash 函数的后量子密码：其安全性依赖于抗碰撞的 Hash 函数

基于多变量二次方程的后量子密码：其安全性依赖于优先域上的多变量二次多项式映射

基于编码理论的后量子密码：其安全性依赖于纠错码理论

基于格理论的后量子密码：其安全性基于格上的困难问题

4、区块链挖矿具体流程

节点监听全网交易，通过验证的交易进入节点的内存池，并更新交易数据的Merkle Hash 值。

更新时间戳

尝试不同的随机数（Nonce），进行 hash 计算。

重复该过程至找到合理的 hash。

打包区块：先装入区块 meta 信息，然后是交易数据。

对外部广播新的区块。

其他节点验证通过后，链接至区块链，主链高度加一，然后切换至新区块后面挖矿。

随机数什么时候满足？

SHA256（SHA256（版本号+前一区块哈希值+Merkle根哈希+时间戳+难度值+

随机数））≤目标值

5、忠告

赌博不是投资，随波逐流不如耐心研究。数字货币的潮流何去何从，自己学会分析一个项目的好坏，这里 DAOONE 课程组和音频组会陪伴着大家的成长。

6、更多福利请关注

DAOONE 论坛

http://forum.daoone.org/forum.php?fromuid=8

课程配套音频http://www.ximalaya.com/108554445/album/14865241/

课程组对外合作联系人：姿瑶若水（没事别加我）微信号：justbao