共识算法POW原理及实现

POW简介

Proof of Work，工作证明。
POW共识算法主要是通过计算难度值来决定谁来出块。POW的工作量是指方程式求解，谁先解出来，谁就有权利出块。方程式是通过前一个区块的哈希值和随机值nonce来计算下一个区块的哈希值，谁先找到nonce，谁就能最先计算出下一个区块的哈希值，这种方式之所以被称为计算难度值是因为方程式没有固定解法，只能不断的尝试，这种解方程式的方式称为哈希碰撞，是概率事件，碰撞的次数越多，方程式求解的难度就会越大。比特币就是采用POW共识算法

算法具体实现原理

这里涉及到两个重要的概念，一个是难度系数，一个是nonce，nonce可以理解为一个随机数，就是挖矿中要找到一个符合条件的nonce值。
这里假设难度系数是4(比特币初始难度系数就是4)，将一个区块中的数据加上nonce值打包，nonce值从0开始一直递增，将这打包的数据计算hash值，hash满足最前面有4个0，就是挖矿成功。难度系数为多少，hash最前面就需要满足多少个0。

代码简单实现其原理

package mainimport ("strconv""time""crypto/sha256""strings""encoding/hex""fmt"
)//pow 挖矿算法//定义难度系数
const difiiculty = 4type Block struct {Index      int // 区块高度TimeStamp  int64Data       string //交易记录Hash       stringPrehash    stringNonce      intDifficulty int //难度系数
}//创建区块链
var BlockChain []Block//创世区块
func GenesisBlock() *Block {var geneBlock = Block{0, time.Now().Unix(), "", "", "", 0, difiiculty}geneBlock.Hash = hex.EncodeToString(BlockHash(geneBlock))return &geneBlock}func BlockHash(block Block) []byte {re := strconv.Itoa(block.Index) + strconv.Itoa(int(block.TimeStamp)) + block.Data + block.Prehash +strconv.Itoa(block.Nonce) + strconv.Itoa(block.Difficulty)h := sha256.New()h.Write([]byte(re))hashed := h.Sum(nil)return hashed}func isBlockValid(block Block) bool  {prefix := strings.Repeat("0", block.Difficulty)return strings.HasPrefix(block.Hash, prefix)
}//创建新区块 pow挖矿
func CreateNewBlock(lastBlock *Block, data string) *Block {var newBlock BlocknewBlock.Index = lastBlock.Index + 1newBlock.TimeStamp = time.Now().Unix()newBlock.Data = datanewBlock.Prehash = lastBlock.HashnewBlock.Difficulty = difiicultynewBlock.Nonce = 0//开挖-当前区块的hash值的前面的0的个数与难度系数值相同for {//计算hashcuhash := hex.EncodeToString(BlockHash(newBlock))fmt.Println("挖矿中",cuhash)newBlock.Hash = cuhashif isBlockValid(newBlock) {//校验区块if VerflyBlock(newBlock, *lastBlock) {fmt.Println("挖矿成功")return  &newBlock}}newBlock.Nonce ++}
}//校验新的区块是否合法
func VerflyBlock(newblock Block, lastBlock Block) bool  {if lastBlock.Index +1 !=newblock.Index {return false}if newblock.Prehash !=lastBlock.Hash {return false}return true}func main()  {var genBlock = GenesisBlock()newBlock := CreateNewBlock(genBlock,"新区块")fmt.Println(newBlock)}

输出

挖矿中 ac6665903c0cd2f000e17483fbcf6e3e8fa365de2b55663e7c94167f816d1489
挖矿中 a46e18c7938ccb2d0554232f94c6e8db933fae509adafd4091f5f0b51951e6ae
挖矿中 3738b5eb5f8f956974fc767058a6d7c94da0fc406e86df2d508b9b87fc109171
挖矿中 0000694b1acaec754175f0a49a1aa190e122b58e9f58125bd18ceec898f8d811
挖矿成功
&{1 1530267247 新区块 0000694b1acaec754175f0a49a1aa190e122b58e9f58125bd18ceec898f8d811 a8df431924b17633bdf0303763661aa7a41c2608cd99f6527542e1326c718152 12167 4}

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